DE2951085A1

DE2951085A1 - Vorrichtung zur ausnutzung von windenergie an bauwerken, insbesondere fassaden und daechern

Info

Publication number: DE2951085A1
Application number: DE19792951085
Authority: DE
Inventors: Alfred 4150 Krefeld Hochstein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1981-06-25

Description

Vorrichtung zur Ausnutzung von Windenergie an
Bauwerken, insbesondere Fassaden und Dächern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausnutzung von Windenergie an Bauwerken, insbesondere Fassaden und Dächern.
An den Fassaden und Dächern von Bauwerken können bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten ganz erhebliche Luftströmungen auftreten. Insbesondere bei größeren Bauwerken, z.B. Hochhäusern, Verwaltungsgebäuden, Schulen, Krankenhäusern, Industrieanlagen, Sportzentren und dergleichen beobachtet man teilweise auch bei Windstille Luftströmungen, die z.B. auf Konvektion zurückgehen. Aufgabe der Erfindung ist es, die in diesen Luftströmungen enthaltene Energie nutzbar zu machen.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung gelöst, die gekennzeichnet ist durch wenigstens ein Windrad und einen daran angeschlossenen Generator sowie durch eine Trage- und Befestigungseinrichtung für den Anschluß an die Fassade oder das Dach.
Anders ausgedrückt handelt es sich dabei jeweils um ein aus Windrad und Generator bestehendes Aggregat, das so in die Fassade oder das Dach integriert wird, daß das Windrad sich im Bereich der an der Fassade oder dem Dach vorbeistreichenden Luftströmungen befindet und dadurch in Drehung versetzt wird, so daß im Ergebnis am Generator elektrische Energie abgenommen werden kann. Ein solches Aggregat kann bereits bei der Planung und Ausführung des Bauwerks angeordnet werden, es besteht aber auch die Möglichkeit, ein oder mehrere solche Aggregate nachträglich in das Bauwerk einzufügen.
Zweckmäßig weist die Trage- und Befestigungseinrichtung wenigstens eine Platte zum Anschluß an eine tragende Wand oder das Dach des Bauwerks sowie ein Lager für eine den Generator treibende Welle auf, wobei die Welle sich bauwerksseitig über die Anschlußplatte hinaus erstreckt und mit dem innerhalb des Bauwerks oder innenseitig an bzw. in der tragenden Wand angeordneten Generator verbunden ist. Dabei erstreckt sich die Welle im wesentlichen orthogonal zur tragenden Wand oder dem Dach des Bauwerks und der Generator ist geschützt und so angebracht, daß er vom Inneren des Bauwerks leicht zugänglich ist. Die elektrischen Anschlüsse des Generators können dementsprechend ohne weiteres in die elektrische Installation des Bauwerks integriert werden.
Außenseitig kann die Welle direkt mit dem Windrad verbunden sein. In manchen Fällen kan es aber zweckmäßig seil, die Welle außenseitig über ein Getriebe an das Windrad anzuschließen, das ein Über- oder Untersetzungsgetriebe sein kann. Damit besteht die Möglichkeit, den Generator mit einer für diese Zwecke geeigneten Drehzahl anzutreiben und gleichzeitig das Windrad nach strömungstechnischen Gesichtspunkten optimal auszulegen.
Ohne weiteres besteht die Möglichkeit, das Windrad architektonisch in die Fassade einzubeziehen. Dazu kann das Windrad wenigstens teilweise in ein Fassadenelement eingelassen sein. Insbesondere kann das Fassadenelement einen vorstehenden und das Windrad wenigstens teilweise umgebenden Kranz aufweisen. Der Kranz kann aber auch Teil der Trage- und Befestigungseinrichtung sein und mit dieser verbunden sein. In diesem Fall bildet das Aggregat aus Windrad und Generator sowie Trage-und Befestigungseinrichtung mit Kranz eine handelsfähige Einheit. Je nach dem, wie weit das Windrad vom Kranz umgeben ist, empfiehlt es sich, am Kranz randseitig Luftdurchlaßschlitze anzuordnen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Getriebe ein Winkelgetriebe sein, wobei dann die Drehachsen von Windrad und Generator orthogonal zueinander angeordnet sind. Das bietet auch die Möglichkeit, auf jeder Seite des Winkelgetriebes eine Eingangswelle für ein damit verbundenes Windrad anzuordnen und so die Windenergie besser zu nutzen. Insbesondere können die beiden zueinander koaxialen Windräder in einem Luftleitkanal angeordnet sein, der an die Trage- und Befestigungseinrichtung angeschlossen ist. Besonders günstige strömungstechnische Eigenschaften ergeben sich dann, wenn der Luftleitkanal eine venturiartige Einschürung aufweist, wobei das Winkelgetriebe im Bereich des engsten Querschnittes und die Windräder im Bereich der sich erweiterenden Querschnitte angeordnet sind.
Es versteht sich, daß die Flügel der Windräder nach Maßgabe der jeweils gegebenen Umstände in strömungstechnischer Hinsicht optimal ausgelegt werden. Ohne weiteres ist eine Mehrfachanordnung von Windrädern an der Fassade möglich, wobei auch eine solche Mehrfachanordnung in die architektonische Gestaltung der Fassade oder des Daches einbezogen werden kann.
Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen: Fig. 1 teilweise einen Vertikalschnitt durch die Fassade eines Bauwerkes mit integrierter Vorrichtung zur Ausnutzung von Windenergie, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Fassade nach Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1, Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 3 Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1, Fig. 6 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 5, Fig. 7 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1, Fig. 8 einen Horizontalschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 7, Fig. 9 eine Mehrfachanordnung des Gegenstandes nach Fig. 6, Fig.10 eine Mehrfachanordnung des Gegenstandes nach Fig. 7, Fig.11 einen teilweisen Vertikalschnitt durch das Dach eines Bauwerkes mit im Dachfirst integrierter Vorrichtung zur Ausnutzung von Windenergie, Fig.12 eine teilweise Ansicht des Dachs mit einer Mehrfachanordnung des Gegenstandes nach Fig.11.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile.
In Fig. 1 ist die tragende Wand 1 einer Bauwerksfassade mit vorgehängtem Fassadenelement 2 dargestellt.
An der Außenseite der tragenden Wand 1 ist z.B. mit einer Bolzenverbindung eine Anschlußplatte 4 einer Trage- und Befestigungseinrichtung festgelegt. Die Anschlußplatte 4 geht in ein Lager 5 für eine Welle 6 über, die sich mit ihrem Lager 5 einerseits durch das Fassadenelement 2 andererseits in bzw. durch die tragende Wand 1 erstreckt. Die Welle 6 ist außenseitig unter Zwischenschaltung eines Getriebes 7, das ein Untersetzungsgetriebe oder auch ein Ubersetzungsgetriebe sein kann, an ein vor dem Fassadenelement 2 befindliches Windrad 8 sowie innenseitig an einen elektrischen Generator 9 angeschlossen. Die Welle 6 erstreckt sich im wesentlichen orthogonal zur Ebene der Fassade.
Das Windrad 8 ist ein Flügelrad mit nach strömungstechnischen Gesichtspunkten ausgelegten Flügeln 10. Das Windrad 8 ist so vor der Fassade angeordnet, daß es im Bereich von Luftströmungen liegt, die an der Fassade entlang streichen und dadurch das Windrad 8 in Drehung versetzen. Über das Getriebe 7 und die Welle 6 wird auch der Generator 9 in Drehung versetzt, an dem dann elektrische Leistung abgenommen werden kann, die aus der Energie der vor der Fassade streichenden Luftströmungen entnommen ist. Das Getriebe 7 ist so ausgelegt, daß der Generator 9 mit optimaler Drehzahl angetrieben wird. Ggf. kann auch auf das Getrieb verzichtet werden.
Bei den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Aggregat aus Windrad 8, Generator 9 sowie Trage- und Befestigungseinrichtung im wesentlichen identisch ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2. Das Windrad 8 ist allerdings architektonisch dadurch in die Fassade integriert, daß das Fassadenelement 2 einen über die Fassade vorstehenden kreisringförmigen Kranz 11 aufweist, der das Windrad 8 umgibt, so daß dieses wenigstens teilweise in einer Mulde 12 angeordnet ist.
Eine ähnliche Ausführungsform zeigen die Figuren 5 und 6 mit der Maßgabe, daß der Kranz 11 an das Lager 5 der Trage- und Befestigungseinrichtung angeschlossen sowie vor das Fassadenelement 2 gesetzt ist. -r Kranz 11 ist damit Teil des Aggregates aus Windrad 8, Generator 9 sowie Trage- und Befestigungseinrichtung. Im übrigen erstreckt sich der Kranz 11 bei diesem Ausführungsbeispiel in axialer Richtung vollständig über das Windrad 8. Damit das Windrad 8 nichtsdestoweniger von der vor der Fassade vorbeistreichenden Luftströmung beaufschlagt werden kann, weist der Kranz 11 mehrere Schlitze 12aauf, die gruppenweise angeordnet sind.
Bei dem in den Figuren 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Welle 6 außenseitig an ein Winkelgetriebe 13 angeschlossen, das zwei Eingangswellen 14, 15 für darauf angeordnete Windräder 16, 17 aufweist. Da-ntsprechend erstrecken sich die Rotationsachsen der Windräder 16, 17 orthogonal zur Rotationsachse der Welle 6 und damit des Generators 9. Dei beiden Windräder sind in einem Luftleitkanal 18 mit venturiartiger Einschnürung 19 angeordnet. Das Winkelgetriebe 13 befindet sich im Bereich der Einschnürung 19. Der Luftleitkanal 18 ist mit einer Stützenkonstruktion 20 an die Trage- und Befestigungseinrichtung angeschlossen. Die Eingangswellen 14 bzw. 15 können horizontal oder vertikal oder in einer Zwischenstellung angeordnet werde Bei vertikaler Anordnung eignet sich diese Ausfahrung insbesondere für die Ausnutzung von konvektiven Luftströmungen, die auch bei Windstille vor uwerkfassaden auftreten.
In Fig. 9 18t eine Mehrfachanordnung der Ausführungsform nach Figur 5 bzw. 6 dargestellt. Man erkennt, daß die Windräder 8 und die umgebenden Kränze 11 architektonisch in die Fassade einbezogen werden können, wobei die Kränze 11 ggf. auch Unterbrechungen 21 aufweisen können, so daß Verbindungen zwischen den jeweiligen Mulden 12 für die Windräder 8 entstehen.
Figur 10 zeigt eine Mehrfachanordnung gemäß dem Ausftlhrungsbeispiel nach den Figuren 7 bzw. 8 mit mehreren Gruppen von Windrädern 16, 17.
Die Figuren 11 und 12 zeigenschließlich, daß die beschriebene Vorrichtung auch in einem Dachfirst 22 angeordnet wenden kann, wobei ggf. die Form der Flügel 10 der Windräder 8 der Dachform angepaßt werden kann und wobei ferner aus architektonischen Gründen oder als Wetterschutz außenseitig vor dem Windrad 8 und in einigem Abstand davon eine Kappe 23 vorgesehen werden kann. In Figur 11 wird angedeutet, daß die Kappe 23 an die Trage- und Befestigungskonstruktionen des Dachfirstes 22 angeschlossen ist und ein Lager 24 für die Welle 6 aufweist.
Es versteht stich, daß bei allen Ausführungsformen die Flügel der Windräder nach strömungstechnischen Gesichtspunktön optimal ausgelegt und den jeweiligen Verhältnissen angepaßt sind, so daß eine bestmögliche Ausnutzung der Windenergie erreicht wird.

Claims

AnsPrüche: (01. Vorrichtung zur Ausnutzung von Windenergie an Bauwerken, insbesondere Fassaden und Dächern, gekennzeichnet durch wenigstens ein Windrad (8);(16,17) und einen daran angeschlossenen Generator (9) sowie durch eine Trage- und Befestigungseinrichtung (3,4,5) für den Anschluß an die Fassade (1,2) oder das Dach (22).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trage- und Befestigungseinrichtung (3,4,5) wenigstens eine Platte (4) zum Anschluß an eine tragende Wand (1) oder dem Dach (22) des Bauwerks sowie ein Lager (5) für eine den Generator (9) treibende Welle (6) aufweist, wobei die Welle (6) sich bauwerksseitig über die Anschlußplatte (4) hinaus erstreckt und mit dem innerhalb des Bauwerks oder innenseitig an bzw. in der tragenden Wand (1) oder dem Dach (22) angeordneten Generator (9) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) außenseitig direkt mit dem Windrad (8) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) außenseitig über ein Getriebe (7) an das Windrad (8) angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Windrad (8) wenigstens teilweise in ein Fassadenelement (2) oder in das Dach (22) eingelassen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fassadenelement (2) einen vorstehenden und das Windrad (8) wenigstens teilweise umgebenen Kranz (11) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (11) Teil der Trage-und Befestigungseinrichtung (3,4,5) ist und mit dieser verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (11) randseitig Luftdurchlaßschlitze (72a) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Winkelgetriebe (13) ist und daß die Drehachsen von Windrad (16,17) und Generator (9) orthogonal zueinander angeordnet sind.
10.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelgetriebe (13) auf jeder Seite eine Eingangswelle (14,15) für ein damit verbundenes Windrad (16,17) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zueinander koaxialen Windräder (16,17) in einem Luftleitkanal (18) angeordnet sind, der an die Trage- und Befestigungseinrichtung angeschlossen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitkanal (18) eine venturiartige Einschnürung (19) aufweist, wobei das Winkelgetriebe (13) im Bereich des engsten Querschnitts und die Windräder (8) im Bereich der sich erweiternden Querschnitte angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Windrad (8) auf dem Dachfirst (22) eines Gebäudes mit senkrechter Drehachse (6) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Mehrfachanordnung von Windrädern (8);(16,17) an der Fassade oder auf dem Dach.