DE3313265A1 - Passives solarhaus mit zusatzheizung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wohnhäuser in sogenannter Solar-Architektur, demonstriert am Sonderfall eines Einfamilienwohnhauses. Aufgabe der Solar-Architektur ist es, mögiichst viel Solar-Energie durch das Gebäude selbst in sog. passiver Solartechnik einzufangen und möglichst lange festzuhalten und zwar ohne nennenswerten maschinellen Einsatz.

Vergleiche hierzu den Aufsatz über passive Solar-Architektur in der März-Ausgabe 1983 : 'Deutsches Architektenblatt¹, Verfasser Dipl.-Ing. T.W.A. Braun, Seite 23 ff.

Ein passives Solarhaus zeichnet sich dadurch aus, daß die Prinzipien, der passiven Solar-Architektur angewendet werden zur Minimierung des Energiebedarfs der Zusatzheizung. Merke: Ein Solarhaus besitzt keine reguläre Heizung mehr , sondern hat nur noch eine Zusatzheizung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde:

1. Den Anteil der passiven Solar-Energie eines Solarhauses gegenüber bekannten Prinzipien wesentlich zu erhöhen

2. für den durch 1. stark reduzierten Wärmebedarf einen neuen Heizungstyp schaffen, der seine Umwelt nicht mehr belastet.

3. Als Synthese .aus 1*.und 2. das zeitgerechte Wohnhaus erfinden.

Das Problem wird mit Hilfe der Ganzheits-Methode gelöst. Dabei gilt es drei wichtige Einflußgrößen zu beachten und abzugrenzen:

I · Passiv-Solarenergie gewinnt man über große, südlich orientierte Flächen. Die bringt am besten und billigsten das Gebäude selbst. (Und nicht teure Sonnenkollektoren o.a.)

I 1. Das Gebäude soll stärker in das schützende Erdreich miteinbezogen werden mitsamt der Energieschöpfung aus dem Erdreich, direkt unterm Haus .

Ml. Erschließung der Wärmequelle Umwandlungsenergie, aus Wasserdampf - Kondenswasser sowie Kondenswasser - Eis in Verbindung mit Kalt- und Warmspeichertechnik.

Mit diesen Komponenten läßt sich eine völlig neue 'Wohnmaschine¹ entwick-

kein mit frappierenden Energiebilanzergebnissen, wie man sie in unseren Breitengraden bislang nicht für möglich hielt. Damit wird zugleich die DIN 4108 in Frage gestellt, als Berechnungsgrundlage zur Ermittlung des Wärmebedarfs. Der Technik, erwiesen durch die praktische Erprobung ist auf jeden Fall Vorrang einzuräumen. - Daran wird der Fortschritt gemessen! D I N—Vorschriften müssen nachrangig behandelt werden durch entsprechende Anpassung und Änderung.

Gleiches gilt auch für Bebauungspläne, die niemals den Anspruch Baulustiger pedantisch beschneiden dürfen indem sie neue Technik verhindern, wie z.B. die Grundrißgestaltung mit entsprechender Himmelsausrichtung bis hin zur Dachgestaltung, u.a.m.

Mehr Wärmedämmung allein tut es nicht mehr. Sparsamere Heizkessel sowie Brenner genügen auch nicht, sowenig wie das Vielerlei an Heiztechnik für ein.Gebäude.Zur Energie-Bilanz-Verbesserung, einhergehend mit geringeren Investitionskosten, , muß die Solartechnik bereits an den Hausfundamenten beginnen .

In der Auseinandersetzung über Möglichkeiten und Unmöglichkeiten passiver und aktiver Solartechnik kommt man um eine differenzierte Betrachtung folgender Punkte nicht herum:

a) Südfassaden als Speicherwände bei unserem Klima?

b) Gebäudeformen als heilige Kühe ?

c) Wohnräume nicht eingeschossig anlegen .

d) Wohnräume teilweise ins schützende Erdreich placieren.

e) Wärmeabfluß ins Erdreich bremsen!

f) Zusatzheizung am besten als Wasser-Was.ser-Wänmepumpe, gespeist aus zwei Wärmequell'ervLuft u* Erdreich, dazu eineLangzeitenergiespeicherung mit einfacher Technik. .

q.) Wert oder Unwert von Glashäusern ?

Zur Lösung der gestellten Aufgabe war es notwendig, vor allem in Bezug auf die eingangs erwähnte Druckschrift, Machbares herauszustellen und weiter zti konkretisieren. In diesem Sinne wird nachfolgend zur o.g. Thematik Punkt für Punkt Stellung bezogen und anschließend die Lösung präsentiert.

COPV

Der Verfasser der erwähnten Druckschrift hält nicht viel von der Tromfee-Wand für unser Klima. Die Temperatur könne auf ein unkomfortables tiefes Niveau fallen und außerdem lasse sich ein großflächiger Wärmespeicher in der Südfront des Hauses nur schwer in guter Weise integrieren!. Mit der Erfindung wird diese Infragestellung entkräftet durch Weiterentwicklung der Trombe-Wand und geeignete gestalterische Elemente im Gebäudegrundriß, die die Südflächen um ca. 60 % vergrößern bei gleichem

Gebäudevolumen;.

Es wurden optimale Gebäudeformen rechnerisch untersucht. Dabei ergab sich die Möglichkeit, eine Gebäudeform zu entwickeln, die den günstigen Werten eines kompakten Kubus, nicht nachsteht, sondern sogar den gewichtigen Vorteil der Vergrößerung von Südflächen hervorbringt. Ja sogar· die zylindrische Hausform brächte dem gegenüber bei 2-geschossiger Bauweise und gleichem umbauten Raum weniger Südfläche und nur 5 % weniger Wandflache je Kubikmeter Raum. Natürlich wäre die Kreisform für einen Wohirahausgrundriß auch äußerst problematisch für die Möblierung. Die gefundene Form gestattet den Vorbau eines Gewächshauses mit geringstem Flächenaufwand, bei Ausführung in Dreiecksform mit der schon vorhandenen gemeinsamen Südwand.- Eine weitere Vergrößerung der Südflächen ist möglich durch ein nach Süden ansteigendes Pultdach. Kleinstmögliche Nordwand und größtmögliche Südwand bei vernünftiger Grundrißgestaltung, das war die Aufgabenstellung im besonderen.

Die meisten Einfamilienwohnhäuser, sofern es sich nicht um Reihenhäuser o.a. handelt, haben die Wohnflächen in einem Geschoß untergebracht. Das ist von großem Nachteil, besonders, sofern voll unterkellert wurde. Es wurmit der Lösung der Aufgabe angestrebt, möglichst den Wärmeverlust des unteren Wohnraums zum Wärmegewinn des darüberliegenden zu machen. Daneben galt es, die erforderlichen Nutz- u. Nebenräume auf das äußerste zu beschränken. So entstand nebenbei ein sehr günstiges Verhältnis von umbauten Raum zu vorh. Wohnfläche. Der Quotient liegt bei 4,ο und weniger.

Zu d) .

Wohnraum teilweise im Erdreich schützend untergebracht bringt Energiegewinn. Anstelle von - 10° C Außentemperatur kann man mit + 6⁰C und mehr rechnen. Außerdem kann die in das Erdreich abgestrahlte Wärme dem Heiz-

system wieder zugeführt werden, wie im vorliegenden Fall, wo dem Erdreich direkt unterm Haus die Umweltwärme für den Betrieb der Wasser-Wasser-Wär-,mepumpe entzogen wird.

Natürlich müssen Wohnräume , die teilweise im Erdreich liegen, entsprechend ausgebildet werden. Das gilt für die Wärmedämmung wie für den Feuchtigkeitsschutz gleichermaßen. Auch muß in Wohnräume die vorgeschriebene Tages lichtmenge einfallen können. Nebenräume, wie Aborte und Bäder o.a. benötigen kein Tageslicht.

In der Regel läßt es sich ohne Probleme so einrichten, daß selbst bei ebenem Baugelände durch entsprechenden Auftrag und Abtrag von Erdreich ein Niveau- "" unterschied von ca. 1,80 m herstellen. Damit läßt sich ein bewohntes Unter geschoß vorbildlich einrichten

Dabei sollten die Außenwände, auch innerhalb des Erdreichs, in Hochlochziegel gemauert werden und nicht in Beton. Des weiteren sollten Maßnahmen getroffen werden, die den Wärmeübergang zum Fundament bremsen und zwar für Decke und Wände. Zusammen mit den Wohnräumen des darüberllegenden Erdgeschosses ergibt sich der günstige Umstand, daß die Heizwärme für ca. 45 % des Wohnraums zweimal genutzt wird. Außerdem fließt innerhalb des Erdreichs die Wärme weniger schnell ab, bei entsprechender Vorkehrung, als bei den der bewegten Luft ausgesetzten Bauteilen. - - -.· ■■ .

Ein so gebautes Untergeschoß läßt nur sehr wenig Kellerraum übrig. Meist wird es sich um Heizung und Vorratskeller handeln. Bei sonst allgemein üblichen Keller- bzw. Untergeschossen mit Betonwänden und keinerlei Vorkehrung im Fundamentbereich und den Fußböden fließt ein beträchtlicher Teil Heizwärme ungenutzt in das Erdreich ab. Man bedenke allein die Speichermassen an Wärme im Beton, mit ca. 6-8°,C Temperaturdifferenz zum Erdreich und die mannigfaltigen Wärmeübergänge.

Die hier vorgeschlagene Zusatzheizung soll aus einer handelsüblichen Wasser Wasser-Wärmepumpe bestehen, betrieben mit Nachtstrom, was nur über eine entsprechende Speichertechnik möglich ist in Verbindung mit zwei Wärmequellen: der Luft und dem Erdreich. Eine solche Ausführung ist meist sehr teuer wegen der hohen Kosten für die Wärmequellen-Schöpfungsanalgen: Energiedach und Erdkollektoren. Dank selbstentwickelter neuer Technik auf eben diesem Gebiet, kann ein Vorteil mit dem anderen erfolgreich verknüpft werden. So wird z.B. die Erdwärme direkt unter dem Wohnhaus entzogen, wobei es gelingt auch die Wärmeverluste des Hauses selbst abzufangen. Dieser Absorber wird^zugieich als

"- Eis-Latentspeicher genutzt. Für Tage günstigeren Energieangebots aus der Luft " .. wird natürlich diese Wärmequelle vorrangig genutzt. In einem gemeinsamen Heiz- ---·"'"" mittelgefäß im Untergeschoß im Heizraum, kann Energie höherer Temperatur

abgespeichert werden, obschon auch dieses Gefäß ein Eis-Latentspeicher ist. Nach nächtlicher Energieschöpfung, besteht ein Temperaturunterschied zu Tagestemperaturen von ca. 3 - 5 ° C. Allein diese Temperaturdifferenz genügt, um mit Hilfe einer Umwälzpumpe, die nur einen sehr geringen Stromverbrauch hat, und dem Luft-Absorber das Heizmittelgefäß wieder aufzuladen. Nur bei Temperaturen unter null Grad wird auf Erdwärme umgeschaltet. Auf diese Weise kann die Leistungszahl der Wärmepumpe optimal gesteuert werden.

Die Füßbodenheizung wird des Nachts aufgeladen. Dank ihrer sehr großen Speicherkapazität, sowie der Wände und Decken, genügt die Reserve im Betriebsspeicher für Heizung und Warmwasser für den Tagesbedarf, sodaß die Wärmepumpe tagsüber äußerst selten einschalten braucht.

Die Wärmedämmung des Betriebsspeichers ist so gut, daß nur ca. 1 kWh tgl. Wärmeverlust entsteht. Die Warmwasserbereitung erfolgt über Wärmetauscher im Betriebsspeicher.

Zug)

Inzwischen ist es unstreitig, daß man bei unseren Klimaverhältnissen Glashäuser .' nicht lediglich zur Energieeinsparung baut. Das wäre eine falsche Einschätzung der Realität. Vielmehr ist es so, daß die Wohnqualität durch ein solches Angebot steigt und bei Anordnung vor einer Südwand, die als Wärmespeicherwand ausgebildet ist, beträchtliche Mengen solarer Energie das ganze Jahr über eingefangsn wird. Auf die richtigen Proportionen Glashaus - Haupthaus kommt es entscheidend an. Darin liegt der Wert.

Ein zu groß bemessenes Glashaus benötigt zur Pflege der Pflanzen in kalter Jahreszeit eine Beheizung, deren Energiebedarf beträchtlich sein kann.

Unter Beachtung aller relevanten Faktoren, wurde die gestellte Aufgabe erfinderisch dadurch gelöst, daß zunächst ein Baukörper gefunden wurde, der neben einem sehr günstigen Quotienten V/ m^ (umbauter Raum / Wohnfläche) von etwa 4,0 einen sehr hohen Anteil von südlich orientierten Fenstern (über 80 %) sowie die Größe der Südspeicherwand ganz beachtliche Werte erreicht, sodaß der solare Lastanteil des Gesamtwärmebedarfs auch in den schwächsten Wintermonaten über 50 % liegt. (Berechnung nach amerikanischem Modell) Mit der Lösung der. Baukörperfrage aufs engste verknüpft ist die Eignung und In-

stallationsmöglichkeit eines Heizsystems. Dazu bietet der gewählte Grundriß optimale Möglichkeiten:

1. GroßraurrrfUr Wohnen, Essen, Kochen,

den ganzen Tag über Licht von Osten bis Westen,

großes Raumvolumen günstig für Konvektions-

wärme aus Speicherwand, kleine Luftgeschwindigkeiten.

2. In Raummitte kann als Zusatzheizung ein Kachelofen installiert werden, dessen Kamin gleichzeitig für einen Herd in der Küche mitbenutzt werden kann _f

diese Form der Zusatzheizung wird oft gewünscht, selbst bei vorhandener Fußbodenheizung o.a.

3. Der Erdabsorber kann direkt zentral unter das Gebäude placiert werden, wo er zugleich Transmissionswärme wieder einfängt und andererseits vor winterlicher Auskühlung sicher ist. Selbst kurzzeitiges, begrenztes Gefrieren von Erdfeuchtigkeit i m Behälterumfeld ist möglich, dank der Grundrißkonstruktion.

4. Der Luftabsorber findet auf dem flachgeneigten Dach einen günstigen Standort, wo Ventilatorgeräusche kaum wahrnehmbar sind und andererseits kondensiertes Wasser schadlos abfließen kann. Trotzdem ist der Leitungsweg zum Heizraum kurz ^ur|d Leitungswärmeverluste gibt es nicht.

Alles in allem ist der Geländebedarf, günstigen Bauplatzzuschnitt vorausge^ setzt, gering, besonders im Hinblick auf mögliche Nutzung von Erdwärme. Die besondere Ausbildung der Untergeschoß wände, Decken und Fundamente zur Verminderung des Wärmeabflusses gegen Erdreich war ebenso geboten wie der nächtliche Schutz der großen Südfenster außerhalb des Glashauses durch die Erfindung der Innenrolläden. Eine automatische auf / zu Steuerung empfiehlt sich sehr.

Bei allem ist es eine Selbstverständlichkeit, daß die Außenhüllen, ob Decken, Fenster, Wände o.a. erstklassige k-Werte aufweisen. Weit über DIN-Forderung.

Bei Weglassen des Glashauses, wird die Wärmespeicherwand mit Doppelstegplatten o.a. verkleidet. Damit ist das Solarhaus energetisch völlig gleichwer-

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Figur	1	a
Figur	1	b
Figur	2	a
Figur	2	b
Figur	2	C
Figur	2	d
Figur	2	e
Figur	2	f
Figur	3	a
Figur	3	b
Figur	3	C
Figur	3	d
Figur	3	e
Figur	4	a
Figur	4	b
Figur	4	C
Figur	4	e
Figur	5	a
Figur	5	b

tig, was das Einfangen solarer Energie durch die Wärmespeicherwand angeht.

Nachstehend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Es zeigen

Hausgrundri3 mit Glashaus, schematisiert 'Hausgrundriß ohne Glashaus
Grundriß des Erdgeschosses
Grundriß des Untergeschosses Querschnitt des Solarhauses mit Glashaus Wärmespeicherwand
Fensterelement mit Innenrolladen Temperaturübergangsbremsen bei Wänden, Decken und Fundamenten im Untergeschoß Heizsystem mit Warmwasserbereitung und Langzei !energiespeicherung
Luftabsorber im Aufriß
Luftabsorber im Grundriß

Erdabsorber und Eis-Latentspeicher irr. Aufriß Erdabsorber und Eis-Latentspeicher im Grundriß Plastikkugel aus zwei Hälften im Aufriß Linke Halbkugel im Seitenriß
Rechte Halbkugel im Seitenriß Vollkugel mit Füllöffnung und Stopfen Niedrig-Energie-Solarhaus EG.- Grundriß Niedrigr-Energie-Solarhaus UG.-Grundriß

Das Solarhaus A mit oder ohne Glashaus B zeichnet sich insbesondere durch eine leistungsstarke passiv-Solartechnik und Kapazität aus. Das kommt auch durch die besondere Gebäudeform im Grundriß 1-2-3-4-9 und 2-3-8 sowie im Querschnitt D zum Ausdruck. Eine beachtliche Rolle spielt hierbei die Geländelinie 251-251 in Bezug zu den Wohnräumen des Untergeschosses 246, 247. Die senkrechte Schwerachse des Gebäudes ist deutlich gegen die Südwand C verlagert. Die Wärmespeicherwand C hat folgenden Aufbau: (von Innen nach außen) Speicherwand 211, Kerndämmung 212, Speicherwand 213, Luftschicht 214, lichtdurchlässige Schicht

und Luftklappen 215 mit Luftschlitzen 216. Bei sofortiger Ausführung eines Glashauses B zu einem Haupthaus A kann auf die lichtdurchlässige Schicht 219 verzichtet_werden.

Masstab für die Fensterausbildung , mindestens bei großen Fenstern ist das Detail K : Thermopaneverglasung 223, Luftschicht 220, Rolladen 222 mit wärmereflektierender Schicht 221 und Rolladenkasten 224 mit Luftschlitz 225. Fenster und Roladen sind hermetisch von der Außenluft

abgeschnitten.

Der Erdgeschoßgrundriß A¹ besteht im wesentlichen aus einem großen Raum, mit Küche 236, Essplatz 237 und Wohnteil 238. Daneben gibt es die Nebenräume: Windfang 233, Abort 234 und Speisekammer 235. Der Hauseingang 232 liegt wettergeschützt im Südwesten bzw. im Südosten bei spiegelbildlicher Ausführung. Die Wärmespeicherwand ist durchbrochen durch eine Fenster- bzw. Türöffnung 231 zum Glashaus B hin. Davor befindet sich ein Balkon 239, sofern in Erdgeschoßhöhe das Glashaus B nur Luftraum ist. Nach Ausführungsbeispiel 2 in Figur 5 a und 5 b baut sich das Glashaus B erst auf dem darunterliegenden Wohnraum 3 auf. In diesem Fall ist das Glashaus B zugleich erweiterter Wohnraum 238. Die Form des Glashauses B ist sparsamst ein Dreieck 2-3-8 mit geneigter Dachfläche 254. Schnee kann vom Dach 253 des Haupthauses A nicht auf das Glashausdach 254 fallen, das es entgegengesetzt geneigt ist.-Die Grundrißform des Glashauses B kann , wie in Figur 5 a auch fünfeckig sein oder anders. Es kann von hier ,wie in v.g. Figur, auch eine Treppe zum Untergeschoß hinabführen.

Das Untergeschoß A'¹" besitzt'die Wohnräume 246 + 247, die eine Türe 241 zum Glashaus B besitzen, sofern letzteres bis auf diese Ebene hinabgeführt ist. Das Bad, Wc. 244 liegt wie der Heizraum 243 neben der Treppe 249. Der Heizraum 243 ist zugleich Trocken- u. Abstellraum. Die Außenwände 201 sind in Ziegelstein ausgeführt. Sie sind gegen Erdreich vor Erdfeuchte ebenso geschützt, wie gegen Wärmeverlust durch Folien 207 und Dämmplatten 208. Der Mauerfuß ist durch eine Matte 202 gegen Wärmeabfluß gedämmt. Die UG.-Decke 205 ist vollflächig gegen aufsteigende Feuchtigkeit aus dem Erdreich durch Folien 207 geschützt wie auch gegen Wärmeverlust durch Dämmplatten 208. Das Deckenauflager 203/206 besteht aus Ziegelsteinen, die im Wechsel mit Styropurblöcken o.a. den Wärmeabfluß ins Erdreich stark abbremsen. Eine Drainage 209 führt anfallendes Wasser ab.

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Die Fenster K im Erd- und Untergeschoß sind solche, die direkt ins Freie ^!

führen, im Gegensatz zu Öffnungen, die ins Glashaus weisen. Diese Fenster \

können beweglich oder fest ausgeführt sein. Sie können Schieberlüftung be- ι

sitzen oder indirekte. Außen erhalten sie gegen sommerliche HitzeAußen- <

Jalousien, wie das Glashaus Sonnenrollos 255 und Lüftungsöffnungen in · Dach 254 und/oder Wand.

Die Zusatzheizung des Solarhauses (mit oder ohne Glashaus) kann grundsätz- ' lieh konventionell sein. Möglich ist jede Art von Heizung. Die einzig logische ; Beheizung liegt natürlich auf der Linie Niedertemperatur aus Umweltenergie. Wegen des geringen Energiebedarfs, durch einen hohen Solaranteil bedingt, kann eine besonders günstige Nachtstrom-Speicherheizung aus zwei Wärmequellen in Verbindung mit einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe langfristig die meisten Vorteile bieten. Eine solche Heizung ist in Figur 3 a vorgestellt. Ein Fertigabsorber E ist auf dem Haupthausdach 253 placiert. Er steht mit dem Heizmittelgefäß und Eis-Latentspeicher G in Verbindung. Von hier aus, sowie direkt gehen Leitungen 256, 257 zum Erdabsorber und Eis-Latentspeicher F. Umwälzpumpen 260, 261 bewerkstelligen den Transport der Wärmeträgerflüssigkeit (Sole) zwischen den Geräten E, F , G. Die Wärmepumpe H versorgt sich je nach Bedarf und optimalem Angebot aus E, F oder G. Das Temperatur niveau spielt dabei eine wesentliche Rolle. Die Wiederaufladung des Erdabsorber u. Eis-Latentspeichers F geschieht zum einen automatisch vom Erdreich her und zum anderen durch den Betrieb der Umwälzpumpe 261 in Verbindung mit dem Fertigabsorber E nach nächtlicher Entladung von F. Die Behälter F und G werden zu Eis-Latentspeichern durch Einlagern der Weich-PVC Kugeln "(wasser'gefül If)' O und P. Kugel O besteht aus zwei räumlich getrennten, aber zusammengesteckten Halbkugeln, während der Typ P aus einer einzigen Kugelschale besteht. Sie besitzen beide Öffnungen 02 bzw. 00 mit dazugehörigen Stopfen 03 bzw. 01. Das Heizmittelgefäß G dient zugleich als Ausdehnungsgefäß für sich selbst und den Eis-Latentspeicher F. Der jeweilige Wasserstand der Soleflüssigkeit im Heizmittelgefäß G gibt zugleich Auskunft über den Ladezustand der Latentspeicher. Die tiefste Marke bedeutet: volle Ladung! -

Die Wärmepumpe lädt nachts denBetriebsspeicher J auf, wie auch die Fußbodenheizung M mit einer entsprechenden Vorgabe. Im Betriebsspeicher J befindet sich der Wärmetauscher L für die Warmwasserbereitung. Das Ausdehnungsgefäß N wird obligatorisch eingebaut, obschon der Betriebsspeicher dieselbe Funktion mit übernehmen könnte.

Der Fertigabsorber nach Figur 3 b besteht aus Plattenelemcnten 5', die zu Gruppen zusammengefaßt sind. Die Gruppe wird durch einen oberen Verteilecring 6¹ eingespeist und durch den unteren Verteiler 7' entladen. Vom Auslaufstutzen 9' fließi-die Wärmeträgerflüssigkeit in den Heizmittelspeicher F. Die Plattenelemente 5' werden vollflächig durchflossen. Der Windstrom, der zwischen ihnen hindurchzieht, wird durch den Ventilator 2' erzeugt. In der Hauptsache wird die Umweltenergie aus Umwandlungswärme gewonnen: Durch Kondensieren und Gefrieren. Die äußere Hülle 3' ist lichtdurchlässig. Sie schützt auch vor nächtlichen Abstrahlungsverlusten. Das Gerät bedarf keiner Abtauvorrichtung. Es hat die Möglichkeit selbsttätig abzutauen. Die Plattenelemente 5' sind metallen. Die Verbindung 12^l von Platte zu Platte kann starr oder flexibel sein. Das gleiche gilt für die Verbindung IT Verteiler - Gruppe. Der Fertigabsorber kann Tag und Nacht arbeiten, je nach Bedarf und bester Witterungsbedingung. Der Einsatz kann vollautomatisch gesteuert werden. Die Stromkosten sind sehr gering für Ventilator 2¹ und Umwälzpumpe 260. Das Heizmittelgefäß G dient auch als Warmspeicher (Temperaturen über 12° C), sobald höhere Gradzahlen durch den Fertigabsorber anfallen- Die Wärmepumpe H verbraucht immer die günstigere Heizmitteltemperatur, um höhere Leistungszahlen zu erreichen.

Der Erdabsorber und Eis-Latentspeicher F befindet sich unterhalb des UG. innerhalb des gewachsenen oder aufbereiteten Erdreichs. Hier gibt es nur sehr geringe Temperaturschwankungen. Vom UG. abgestrahlte Wärme wird wieder eingefangen. Dem Erdreich entzogene Wärme wird automatisch im Jahresverlauf wieder eingespeist. Die innere Behälterschale 3° bewirkt einen ständigen Auftrieb 21° zwischen Behälterwand 2° und innerer Behälterschale 3°. Diese Strömung kommt erst dann zum Erliegen, bis die Speicherflüssigkeit einschließlich Kugelinhalt O oder P der Temperatur des angrenzenden Erdreichs 8° entspricht. Zwecks Energieeinspeicherung nach Inanspruchnahme der Latentwärme, kann der Fertigabsorber zugeschaltet werden.

Als Eis-Latentspeicher wirkt auch das Erdreich 8° durch dessen Wassergehalt. Das heißt, sobald die Sole unter Null gefahren wird, bildet sich Eis in den Plastikkugeln und an der Außenwandung 2°. Nach Abschaltung der Wärmepumpe H beginnt die automatische Regeneration aus dem Erdreich. Der Gefriervorgang kann gesteuert werden. Das heißt, er wird nicht weiter zugelassen, als er dem Gebäude und dessen Fundamentierung zuträglich ist. Die Grundrißgestaltung in der typischen Dreiecksform, gestattet die Tragwände mit ihren Fundamenten weit vom Behälter F weg zu placieren. Trennwände der Räume im UG. stehen auf der Decke 259, 205 die frritraqond konstruiert ist.

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Ausführungsbeispiel 2 zeigt einen Grundriß mit ca. 100 qm Wohnfläche im EG. Zusätzlich zu der oben beschriebenen Fußbodenheizung mit Wärmepumpe wurde ein JKami.n_eingebaut, zum Betreiben eines offenen Kamins, eines Kachelofens und eines Kohleherds in der Küche. Siehe Figur 5 a. Bauherrenwünsche gehen oft in diese Richtung, mit dem Gedanken an eine Notbeheizungsmöglichkeit. ^-

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist hiergegen nicht einzuwenden. Zumal für je einen Quadratmeter Wohnfläche nur ca. 4,0 Kubikmeter umbauter Raum benötigt werden. Das ist der ganz besondere Vorteil dieser vorgestelten Bauweise. Im allgemeinen benötigt man 0,5 bis 1 ,0 Kubikmeter mehr zur Herstellung eines Quadratmeters Wohnfläche. Bei 200 qm WfI. spart man bei einem Raummeterpreis von DM 500,— ca. o,5 χ 500 χ 200 DM 50.000,—

Die Heizung kostet auch nicht mehr, als Wärmepumpenheizungen allgemein kosten. Der Kostenaufwand ist sogar entsprechend geringer anzusetzen, da der Wärmebedarf erheblich reduziert ist durch den Solarantcil, der selbst im Dezember und Januar ca. 50 % beträgt, (natürlich nicht in der Berechnungsweise nach DIN 4108 die solche Berechnungen nicht im Ansatz haben.)

Die Stromkosten der Zusatzheizung betragen nach verläßlichen Berechnungen pro Jahr und Quadratmeter nicht mehr als ca. 35 kWh bei über 90 % igem Nachtstrombetrieb, vorausgesetzt die strikte Anwendung aller hier vorgestellten Techniken und entsprechenden Wärmedämmungen und -spoichorungen.

Claims (37)

FREIER ARCHITEKT DIPL.-ING. HORST ERDMANN RINGSTRASSE 33 7530 PFORZHEIM Passives Solarhaus mit Zusatzheizung Patentansprüche:

1. Passives Solarhaus mit Zusatzheizung (Solarhaus)

dadurch gekennzeichnet, daß der schematisierte Hausgrundriß von einem Viereck, abgeleitet ist, dessen Quotient aus Flächeninhalt und Umfang größer als o,13 ist, wobei eine der beiden Diagonalen Ost-West ausgerichtet ist und in dieser Lage dem Viereck die südliche Ecke parallel zur vorgenannten Diagonalen abgeschnitten ist, wodurch eine merkmalswesentliche, stark vergrößerte Südseite in Form eines Linienzuges (1-2-3-4) gebildet ist, wobei in den Abschnitten (1-2) und (3-4) Fenster als Sonnenkollektoren vorgesehen sind, wogegen die Strecke (3-4) überwiegend als Wärmespeicherwand C eingerichtet ist, welche in der Regel gemeinsame Wand zwischen Glashaus 8 und Haupthaus A ist.

2. Solarhaus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der typische Hausgrundriß (1-2-3-4-9 oder 10-11-12-13-14-15), ohne Glashaus, aus anderen geometrischen Formen oder Figuren abgeleitet ist.

3. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Gebäudeschwerachse (19) auf einer Meßstrecke (a-b) deutlich näher der Südwand (2-3 bzw. 11-12) ist, als der Nordwand (14-15 bzw. 9)

4.. Solarhaus nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper des Solarhauses gebildet ist aus dem Grundriß des Haupthause^ A und dem des Glashauses B, wobei deren Pultdächer (253, 254) entgegen-! gesetzt geneigt sind mit den Traufpunkten im Norden und im Süden und ^; das Gebäude im Regelfall aus Erd- und Untergeschoß besteht und Wohnräume (237, 238, 246, 247) sich in beiden Geschossen befinden. j

5. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Untergeschoß des Solarhauses eine Geländelinie(251-252) hat, sodaß die Südwand (C) überwiegend aus dem Erdreich herausragt und damit Wohnräume (246, 247) ausgebildet sind, welche durch Fenster .K belichtet u; belüftet sind.

6. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glashaus (B) von der Südseite (2-3 bzw. 11-12) ausgehend jede beliebige Form hat und dabei so ausgebildet ist, daß es die ganze Wand C .(230) in Breite und Höhe erfaßt.

7. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Glashauses (B) eine Venkleidung

(219) der Südwand C (230) mit einer lichtdurchlässigen Schicht (219) vorgesehen ist.

8. Solarhaus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Südwand (11-12) als W.ärm e s.pe i ehe ρ C ausgebildet ist, die aus einer Kerndämmung (213 besteht,mit einer Speicherwand (211 ,213)davor und dahinter, wobei die nach außen gerichtete Speicherwand (213) mit Luftabstand (214) durch eine lichtdurchlässige Schicht (219) vor Witterungsunbilden und Wärmeverlust geschützt ist.

9. Solarhaus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeicherwand C unten und oben verschließbare Öffnungen (216) besitzt, durch welche ein Energietransport nach Innen oder außen stattfindet, je zum Wärmen oder Kühlen.

10. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Untergeschoß das Bad mit WC (244) neben dem Heizungs- und Installationsraum (243) sich befindet.

11. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gevkennzeichnet, daß sich im Erdgeschoß folgende Räume als Temperaturpuffer befinden: Windfang (233),Abort(234), Speisekammer und Abstell raum ( 235) u. Küche (236),die durch Glaswände hermetisch vom Ess- (237) u. Wohnzimmer (238) abgetrennt ist. COPY

12. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- _.-"~ ' kennzeichnet, daß der Hauseingang(232) nach Südosten bzw. in

spiegelbildlicher Ausführung nach Südwesten ausgerichtet ist und die Geschoßtreppe(249) sich innerhalb des Wohnraums befindet.

13. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche,-dadurch ge-—-kennzeichnet, daß das Glashaus B nach. Figur 5 a erst im EG.

beginnt und darunter sich der Wohnraum 3 mit Flur u. Treppe befindet (siehe Figur 5 b) ,-wodurch das Glashaus B vom UG. des. Haupthauses A direkt .begehbar ist, wie auch vom Wohnzimmer des Erdgeschosses..'· ... . ...

14. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Südwand C (230) mindestens eine Öffnung (231) als Fenster oder Türe mit oder ohne Balkon(239) besitzt, unabhängig, ob ein Glashaus B₁ ausgeführt ist oder nicht.

15. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dächer (.253,.254*.-) von Haupthaus A und Glashaus B verschieden sind; .····. . -

16. Solarhaus nach-Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Dach des Haupthauses A auch ein Flachdach(253)ist bzw. ein Faltdach, Zeltdach oder jedes beliebige andere Dach ist.

17. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es so eingerichtet ist, daß kein Schornstein erforderlich ist und nur als Sonderwunsch eingebaut ist.

18. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergeschoßwände (201) in Hochlochziegel gemauert sind, versehen mit einer Temperaturübergangsbremse (202) aus geeignetem Material und einer weiteren solchen (203/206 ') gebildet aus Styropurblöcken im HLz-Format, die in Verbindung mit HLz-Steinen im Wechsel als Auflager für die Decke (205), worunter

, sich dann das eigentliche Fundament ( 204) aus Stahl leichtbeton befindet, wobei die Fundamentseiten und Wände gegen Erdreich durch Folie (207) und Wärmedämmplatten (208) geschützt sind.

19. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußboden des Untergeschosses(259) durch Folien (207) in zwei Schichten und durch geeignete Platten (208) vor Feuchtigkeit aus dem Erdreich und Wärmeverlust an dasselbe geschützt ist.

20. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster K u. ( 241, 231 ) innen gegen nächtlichen Wärmeverlust geschützt sind.

21. Solarhaus nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster Innenrolläden (224) haben, wobei keine Verbindung zur Außenluft besteht und zwischen Fenster und herabgelassenem Rolladen ( 222) eine hermetisch abgeschlossene Luftschicht (220) gebildet ist.

22. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebäudeheizung eine Niedrigtemperatur-Heizung ist, mit integrierter Kalt- u. Warmspeichertechnik gemäß Figur 3 a.

23. Solarhaus nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erdabsorber R , der zugleich Kaltspeicher ist, sich zentral unter dem Haupthaus A, unter dem Untergeschoßfußboden (259) im Erdreich befindet.

24. Solarhaus nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Dach des Haupthauses Ά ein kompakter Absorber E . für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe befindet, welcher durch Leitungen (256), in denen eine Umwälzpumpe (260) eingebaut ist, mit dem Heizmittelgefäß G im Untergeschoß in Raum (243)verbunden ist, von wo aus wiederum eine Leitungsverbindung(257) mit Umwälzpumpe(261)' zum Absorber-Speicher F '' besteht.

25. Solarhaus nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmittelgefäß G ' die Funktion eines Kalt- und Warmspeichers gleichermaßen erfüllt und deshalb mit einer äußeren Wärmedämmung versehen ist.

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26. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-... ~'~ kennzeichnet, daß zur Ausbildung des Heizmittel Speichers G

und des Absorberspeichers F zum Eis-Latenspeicher Plastik-Kugeln -O., P die wassergefüllt sind, in die Soleflüssigkeit eingebracht sind.

27. Solarhaus nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der In- ; __ ~~"~ halt der Plastikkugeln O, P Sole o.a. ist , aber verschieden von

der sie umgebenden Wärmeträgerflüssigkeit.

28. Solarhaus nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Plastikkugel O zwei identische Hälften·sind , die durch Nippel ( 04) und Rohrhülse ( 05) miteinander verbunden sind und somit eine

V^ Einheit bilden, die im Inneren Wärmeträgerflüssigkeit,einem Durch

fluß ( ,07- .08) ermöglicht, wobei der Verschlußstopfen ( 03) in

- einer Vertiefung liegt und eine Durchflußverbreiterung gegeben

ist.

29. Solarhaus nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Plastikkugeln O, P dicht an dicht die Behälter .F, G ausfüllen wobei sich Durchstömungskanäle bilden, durch welche die Wärmeträgerflüssigkeit zirkulierbar ist, welche mindestens 5° mehr Frostschutz hat, als die Flüssigkeit in den Plastikkugeln O,P.

30. Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung aus einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe H, dem'Heizmittelgefäß" G.·, einem Betriebsspeicher J für die Fußbodenheizung M und dem Wärmetauscher. .-L für Warmwasserbereitung, einem'Ausdehnungsgefäß.N, einem Absorber E und einem Erdabsorber/Speicher F besteht.

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31. Solarhaus nach Anspruch 28,'dadurch gekennzeichnet, daß die

Plastikkugel P aus.einem Stück besteht und nur einen Einfüllnippel 0 1 hat,, wobei däsWeich-PVC -Material entsprechend dehnfähig ,ist. ·.

32. Solarhaus nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei anhaltendem starken Wärmeentzug der Inhalt der Plastikkugeln zu Eis / gefriert, wodurch die Wiederaufladefähigkeit des Kaltspeichers F*

und .G durch den Absorber E allein im Umwälzpumpenbetrieb möglich ist, sobald die Tagestemperaturen über 0° C liegen.

33· Solarhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmittelgefäß G durch den Absorber E-je nach Energieangebot, ein Warmwasserspeicher ist mit höherer Wärmequeilentemperatun als der Absorber/Speicher F.

34. Solarhaus nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe so geschaltet ist, daß sie immer zunächst "das bessere Wärmequellenangebot (hoher temperiert) nutzt.

35. Solarhaus nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltspeicher F,.G Eis-Latentspeicher sind, deren Plastikkugeln O, P im Inneren Eis bilden , so wie beim Absorber/Speicher F an dessen Aussenwandungen im Erdreich, wobei die Wärmeträger-

• flüssigkeit nicht so nieder gefahren wird, daß sie gefriert.

36. Solarhaus nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Plastikkugeln O, P -ein Mehrfaches gegenüber der jeweiligen Behälterobecflache. 1st· .

37. Solarhaus nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Solarhaus auch anders in Form und Gestalt beschaffen ist.

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