DE2915392A1

DE2915392A1 - Gebaeudekonstruktion

Info

Publication number: DE2915392A1
Application number: DE19792915392
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof Dr In Haferland
Original assignee: Individual
Current assignee: Kaiser-Bautechnik Ingenieurgesellschaft Mbh 4100
Priority date: 1979-04-14
Filing date: 1979-04-14
Publication date: 1981-02-26
Also published as: NL7906495A; BE880409A; DE2915392C2

Description

"Gebäüdekonstruktion"
Die Erfindung betrifft eine belüftete Gebäudekonstruktion mit einer Einrichtung zur Regulierung des thermischen P-aumklimas, vorzugsweise für warme Klimagebiete.
bekannt sind belüftete Außenwand- oder Dachkonstruktionen im Bauwesen, tiei denen sich die Funktion dur Belüftung auf feuchtigkeitstechnische Aspekte bezicht, Beispielsweise dient die Belüftung der in den schlagregenreichen Küstengebieten der Nordsee bekannten doppelschaligen Hacksteinwand zur Wiederaustrocknung der durchnäßten Außenschale zusätzlich von innen her. Das gleiche gilt für mit schuppenförmlgen Platten bedeckte geneigte Dächer, bei denen das Wasser hei Schlagregen unter den Plattenüberlappungen hindurch in die Konstruktion getrieben werden kann. Bei bauphysikalisch sachgemäßem Aufbau der nach innen dahinter liegenden Schalen kann die Belüftung dieser Konstruktionen bekanntlich zugleich dazu dienen, den im Winterhalbjahr von innen nach außen diffundierenden Wasserdampf abzuführen und Kondensation in der kälteren Außenschale zu vermeiden.
Eine Bedeutung dieser Gebäudekonstruktionen für Bauten in warmen Klimagebieten, insbesondere in Gebieten mit hohen Lufttemperaturen während der Tayeszeit und relativ hohen Abkühlungswerten während der Nachtzeit, liegt dagegen nicht vor.
Netzen Mauerwerk mit erheblicher Wärmespeicherfähigkeit beschränken sich die Maßnahmen zur Erzielung eines bei Tageszeilen erträglichen Raumklimas auf den Einsatz von Geräten zur künstlichen Raurrìklimatisierun9. Zur Einsparung künstlish erzeugter rkrme- oder Kühlenergie besteht jedoch die Notwendigkeit, soweit wie möglich vorhandene natürliche wfirme- oder Kühlenergie zum Energiehaushalt in Gebäuden heranzuziehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gebäudekonstruktion der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß auf natürliche Weise zu bestimmten Tageszeiten Kühlenergle gespeichert und diese bei Bedarf zur Raumkühlung zur Verfügung gestellt werden kann, so daß Energie für künstlich zu erzeugende Kühlung eingespart werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß nahe der Innenseite zum Raum hin in einer das thermische Raumklirna stark beeinflussenden Materialschicht, die Raumdecken und/oder -wände mit wahlweise von der Außen- oder Innenluft durchtrennbaren Belüftungskanälen versehen sind.
Eine erfindungsgemäß ausgeführte Gebäudekonstruktion ist in der Lage, zu bestimmten Tageszeiten durch Belüftung mit kälterer Außenluft Kühlenergie aufzuspeichern und diese zu bestimmten anderen Tageszeiten im Falle unbehaglich hoher Raumtemperaturen zur Raumkühlung zur Verfügung zu stellen. Umgekehrt kann dadurch zu bestimmten Tageszeiten durch Belüftung mit wärmerer Außenluft Wärmeenergie aufgespeichert und diese zu bestimmten anderen Tageszeiten bei unbehaglich niedrigen Raumtemperaturen zur Raumewärmung zur Verfügung gestellt werden. Es muß sich in beiden Fällen um eine wärmespeicherfähige und damit allgemein schwere Materialschicht für Wände und Decken handeln, die mittels durchströmender Außenluft nach Bedarf aufgewärmt oder abgekühlt werden kann. Hierfür eignet sie in ausreichender Weise Beton.
Es wird vorgeschlagen, die Wände und/oder Decken aus vorgefertigen Elementen mit eLngearöeiteten Belüftungskarlälen herzustellen und die Beläftungskanäle in einen gemeinsamen Kamin zur Luftabführung münden zu lassen.
Bei der Montage ergibt sich der Vorteil, daß zum seitlichen Anschluß der vorgefertigten Elemente halb angeformte Belüftungskanäle mit Ohr beton vergossen werden können. in diesem Bereich fehlt dann ledilich jeweils ein Belüftungskanal.
Mit diesem "Nachverguß-Stahlbetonskelett" in den Wänden und Decken kann in bestimmten Fällen bereits eine ausreichende Quersteifigkeit erreicht werden, sofern keine Querwände (Trennwände) zur Querversteifung herangezogen werden.
Zur Zu- und Abführung der Luft dienen Belüftungsschlitze.
Diese sind bei Außenwänden zu beiden Seiten der Belüftunyskanäle einander gegenüber-liegend angeordnet. Zur Ableitung der Luft dient vorzugsweise ein zentraler, zum Kamin führender Längskanal für alle Belüftungskanäle. Im Bereich einer Türöffnung können ein Querkanal im Sturz und Seitenkanäle an den Leibungen angeordnet sein.
Es besteht die Möglichkeit, verschiedene Varianten vorgefertigter Elemente zu verwenden. Beispielsweise können Rippenplatten aus Beton hergestellt und mit einer einseitigen Verkleidung zur Bildung der Belüftungskanäle versehen werden.
Die Verkleidung selbst kann aus verschiedenen Stoffen bestehen, beispielsweise bei Außenwänden aus einem Wärmedämmmaterial.
Eine weitere Ausführungsform der vorgefertigten Elemente besteht aus mit Abstand zueinander gehaltenen Betonplatten, deren Zwischenraum als Lüftungsquerschnitt durch Profile abgeschottet werden kann.
Eue noch einfachere Form der vorgefertigten Elemente besteht aus Betonplatten und mit Abstand zu diesen gehaltenen Verkleidungen2 wobei leder der Zwischenraum als Lüftungsquerschnitt durch Profile abgeschottet werden kann. Bei Decken besteht die Möglichkeit, den Lüftungsquerschnitt durch eine Verkleidung als abgehängte Decke zu schaffen.
Weitere Einzelheiten zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Be; natürlicher, rein thermischer Luftzirkulation zur Raumauskühlung wird die kältere und damit schwerere Luft aus den Kanälen unten abfließen, während die wärmere und damit leichtere Luft im Raum oben zurückgesogen werden wird. Bei Verwendurlq von Ventilatoren im Deckenschlitz konnte auch eine umgekehrte Luftzirkulation zustande gebracht und die Effektivität der kühlung durch stärkere Luftumwälzung vergrößert werden.
Die Auskühlung der Konstruktion mit Außenluft über Nacht erfolgt allein durch die horizontalen Schlitze in den Außenäen in Höhe der Geschoßdecken. Der Luftstrom zur Auskühlung der Konstruktion geht über die horizontalen Schlitze in der Außenwandverkleidung und durch die Kanäle von Außenwand, Denke und Innenwand wieder nach unten in den vorzugsweise angeordneten Längskanal, der im zentralen Gebäudebereich zu dem vertikalen Kamin führt. Die Luftumwälzung kann auf natürliche Weise durch die Kaminwirkung erzeugt werden, insbesondere bei höheren Gebäuden oder, wenn größere Luftmengen umzuwälzen sind, zusätzlich durch einen Ventilator im Kamin. Die an Steuerung der Umwälzmenge für die einzelnen Räume kann/den mit verstellbaren Klappen versehenen Öffnungen zum zentralen Längskanal im Gebäude erfolgen.
Bei Fenstern in der Außenwand, die als geschoßhohe Elemente in der Breite der übrigen Wandelemente vorgesehen sind, beginnt die Durchlüftung erst über dem Fenstersturz, unmittelbar am cinn des Peckene lemen tes. Es ist an Doppel fenstern mit Loppelverglasung gedacht, wobei der Hohlraum mit Sonnenschutzlamellen versehen wird und nach Belieben extern oder intern belüftet werden kann.
Bei den Innentüren kann das mit dem Türelement in Verbindung stehende Deckenelement ebenfalls durchlüftet werden.
Für Gebäude, bei denen die Belüftung der Innenwände aus bestimmten Gründen nicht mit in das Belüftungssystem einbezogen werden soll, liegt der zum Kamin führende zentrale Längskanal in Deckenhöhe im gleichen Geschoß und nicht im Geschoß darunter. Für den Fall, daß überhaubt keine Mittelwände möglich sind und die tragende Deckenkonstruktion durchläuft, wird der zentrale Längskanal unter der durchlaufenden Decke angebracht. Für den Fall, daß auch die Außenwände wegen durchlaufender Fensterbänder oder aus anderen Gründen unbelüftet bleiben, muß sich die Belüftung allein auf die Deckenkonstruktion beschränken.
Das Hauptverwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Gebäudekonstruktion wird in den continental-warmen bis -heißen Klimaten mit unbehaglich hohen Außenlufttemperaturen über Tag und relativ niedrigen über Nacht zu suchen sein. Hier geht es um eine Bauweise, die in der Lage ist, die hohen Temperaturschwankungen im Tagesablauf zu dämpfen und durch gezielte Nachtauskühlung in einen behaglichen Temperaturbereich zu zwingen. Damit kann auch in heißen Klimagebieten auf natürliche Weise über Tag ein thermisch behagliches Arbeits- oder Wohnklima in den Gebäuden geschaffen werden. Da die maschinelle Kühlenergieerzeugung nicht weniger als das acht- bis zehnfache der Wärmeenergieerzeugung pro Ernergieeinheit kostet, kann damit zukünftig in den wärmeren Ländern sehr viel Energie eingespart werden.
Wärmebilanzrechnung eines Ausführungsbeispiels: Diu benötigte ärmespeicherkapazität in durchlüfteten Gebäudekonstruktionen hängt erstens vom lokal jeweils vorlieagentien thermischen Außenklima mit den Größen: Außenluftterperaturschwankung, Minimumtemperaturlage und Eirstrahlungsverhältnisse sowie von der internen Wärmebelastung und dem dabei gewünschten Schwankungsbereich der Raumtemperatur ab. Uanach wäre zu prüfen, ob die benötigte Luftmenge zur Auskühlung des Gebäudes allein auf natürlichem Wege umwälzbar ist oder ob maschinelle Hilfsmittel, wie Ventilatoren verrendet werden müssen.
Anhand einer Wärmebilanzrechnung soll die Realitätsnähe der erfindungsgemäßen Konstruktion kurz überschläglich nachgedrift werden. Dabei soll von einem Raum von 4 x 4 m Grundfläche und 2,5 m Raumhöhe ausgegangen werden. Obwohl die seitlichen Trennwände in das Belüftungssystem mit einbezogen werden könnten, sollen sie zur Sicherheit thermisch unberück-2 sichtigt bleiben. Die Außenwand soll ein 2 m großes Fenster mit Isolierverglasung an der Innenseite und Sonnenschutzlamellen davor erhalten. Die Mittelwand erhält eine 2 m2 große Innentür. Für die Außenwanddämmung soll eine Wärmedurcnlaßzahl von # = 0,5 kcal/m²h°C und für die Isolierverglassung eine Wärmedurchgangszahl von k = 3,0 kcal/m²h°C angenommen werden. Bei den Sonnenschutzlamellen wird mit einem Strahlendurchlaßfaktor von Z = 0,45 gerechnet, wobei der Einfluß der Verglasung mit eingeschlossen sein soll. Außer der internen Wärmequelle aus Einstrahlung soll eine innere Wärmebelastung aus der Raumbelegung mit 2 Personen von 2 x 50 kcal/h mit berücksichtigt werden. Zur Frischluftversorgung wird ein 1-facher stündlicher Luftwechsel angenommen. Da sich während der Nacht die Wärmebelastung durch Personen und die Wärmeentlastung durch Lüftung und Wärmeleitung nach draußen in etwa ausgleichen, wird der Einfachheit halber nur die Wärmebelastung über Tag näher betrachtet.
Für das thermische Außenklima und für die Anforderungen an das thermische Raumklima werden gewisse Extrema angenommen um zugleich die Leistungsgrenzen in der Vervendbarkeit dieser belüfteten Konstruktionen aufzuzeigen. zeigt dazu die Annahmen über die täglichen Temperaturverläufe. Die Außenlufttemperatur (ta) zeigt dabei ein Tagesmaximum von +4o0C und ein Tagesminimum von +20°C am frühen sorgen gegen o400Uhr. Die Raumlufttemperatur (ti) soll dieses Außcntemperaturminimum im Laufe des Tages nur um 50C überschreiten diirfen und am späten Abend maximal +250C erreichen. Für die Auskühlung der zu diesem Zeitpunkt etwa auf gleichem Temperaturniveau liegenden Detonkonstruktion steht über Nacht also nur eine Tcmseraturdifferenz von maximal 50C zur Verfügung, was äußerst wenig ist. Ausserdem wird mit diesem relativ niedrigen Raumtemperaturniveau auch die Zeitdauer der möglichen Nachtlüftung verkürzt, weil diese nur solange Sinn hat, wie die Außentemperatur unter der Raumtemperatur liegt. Die nächtliche Lüftungszeit beträgt hier nur 8 Stunden. Für den Verlauf der Oberflächentemperatur (t0.w) der nach Süden ausgerichteten Außenwand hinter der hinterlüfteten Außenvcrkleidung als der für den Wärme zustrom maßgebenden Größe gilt der obere ausgezogene Kurvenverlauf.Es wird angenommen, daß der betrachtete Raum von Räumen gleicher thermischer Belastung umgehen wird. Alle Zahlenwerte des Rechenbeispiels stehen unterhalb des Diagrammes.
Im Fig.26 unten ist die Gesamt-WärmXebelastung des Raumes über Tag aufsummiert. Dahei ergibt sich der unter Zeile 1) aufgeführte Lüftungswärmezustrom (E1) bei stündlich 1-fachem Luftwechsel aus dem Raumvolumen (V1=1.b.h) mal der Wärmespeicherfähigkeit der Luft (Q1=#.c) pro Volumen- und Gradeinheit mal der stündlichen Temperaturdifferenz (#t1=ta-ti) er Betrag beläuft sich auf 2004 kcal/Tag.
Der unter Zeile 2 ) aufgeführte leitungswärmezustrom durch die Wand (Ew errechnet sich aus der Wandfläche (Fw=l h) mal der angenommenen Wärmedurchlaßzahl (A=o,5) mal der stündlichen Temperaturdifferenz (#ts=t0.w-ti) Es wird hier mit dem Wert A statt mit k gerechnet, da der äußere Wärmeübergangswiderstand entfällt und die Wärme direkt der Wärmespeicherschicht zufließt. Der Betrag beläuft sich auf 988 kca/Tag.
Auf ähnliche weise wird in Zeile 3) der Leitungswärmezustrom für das Fenster (Ef) berechnet, wobei mit dem Wert k=3,o gerechnet wird. Dieser Betrag beläuft sich auf 1oo2 kcal/Tag.
Die folgende Zeile gibt zunächst die stündliche Einstrahlungsintensität (Es') auf der Südseite pro m²h an. Die in den Raum eingestrahlte Energie (Es) ergibt sich dann aus der Fensterfläche (Ff=bh) mal dem Sonnendurchlaßfaktor (Z=o,45) mal der stündlichen Einstrahlungsmenge. In Zeile 4) beläuft sich die tägliche Belastung auf 3096 kcal/Tag. Die Wärmebelastung durch zwei Personen in Zeile 5) von je So kcal/h bringt dann noch einmal einen Betrag von Ep=1500 kcal/Tag.
Die Gesamt-Wärmebelastung ergibt sich danach zu 8590 kcal/Tag.
Um aus dieser täglichen Wärmebelastung die erforderliche Wärmespeichermasse und die daraus resultierende Dicke der Spcicherschicht berechnen zu können, ist noch die zugestandene Temperaturdifferenz in der Konstruktion erforderlich. -Sie muß hier zunächst näherungsweise geschätzt werden. Dazu folgende ErlEuterung Das Minimum der Außenlufttemperatur wird auch bei intensiver Durch lüftung der Kanäle günstigsten falls an den Oberflächen der Kanalwandungen erreicht werden. Mit zunehmendem Abstand von den Oberflächen wird die Temperatur beim Auskühlungsvorgang in ler Betonmasse selbst nacheilen. Rechnet man näherungsweise in der Mitte der zwischen den Kanälen liegenden Betonstege mit Temperaturen von 3-4 0C über Kanalarandtemperatur, dann kann man günstigstenfalls mit einem mittleren Speicherspeigel von 1-2°C über Außenlufttemperaturminium rechnen; im vorliegenden Falle also mit 21-22°C am Ende der nachtlüftung.
Da die Raumlufttemperatur im Tagesablauf aber gemäß Wunsch nur auf maximal +25 0C ansteigen soll, stehen nur ca. 30C in der Konstruktion für die Speicherkapazität zur Verfügung, und das ist nur sehr wenig. Die erforderliche Dicke für die Wärmespeicherschicht ergibt sich danach aus folgender Berechnung: Raumoberfläche (FR) ohne Berücksichtigung der seitlichen Trennwände und des durch einen schwimmenden Estrich weitgehend nach oben abisolierten Fußhodens sowie unter Abzug von 2 m² Türfläche und 2 m2 Fensterfläche: FR = 2 (4,o . 2,5) + (4,o . 4,0) - (2 e 2,o) = 32 m2 Die Wärmespeicherkapazität (QB) von 1 m3 Beton (VB) mit der Nlassendichte p=2300 und der spez. Wärme c=o,22 bei einer Temperaturdifferenz von At = 3°C ergibt: QB = VB . p . c . #t = 1,0 . 2300 . 0,22 . 3 = 1500 kcal/m³ Das erforderliche Betonvolumen (VBerf) ergibt sich aus der täglichen Wärmebelastung (E) durch die vorhandene Warmespeicherkapazität (QB) pro Volumeneinheit: 3 B B Die erforderliche Dicke (dBerf) bei einem Flächenanteil von 25 % für die Belüftungskanäle ergibt dann: dBerf. = VBerf.: FR . 1,25 = 5,73 : 32 1,25 = o,23 m = 23 cm Diese Wanddicke von 23 cm ist durchaus akzeptabel. Wenn man dagegen statt 30C Temperaturdifferenz 50C zulassen würde, also eine Raumtemperatur bis maximal +270C, , dann würde sich die Wanddicke auf den Wert dBerf.= l4 cm reduzieren lassen.
Diese Wanddicke von nur t4 cm könnte zugunsten dünnerer Stege und wandungen sowie größerer Belüftungskanäle wieder auf ca Zo cm nach oben gebracht werden, um in dünneren Bctonquerschnitten schneller und vollständiger auskühlen zu können und dabei durch größere Kanäle zugleich geringere Lüftungsgeschwindigkeiten nötig zu haben.
Dieser erforderlichen Luftgeschwindigkeit in den Kanälen zur ausreichenden Auskühlung der Konstruktion gilt die letzte Analyse.
bus Untersuchungen ist bekannt, daß sich die Luft infolge ihres geringen Wärmespeichervermögens von QL = 0,3 kcal/m30C relativ schnell auf die Temperatur des durchströmten Mediums aufwärmt.
Das hat aber auch zur Folge, daß eine relativ große Luftmenge zur Auskühlung durch die Konstruktion geleitet werden muß. Im vorliegenden Falle steht einem Luftvolumen von o,lo 0, 10 1 o,ol m pro lfm Kanallänge eine Kanaloberfläche von 4 o,Io 1 = o,4o m gegenüber. Bei diesen Verhältnissen kann angenommen werden1 daß die Luft bereits nach wenigen metern Durchströnungslänge weitgehend die Temperatur der Kanalwandungen angenommen und die maximale Wärmeaufnahmemöglichkeit nahezu erreicht hat. Die Auskühlung beginnt an den Zuluftöffnungen und pflanzt sich allmählich durch die Konstruktion fort. Auf diesen instatlonären Wärmeleitprozeß kann hier leider nicht näher eingegangen werden. Für die Berechnung des erforderlichen Luftvolunens und der notwendigen Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich folgende 2erechnung: Querschnittfläche (F1J) der Belüftungskanäle auf 4 m Wandlänge: FL = 20 . (0,1 . 0,1) = 0,20 m² Wärmespeicherkapazität (QL) von 1 m³ Luft (VL) bei einer Massendichte von p = 1,2 und einer spez. Wärme von c = o,25 sowie einer Temperaturdifferenz von #t = 3°C : QL = VL . ß . c . #t = 1,0 . 1,2 . 0,25 . 3 = 0,9 kcal/m³ Erforderliches Luftvolumen (VLerf.) aus der täglichen Wärmebelastung (E) durch die vorhandene Wärmespeicherkapazität (QL) mal der Lüftungszeit von 8 Stunden (#T = 8 . 3600) VLerf. = E : (QL.#T) = 8590 : (0,9.8.3600) = 0,33 m³/sek.
Erforderliche Luftgeschwindigkeit (vLerf.) bei einem Kanalquer-2 schnitt von o, 20 m vLerf. = VL : FL = 0,33 : o, 20 = 1,65 m/sek.
Diese Strömungsgeschwindigkeit liegt über 1 m/sek und wird wahrscheinlich nur mit hohen Kaminen oder mit Hilfe eines zentralen Absaugventilators erreicht werden können. Vergrößert man dagegen die Kanalöffnungen von o, 20 m auf beispielsweise o, 35 m für die 4 m lange Außenwand und läßt eine größere Temperaturdifferenz zwischen Außenlufttemperaturminilnum und Minimum der Raumlufttemperatur von beispielsweise 3-4°C statt 2°C im Mittel zu (Temperaturdifferenz im Kern der Betonstege gegenüber Außenlufttemperatur dann ca. 50C), so kann die Lüftungszeit von 8 auf lo Stunden ausgedehnt werden und die Strömungsgeschwinchigkeit ergibt sich dann zu VLerf. = 8590 : (0,9 # 10 # 3600 = 0,27 m³/sek.
VLerf. = o,27 : o,35 = o,77 m/sek.
Diese Strömungsgeschwindigkeit liegt unter 1 m/sek. und dürfte auch auf rein natürliche Weise zu erreichten sein, Bei dieser variierten Berechnung ist die gewünschte maximale Temperaturschwankung im Raum von 30C noch beibehalten und nicht verändert worden.
Die notwendige Strömungsgeschwindigkeit bei der internen Lüftung über Tag, um die gespeicherte Kühlenergie wieder aus der Konstruktion nerauszuholen, ist weniger kritisch, weil die Lüfttungszeit mit mehr als 12 Stunden über Tag länger dauern kann und ein großer Teil der gespeicherten Energie über die innere Wandoberfläche direkt an die Raumluft abgegeben werden kann. Die notwendigen Strömungsgeschwindigkeiten werden hier nur etwa halb so groß wie die Geschwindigkeiten für die externe Lüftung geschätzt.
Aus diesen wenigen Näherungsberechnungen über die zu erwartende Leistungsfähigkeit belüfteter Konstruktionen zur Kühlhaltung von Räumen in warmcn oder heißen Klimaten lassen sich schon einige Erkenntnisse ziehen Von wesentlicher Bedeutung für die Wahl geeigneter Klimagebiete zur Anwendung belüfteter Gebäudekonstruktionen ist vor allem die Höhe der täglichen Außentemperaturminima, weil sie die Ausgangsposition für das thermische Raumklima bei diesen Konstruktionen darstellt. Realistischerweise wird man dann für das Minimum der Raumlufttemperatur von 3-4°C darüberliegend ausgehen müssen und den täglichen Raumtemperaturschwankungsbereich zwischen 4-5°C suchen müssen. Dies wiIrdc maximale Raumtemperaturen von 7-9°C über dem Außentemperaturminimum bedeuten. Allgemein ist die Anwendung dort am zweckmäßigsten, wo hohc tägliche Außentemperaturschwankungen auftreten. Dies sind meist kontinentale Klimagebiete.
Un einen Vergleich über die Wirkung der Belüftung bei der vorliegenden Konstruktion im Falle einer Nichtbelüftung zu geben, ist der Verlauf der Raumlaufttemperatur für diesen Fall gestrichelt mit eingetragen. Es handelt sich hierbei um den sogenannten eingeschwungenen Zustand, d.h. es wird vorausgesetzt, daß die angenommenen Klimaeinflüsse in gleicher Größenordnung über einen längeren Zeitraum auftreten. Das Maximum der Raumtemperatur liegt dort bei +40°C, also um rund 150C höher als bei der belüfteten Konstruktion. Der Mittelwert der Temperaturschwankung im Raum liegt bei +36°C, während er bei der Belüfteten Konstruktion bei +23,50C liegt. Diese Wirkung wird nur dadurch erzielt, daß die täglich eindringende Energiemenge sofort wieder nach draußen abtransportiert wird. Wenn die Lüftung dagegen aussetzen würde, wäre mit einem täglichen Anstieg der Temperatur in der Konstruktion und damit im Ratim um den Betrag der täglichen Energiezufuhr zu rechnen, also 3-50C pro Tag, bis die Temperaturschwankung im Raum nach ca. 4-5 Tagen den gestrichelt eingezeichneten eingeschwungenen Zustand erreicht hat. Umgekehrt würde es ebenso lange dauern, bis man die vorliegende Konstruktion auf den Minimumzustand wieder heruntergekühlt hätte.
Die gegenüber Außenlufttemperatur über Tag wesentlich niedrigeren Oberflächentemperaturen im Raum geben noch Anlaß zu der Frage, ob damit Oberflächenkondensate auftreten können. Betonoberflächen erfüllen zwar die Funktion der Absorption kurzfristig anfallender Kondensate, langfristigeres Kondensat ist jedoch unerwünscht. Im vorliegenden Fall darf die relative Luftfeuchte außen während der 8 Nachtstunden für die Lüftung durchaus too% erreichen, weil die Wandtemperatur zu dieser Zeit über Außenlufttemperatur liegt. Zum Zeitpunkt des Außentemperaturr.axlmums von +4o0C darf sie dagegen nur maximal 38% betragen, denn die Wandtemperatur innen liegt um ca. 170C niedriger. In kontinental-warmtrockenen Klimaten werden 38% zu diesem Zeitpunkt auch kaum überschritten - kurzfristiger Anstieg nach Gewitterregen ausgenommen In den mehr feuchtwarmen, maritimen Klimaten müßten die diesbezüglichen meteorologischen Werte näher geprüft werden. Auch daraus resultiert die Empfehlung einer Verwendung belüfteter Konstruktionen in den mehr kontinental-warmtrockenen Klimagebieten. Es wäre eine Aufgabe der Baumeteorologie, die für diese Konstruktionen geeigneten Klimagebiete gut zu kartieren, um eine Verwendung in ungeeigneten Gebieten zu vermeiden.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Gebäudequerschnitt mit Belüftungskanälen in allen Wänden und Decken, Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung von Teillen gemäß Fig. 1 im Schnitt, Fig. 3 einen Außenwandschnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2, Fig. 4 einen Deckenschnitt der Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2, Fig. 5 einen Gebäudequerschnitt einer Konstruktion mit unbelüfteten tragenden Mitteilwänden, Fig. 6 einen Gebäudequerschnitt für eine Konstruktion ohne Mittelwände und einen unter die Decke gehängten zentralen Längskanal, Fig. 7 einen Gebäudequerschnitt mit unbelüfteten Außenwänden und ohne Mittelwände, Fig. 8 eine Lüftungsführung für ein mehrgeschossiges Bauwerk, Fig. 9 eine Lüftungsführung für ein eingeschossiges Bauwerk, Fig. 10 den Querschnitt durch ein Gebäude mit Wänden aus rippenförmigen Betonplatten mit vorgesetzten Verkleidungen, Fig. 11 die schaubildliche Darstellung der Gebäudekonstruktion~gem. Fig. 10, Fig. 12 einen Außenwandschnitt durch die Gebäudekonstruktion gem. Fig. 10 und 11, Fig. 13 einen Deckenschnitt der Gebäudekonstruktion gem. Fig. 10 und 11 Fig. 18 den Querschnitt durch eine Gebäudekonstruktion mit flächigen Lüftungskanälen, gebildet durch mit Abstand zueinander gehaltenen Betonplatten, Fig. 19 die schaubildliche Darstellung der Gebäudekonstruktion im Schnitt gem. Fig. 18, Fig. 20 einen Außenwandschnitt der Gebäudekonstruktion gem. Fig. 18 und 19 Fig. 21 einen Deckenschnitt durch die Gebäudekcnstruktion gern. Fig. 18 und 19, Fig. 22 einen Querschnitt durch eine Gebäudekonstruktion mit flächigen Luftkanälen, gebildet aus Hctoriplatten und vorgesetzten Wärmedämm-Paneelen, Fig. 23 die schaubildliche Darstellung der Konstruktion gem. Fig. 22, Fig. 24 einen Außenwandschnitt der Konstruktion gem.
Fig. 22 und 23, Fig. 25 einen Deckenschnitt der Konstruktion gem.
Fig. 22 und 23, Fig. 14 den Querschnitt durch eine Gebäudekonstruktion mit rippenförmigen Betonplatten, deren Rippen nach außen weisen und mit Wärmedämmplatten zur Bildung der Belüftungskanäle versehen sind, Fig. 15 die schaubildliche Darstellung der Konstruktion gem. Fig. 14, Fig. 16 einen Außenwandschnitt durch die Konstruktion gem. Fig. 14 und 15, Fig. 17 einen Deckenschnitt durch die Konstruktion gem. Fig. 14 und 15 und Fig. 26 die graphische Darstellung von Temperaturverläufen des Berechnungsbeispiels für einen Südraum mit und ohne Nachtauskühlung, Der in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Typ 1 einer belüfteten Gebäudekonstruktion hat die Verwendung von Kanalplatten 1 als Außen- und Innenwände in Form vorgefertigter Betonelemente zur Grundlage und stellt hinsichtlich des thermischen Wirkungsgrades die beste Lösungsform dar. An ihren unteren Enden sind die Außenwände mit Klappen 2 zum Öffnen und Verschließen von Oelüftungsschlitzen 3 für die externe Belüftung versehen. Die Belüftungsschlitze 3 liegen inneren Belüftungsschlitzen 4 für die interne Lüftung gegenüber. Sie sind durch innere Klappen 5 verschließbar. Die Belüftungskanäle 6 der Außenwände sind mit den Belüftungskanälen 8 der Innenwände über Belüftungskanäle 9 der Decken verbunden.
Alle Belüftungskanäle münden in einen zentralen Längskanal 10 zur Abführung der verbrauchten Luft in einen gemeinsamen Kamin 11 (Fig. 8). Zur internen Belüftung sind die Lüftungskanäle 9 der Decken mit Belüftungsklappen 12 versehen. Zur Umlenkung des Belüftungsstromes dienen Luftleiteinsätze 13.
Die Außenwände sind mit Wärmedämmplatten 14 versehen.
Die seitlichen Enden der Betonplatten 1 sind als halbausgeformte Kanäle 15 ausgebildet, die durch einen Ortbetonverguß 16 für die notwendige Verbindung mit der Nachbarplatte sorgen.
Eine hinterlüftete Außenverkleidung 17 verhindert die Bestrahlung der Außenwand. Die ständige Hinterlüftung sorgt dafür, da<3 die Oberflächentemperatur der Wärmedammplatten 14 nicht über die Außenlufttemperatur steigt.
Die für die Decken verwendeten Betonplatten sind in üblicher Weise auf ihrer Oberseite mit federnden Bodenbelägen versehen.
In den Fig. 5 bis 7 sind Varianten zum Belüftungssystem des Typ 1 (Fig. 1 bis 4) dargestellt.
Beispielsweise zeigt Fig. 5 unbelüftete Innenwände, Fig. 6 fehlende Innenwände mit einem untergehängten zentralen Längskanal und Fig. 7 zusätzlich unbelüftete Außenwände, so daß sich die Belüftung lediglich auf die Decken beschränkt.
Die Fertigung der Betonelemente mit eingearbeiten Lüftungskanälen an Strangpressen oder in Stahlschalungen mit eingelegten Rohrprofilen setzt bereits eine hoch entwickelte maschinelle Einrichtung voraus, die nicht überall vorhanden sein wird. Die Figuren 10 bis 13 zeigen einen weiteren Konstruktionstyp (Typ 2), der zwar ebenfalls aus vorgefertigten Betonplatten besteht, nun aber eine Art Rippenplatte 19 zur Grundlage der Konstruktion hat und der auf einfachere Weise in Stahl- oder Holzschalungen mit der Rippenseite nach unten zeigend hergestellt werden kann. Die Belüftungskanäle 6 entstehen nach dem Aufbringen einer inneren Bekleidung 20.
Der Vorteil hierbei besteht darin, daß die Wahl des Verkleidungsmaterials relativ frei ist und beispielsweise Asbestzementplatten, Gipskartonplatten, Holzspanplatten oder auch Sperrholzplatten mit anderen Strukturen von Materialoberflächen gewählt werden kann. Ansonsten enspricht das Belüftungssystem weitgehend dem in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Typ 1. Die Belüftungskanalquerschnitte sind etwas tiefer als zuvor. Die Wärmespeicherkapazität ist von der wirkungsvollsten Innenseite etwas zur Außenseite hin verschoben} weil die innere Bekleidung nicht so dick wie die vorhergegende Betonschicht sein wird, so daß die thermische Effektivität der Konstruktion etwas kleiner als zuvor ausfallen wird.
Wenn man diesen gewissen thermischen Nachteil nicht in Kauf zu nehmen wünscht, kann die-selbe Rippenplatte 19 auch in umgekehrter Form verwendet werden wobei die Rippenseite nach außen zeigt (Typ 3 gem. Fig. 15 bis 17).
Auf der Außenseite der Außenwände werden die Belüftungskanäle 6 nach dem Aufbringen der äußeren Wärmedämmschicht 14 automatisch hergestellt. Während die Wärmedämmschicht bei den vorbeschriebenen Konstruktionen aus einfachen gepreßten Mineralwolleplatten oder Styroporplatten etc. besteht, müw en bei der Konstruktion Typ 3 luftundurchlässige Dämmplatten verwendet werden, was mit einer innenseitig aufkauschierten Kunststoffolie o.ä. erreichbar ist.
Bei den Deckenplatten werden die Belüftungskanäle automatisch nach Aufbringen des Fußbodens hergestellt. Dieser könnte aus vorgefertigten Spanplatten, mit Nut und Feder verbunden, auf einer federnden Filzplatte als schwimmender Fußboden ausgebildet werden. Gegebenenfalls könnte auch ein schwimmender Zementestrich am Ort aufgebracht werden.
Die Kanäle bei den Mittelwänden müssen durch eine Verkleidung an der Rückseite (zum Flur hin) verwirklicht werden.
Im übrigen entspricht das Belüftungssystem wieder dem der vorbeschriebenen Konstruktionstypen 2 bzw. 1.
Mit der Lösung des Konstruktionstyps 4 (Fig. 18 bis 21) ist eine weitere Vereinfachung mit vorgefertigten Betonplatten dargestellt. In diesem Fall kommt es zu einer Schlitzbelüfturn, ci.h., die Kanäle sind flächenmäßig ausgedehnt und bilder einen durchgehenden Belüftungsschlitz 21 statt der bisheregen Belüftungskanäle 6. Die Wände bestehen aus mit Abstand zueinander gehaltenen Betonplatten 22 und 23, die durch Abschattungsprofile 24 an den Seiten auf Abstand zueinander gehalten sind.
Die Belüftungsöffnungen werden mittels einbetonierter Kunststoffhülsen 25 hergestellt bzw. es können bei den Außenwandelementen auch gesonderte Betonformteile 26 am Fußpunkt der Wandansätze verwendet werden. Die Betonformteile 26 haben den Vorteil, daß darüber auch gewöhnliches schweres Mauerwerk aus Kalksand, Beton oder Backsteinen zur Anwendung kommen kann. Die Decken können aus tragenden Deckenplatten 27 aus vorfabrizierten Betonelementen oder Ortbeton bestehen.
Der Belüftungsschlitz in der Decke wird durch eine abehängte Zwischendecke 28 gebildet.
Damit der Luftstrom in den Wand- und Deckenschlitzen bei externer Lüftung gerichtet geleitet wird und bei interner Lüftung durch möglicherweise querziehende Luftströme geruchsbelästigungen aus benachbarten Räumen vermieden werden, sind längslaufenden Abschottungsprofile im Belüftunysschlitz 21 zumindest in der Ebene aller raumtrennenden Wände abringbar.
Eine noch weitere Vereinfachung einer belüfteten Gebäudekonstruktion wird mit dem Typ 5 (Fig. 22 bis 25 ) gezeigt.
Es handelt sich um Wand- und Deckenkonstruktionnen aus vorgefertigten Betonteilen .'9, die auch durch gewöhnliches Mauerwerk ersetzt werden können. Bei den Außenwänden wird ein Beiüftungsschljtz 21 dadurch hergestellt, daß ein wetterfest kaschiertes Dämmpaneel 30 mit Abstand vor die tragende Außenwand gesetzt und an vertikalen Abschottungsprofilen 24 befestigt wird. Dieses Paneel enthält zugleich die externen Lüftungsklappen 2.
Bei der Decke wird der Uelijftungsschlitz 21 durch eine abgehängte Decke 28 und bei der Mittelwand durch eine abfJesetzte Verkleidung 31 mit Abschottungsprofilen 24 in den Ebenen der Trennwände gebildet. Für alle Zu- und Abluftöffnungen im Bereich aller Deckenanschlüsse werden wieder Betonformteile mit den nötigen Kanälen verwendet. Bei der Verwendung von Mauerwerk ließen sich die nötigen Öffnungen auch durch Aussparungen im Mauerwerk realisieren. Die saubere Einbindung der Lüfungsklappen könnte dann statt in ausgeformten Fälzen von Formsteinen durch Aufsetzen von Metallprofilen mit entsprechenden Fälzen o.ä. erfolgen.
- PATENTANSPRÜCHE -

Claims

PATENTANSPRÜCHE 3 Beltiftete Gebäudekonstruktion mit einer Einrichtung zur Regulierung des thermischen Raumklimas, vorzugsweise fj r arme Klimagebiete dadurch gekennzeichnet, daß nahe d r innenseite zum Raum hin in einer das thermische Raumklima stark breinflussenden Materialschicht, die Raumdenken und/oder Wände mit wahlweise von der Außen- oder Innenluft durchströmbaren Belüftungskanälen (6, 8, 9, 21) versehen sind.
2. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungskanäle mit einem gemeinsamen Kamin (11) zur Luftabführung verbunden sind.
3. Gebäudekonstruktion nach Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände und/oder Decken aus vorgefertigen Elementen mit eingearbeiteten Belüftungskanälen bestehen.
4. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum seitlichen Anschluß der vorgefertigten Elemente halb angeformte Belüftungskanäle (15) mit Ortbeton (16) vergossen sind.
5. Gebäudekonstruktion nach einem oder mehreren der Ansürche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungskanäle mit verschließbaren Belüftungsschlitzen versehen sind.
6. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände einander gegenüberliegende innere (4) und äußere (5) Belüftungsschlitze aufweisen.
7. Gebäudekonstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 b 1 6, dadurch laikennzelchnet, daß zur Ableitung der Luft ein zentraler, zum Kamin ( führender Längskanal (10) für alle Belüftungskanäle vorgesehen ist
8. Gebäudekonstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Türöffnung ein tiuerkanal im Sturz und Seitenkanäle an den Leibungen angeordnet sind.
9. Gebäudekonstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigten Elemente als Rippenplatten (19) aus Beton mit einer einseitigen Verkleidung (14, 20) zur Bildung der Belüftungskanäle (6, 8, 9) ausgeführt sind.
10. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung aus einem Wärmedämmaterial besteht.
11. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung aus Asbestzementplatten besteht.
12. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung aus Gipskartonplatten besteht.
13. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung aus Holz besteht.
14. Gebäudekonstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigten Elemente aus mit Abstand zueinander befindlichen Betonplatten (22, 23) bestehen, deren Zwischenraum als Belüftungsschlitz (21) durch Profile (24) abgeschottet ist.
15. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsschlitze für den Lufteintritt b, -austritt durch einbetonierte Kunststoffhülsen (25) gebildet sind.
Gebäudekonstruktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigten Elemente aus Betonplatten (29) und mit Abstand zu diesen gehaltenen Verkleidungen (28, 30, 31) bestehen, wobei der Zwischenraum als Lüftungsschlitz (21) durch Profile (24) abgeschottet ist.
17. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung aus einem wetterfest kaschiertem Dämmpaneel (30) besteht.
18. Gebäudekonstruktion nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung als abgehängte Decke (28) ausgebildet ist.