DE3014444A1

DE3014444A1 - Gebaeudefassade

Info

Publication number: DE3014444A1
Application number: DE19803014444
Authority: DE
Inventors: Franz Xaver Prof. Dr. Tschagguns Eder; Friedrich 8034 Unterpfaffenhofen Müller
Original assignee: SES FRIEDRICH MUELLER GmbH
Current assignee: SES FRIEDRICH MUELLER GmbH
Priority date: 1980-04-15
Filing date: 1980-04-15
Publication date: 1981-10-22

Description

Gebäudefassade
Die Erfindung betrifft eine Gebäudefassade mit im Abstand von der Gehäusewand befestigter Fassadenwand, insbesondere aus Fassadenplatten.
Derartige Gebäudefassaden sind bekannt. Sie dienen als Witterungsschutz.
Es ist ferner bekannt, Sonnenenergie zur Erzeugung von Warmwasser oder Niedertemperaturheizung für Gebäude zu nutzen.
Hierfür eingesetzte Sonnenkollektoren lassen bei gutem Wirkungsgrad Gebrauchstemperaturen von 60 0C und mehr erreichen, allerdings nur dann, wenn direkte und diffuse Sonneneinstrahlung ausgenutzt wird. Weiterhin kann Sonnenenergie durch sogenannte Energiedächer genutzt werden, bei denen unterhalb des Gebäudedaches Flüssigkeit in Rohrleitungen geführt wird, welche über die von der Sonne bestrahlte Dachhaut erwärmt wird. Der Wirkungsgrad des Energiedaches ist gegenüber der Energieumsetzunc durch Sonnenkollektoren geringer. Beide bekannten Systeme weisen Nachteile auf. Die Sonnenkollektoren lassen sich im wesentlichen nur bei Neubauten organisch integrieren. Das Energiedach mit seiner Flüssigkeitszirkulation zur Abführung der Nutzwärme ist, bezogen auf den Wirkungsgrad, noch unverhältnismäßig teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gebäudefassade vorzuschlagen, die es ermöglicht, auf einfachste Weise die Sonnenenergie zu verwerten.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß eine zum Witterungsschutz vorgesehene Fassade mit zur Gewinnung fühlbare Wärme aus Sonneneinstrahlung und Qmgebungsluft herangezogen wird. Hierbei wird vornehmlich eine Fassade ausgenutzt, die an nach Süden oder Südwesten, oder Südosten gerichteten, senkrechten oder auch geneigten Außenwänden eines Gebäudes angebracht wird. Die Fassade unterscheidet sich äußerlich nicht von den üblichen Fassadenkonstruktionen, wie Eternit-Fassaden oder dergleichen. Das hinter der Fassade ausgebildete Luftführungssystem mit Zwangsumwälzung der Luft ermöglicht unter Einbeziehung eines Wärmetauschers der Gebäudeheizungs- bzw. Warmwasserbereitung eine verhältnismäßig einfache und trotzdem mit gutem Wirkungsgrad arbeitende Ausnutzung der Sonnenenergie. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß auch bei ausgeschalteter Luftzirkulation die Fassadenverkleidung ihre Rolle aus Wetterschutz und wärmedämmendes Element voll erfüllt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt der Gebäudefassade nach der Erfindung; Fig. 2 einen horizontalen Teilschnitt; Fig. 3 eine schematische Vorderansicht der Gebäudeaußenwand mit abgenommener Fassadenwand; Fig. 4 eine Teilansicht und Fig. 5 ein vertikaler Teilschnitt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird an einer z.B. vertikalen, nach Süden orientierten Gebäudewand 1 vorzugsweise zur Erhöhung der Wärmeisolation1 eine Wärmedämmplatte 2 von 1 bis 2 cm Stärke befestigt. Auf der Wärmedämmplatte 2 werden, wie aus Fig. 2 ersichtlich, parallele, vertikal verlaufende Leisten oder Stege 3 befestigt. Diese können aus Holz oder aus Isoliermaterial bestehen. Sie weisen vorzugsweise einen rechteckförmigen Querschni: auf mit durchgehenden, vertikalen Seitenwänden. An den Vorderseiten dieser Leisten 3 sind Fassadenplatten 4 befestigbar. Die einzelnen Fassadenplatten 4 werden derart durch Nageln, Schrauben oder Einh-ängen befestigt, daß die oberen Platten immer die darunter montierten verdecken, somit den Regen abweisen. Damit sie auch an den senkrechten Stoßkanten wasserdicht aneinanderstoßen, können senkrecht angebrachte Abdeckstreifen 5 aus Kunststoff vorgesehen werden. Die Fassadenplatten 4 könnten auch einander seitlich überdeckend befestigt werden.
Die Fassadenplatten können aus beliebigem Material bestehen, sofern sie über längere Zeit der Witterung standhalten. Vorzugsweise bestehen sie aus Eternit, Asbestzement, Kunststoff, Glas oder Metall, wie etwa eloxiertem Aluminium. An der Innenseite besitzen die Fassadenplatten 4 gut wärmeleitende Rippen 6. Diese sind in Abstand voneinander und parallel zueinander senkrecht zur Fassadenplatte ausgebildet. Sie können einstückig mit der Fassadenplatte 4 sein oder aber getrennt ausgebildet und fest an der Platteninnenseite befestigt sein. Vorzugsweise verlaufen sie in Richtung der Leisten 3. Es entstehen auf diese Weise Kanäl ef die zu bei ten Seiten von Leisten 3 und außen und innen von der Fassadenplatte 4 und der Wärmedämmplatte 2 begrenzt werden. In einen solchen Luftführungskanal 7 ragen die Rippen 6 hinein. In diesen Luftführungskanälen 7 wird die Luft zwangsläufig umgewälzt. Diese Luftzirkulation soll im Stande sein, die auf die Gebäudefassade fallende Wärmeenergie,infolge Sonneneinstrahlung oder Austausch mit der Umgebung erzeugt, durch Konvektion abzuführen.
Die Rippen 6 vergrößern die Fläche jeder Fassadenplatte um ein Vielfaches. Anstelle von Rippen können auch gelochte Bleche, Netze, Gitterbleche in guten thermischen Kontakt mit der Fassade platte angebracht werden. Wesentlich ist die gute Wärmeübertragung von der äußeren Einstrahlungsfläche an die Rippen 6. Im Falle der sehr häufig angewandten E-ternit- oder anderen Asbest-Zement-Platten sollen die Rippen 6 entweder in die Platte angewinkelt eingegossen oder zumindest mit Kunststoff als Winkelblech verklebt oder vergossen werden.
Es ist nicht von besonderem Nachteil, daß die einzelnen Fassadenplatten 4 nicht luftdicht aneinander montiert sind, solange der Strömungswiderstand in den Luftführungskanälen geringer ist als der zwischen den einzelnen Platten, so daß nur wenig"Nebenluft" angesaugt und sofort in Wärmeaustausch mit den Rippen 6 gebracht wird.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Zirkulationsluft an der unteren Fassadenkante 8 als Außenluft angesaugt und oben in Dachnähe gesammelt und einem Sammelkanal 9 zugeführt wird. Hierzu sind die Leisten 3 mit Unterbrechungen 10 versehen, durch die die zwangsweise zirkulierende Luft aus dem jeweiligen Luftführungskanal 7 zum Sammelkanal 9 hin strömen kann. Dieser von einer Oeffnung in der Gebäudewand .gebildete Sammelkanal 9 ist im Inneren des Gebäudes an die Saugseite 11 eines Gebläses 12 angeschlossen. Die Druckseite 13 des Gebläses 12, das vorzugsweise im Dachraum des Gebäudes untergebracht ist, ist an einen WErmetauscherl4 angeschlossen, dessen Zulauf 15 bzw. Ablauf 16 an das Heizungs- bzw. Warmwassersystem des Gebäudes angeschlossen sind. An den Ausgang des Wärmetauschers 14 ist ein Kaminrohr angeschlossen, das ins Freie führt. Im Kaminrohr 17 ist eine Drosselklappe 18 angeordnet, durch die bei konstanter Gebläsedrehzahl der Luftdurchsatz im Zirkulationssystem und im Wärmetauscher 14 stetig geregelt werden kann.
Die beschriebene Energiefassade wirkt folgendermaßen: Die Fassadenplatten 4 nehmen bei Sonneneinstrahlung, im diffusen Licht oder warmen Außentemperaturen einen Temperaturwert an, der merklich über demjenigen im Gebäudeinneren liegt. Durch Einschalten des Gebläses 12 wird im Luftführungssystem eine Luftzirkulation erzwungen. Der in den Luftführungskanäleniterzeugte Luftstrom streicht über die Rippen 6 und nimmt hierbei Wärmeenergie von den Platten 4 auf. Im Sammelkanal 7 ist der Luftstrom so weit erwärmt, daßer ungefähr die gleiche Temperatur wie die Fassadenplatten besitzt. Die gewonnene Wärmeleistung berechnet sich aus dem Produkt "Luftdurchsatz (kg/h)", "spezifische Wärme der Luft (kJ/kg x grd)" und der Temperaturdifferenz zwischen Eintrittstemperatur (Te) am Wärmetauscher 14 und Temperatur der Außenluft (Ta) d.h. Te - Ta Dieser Leistung steht die eingestrahlte Energie mit der Fassadenfläche und dem Wirkungsgrad gegenüber. Oberschlägig kann man davon ausgehen, daß bei einer Südfassade maximal 250 W/m2 effektiv gewonnen werden können und auch bei bedecktem Himmel und wärmeren Außentemperaturen 100 W/m2 verfügbar sind. Im allgemeinen wird die Temperaturdifferenz Te - Ta 40° nicht übersteigen, d.h. im Austausch mit einem Wasserkreislauf , der in Fig. 4 durch die Zu- bzw. Abläufe 15 und 16 angedeutet ist, wird ein Zwischenwasserspeicher durch die Energiefassade auf etwa 35 0C oder etwas höher erwärmt werden können. Dieser Zwischenspeicher kann als Ausgangswärmequelle für eine Wärmepumpe benutzt werden.
Vielfach wird es nicht notwendig oder aus architektonischen Gründen möglich sein, eine ganze Hausfassade zu verkleiden.
In diesem Fall können auch Teile davon mit der Energiefassade ausgestattet werden, wobei anstelle der senkrecht führenden Luftkanäleinach Fig. 3 voll ausgezogen auch waagrecht verlaufende, in Fig. 3 strichliert angedeutet, angewendet werden können, die dann zu einem Sammelkanal an der rechten oder linken Außenkante der Gebäudewand führen. Hierbei ist auch ein Ansaugen der Außenluft an beiden offenen Seitenkanten und ein zentral angeordneter Sammelkanal möglich. Selbstverständlich müssen in diesem Fall die den Wärmeaustausch mit der Gebäudefassade bewirkenden Rippen 6 horizontal verlaufen.
Die Gleichgewichtstemperatur der Fassadenplatten 4 hängt bei vorgegebener Sonneneinstrahlung bzw. Außentemperatur von den Strahlungseigenschaften seiner äußeren Oberfläche und den Konvektionsverlusten ab. Diese treten an der Außenfläche der Platten 4 unter dem Einfluß der wärmeren, nach oben steigenden Luft auf und verringern, die innen abzuführende Wärmeleistung. Diese Verluste lassen sich verringern,-wenn die Außenfläche der Fassadenplatten durch einen durchsichtigen, wärmeisolierenden Oberzug 19, Fig. 5, geschützt ist. Zusätzlich kann die Konvektionsströmung - wie in Fig. 5 angedeutet, dadurch behindert bzw.
verringert werden, daß man den die unteren Platten überdecken den Teil der oberen Platte 4 abgewinkelt nach außen stehen läßt, wodurch ein zusätzlicher Strömungswiderstand entsteht.
Anstatt alle Luftführungskanäle 7 wirkungsmäßig parallel anzuordnen, könnte man auch einige oder alle meanderförmig ausbilden, insbesondere dann, wenn ein geschlossener Zwangsumlauf vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, daß über eine längere Wegstrecke die umgewälzte Luft der über die Platten 4 zugeführten Temperatur ausgesetzt wird.
Der große Vorteil der beschriebenen Energiefassade besteht in seiner Einfachheit, vielseitiger Anpassung an vorgegebene Randbedingungen und vor allem am geringen technischen Aufwand.
Durch eine selbsttätige Steuerung der Drosselklappe 18 über einen nicht dargestellten Temperaturfühler abhängig vom laufend gemessenen Temperaturunterschied Te - Ta läßt sich eine optimale Nutzung der überhaupt verfügbaren Wärmeenergie erreichen.
Leerseite

Claims

Gebäudefassade P a't e n t a n 5 p r ii c h e 1. Gebäudefassade mit im Abstand von der Gebäudewand befestigter Fassadenwand, insbesondere aus Fassadenplatten, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Zwischenraum zwischen Fassadenwand und Gebäudewand als Luftführungssystem mit der Fassadenwand als Wärmetauscher ausgebildet ist, an das ein Förderer (12) zur Zwangszirkulation der Luft durch das Luftführungssys-tem und ein Wärmetauscher (14) des Gebäude-Warmwasser- bzw. -Heizungssystems angeschlossen ist.
2. Fassade nach Anspruch 1, deren Fassadenwand aus Fassadenplatten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassadenplatten (4) zur Bildung des Luftführungssystems in Richtung der Zwangsluftströmung Rippen (6) besitzen.
3. Fassade nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassadenplatten (4) aus gut wärmeleitendem Material bestehen.
4. Fassade nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassadenplatten (4) von dünnen Blechtafeln gebildet sind.
5. Fassade nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (6) aus gut wärmeleitendem Material sind und einstückig mit den Fassadenplatten ausgebildet oder bei getrenr Ausbildung fest mit diesen verbunden s-iWd' 6.
Fassade nach den Ansprü chen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (6) senkrecht zu den Fassadenplatten (4) angeordnet sind.
.7. Fassade nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassadenplatten (4) aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen.
8. Fassade nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (6) von Lochblechen, Gitterblechen oder dgl.

gebildet sind.
9. Fassade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassadenplatten (4) anstatt Rippen (6) auf ihrer Innenseite mit vergrößerter Wärmeaustauschinnenfläche ausgebildet sind.
10. Fassade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftführungssystem vertikal und parallel zueinander v-erlaufende, an der Gebäudewand(1) befestigte Leisten einschließt, auf denen die Fassadenplatten (4) mit vertikal verlaufenden Rippen (6) befestigbar sind.
11. Fassade nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Leisten (3), Fassadenplatten (4) und Gebäudewand (1) begrenzten Luftführungskanälen (7) bodenseitig offen sind.
12. Fassade nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungskanäle (7) dachseitig zu einem Sammelkanal (9) geführt sind, der an das Gebläse (12) saugseitig angeschlossen ist.
13. Fassade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftführungssystem horizontal und parallel zueinander verlaufende, an der Gebäudewand (1) befestigte Leisten (3) einschließt, auf denen die Fassadenplatten (4) mit horizontal verlaufenden Rippen (6) befestigbar sind, daß die dadurch gebildeten Luftführungskanäle (7) an ihren einen Enden offen und an ihren anderen Enden an einen Sammelkanal angeschlossen sind, der mit einem Gebläse saugseitig verbunden ist.
14. Fassade nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (3) auf einer an der Gehäusewand (1) angebrachten Isolierschicht (2) befestigt sind.
15. Fassade nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelkanal (9) für die Luftführungskanäle (7) ins Gebäudeinnere geführt ist, dort saugseitig an das Gebläse (12) angeschlossen ist, mit dem druckseitig der Wärmetauscher (14) des Gebäude-Heizungs- bzw. Warmwassersystems verbunden ist.
16. Fassade nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Fassadenwand mit einer Schicht (19) aus Farbe oder dergleichen versehen ist, die das Sonnenlicht absorbiert und eine geringe Emission im Infraroten besitzt.
17. Fassade nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß über der Schicht (19) aus Farbe oder dergleichen eine durchsichtige, thermisch isolierende Schicht aufgebracht ist, die die äußeren Konvektionsverluste verringert.
18. Fassade nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungskanäle (7) zur Außenluft hin geschlossen sind und ein geschlossener Kreislauf unter Einbeziehung eines zweiten Sammelkanals vorhanden ist, der an den Wärmeaustauscher des Gebäudewarmwasser- bzw.

Heizungssystems angeschlossen ist.
19. Fassade nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Saug- oder Druckstutzen des Gebläses (12) eine einstellbare Drosselklappe (18) angeordnet ist.
20. Fassade nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler im Ansaugstutzen des Gebläses (12) angeordnet ist, der selbsttätig die Drosselklappe 18 steuert.
21. Fassade nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebäude-Heizungs- bzw. Warmwassersystem eine Wärmepumpe einschließt.