DE3818543A1 - Flaechenheizung fuer glasfenster und fuer aehnliche flaechige gebaeude-huellen-elemente - Google Patents

Description

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt Lösungen aufzuzeigen, wie und mit welchen Mitteln eine wirtschaftliche und energie­ sparende Beheizung von Gebäudehüllen, vorzugsweise Fassaden- Flächen-Elementen, möglich ist. Es ist erkannt worden, daß sich eine besonders wirtschaftliche Beheizung von Gebäuden vorzugsweise durch Heizaggregate im Bereich der GEBÄUDEHÜLLE (Fassade und Dach­ zonen) ermöglichen läßt. Dieser Erkenntnis folgend sind nun Bemühungen in Gang gekommen, die Beheizung von Gebäuden im wesentlichen von der GEBÄUDEHÜLLE her in Angriff zu nehmen und die Beheizung im z.B. Fassadenbereich nicht mehr nur als Zusatz­ einrichtung zu betrachten. Diese Erkenntnis ist logisch, da die GEBÄUDEHÜLLE von Natur aus den KLIMASCHUTZ eines Gebäudes darstellt, und es sich deshalb anbietet, an dieser Stelle eine Ebene vorzusehen, welche die klimabedingten Schutzwirkungen (Kälte- und Wärmeschutz in Verbindung mit dem Feuchteschutz) ergibt. Dieser Weg ist zweckmäßig, da in den Fassadenzonen ohne­ dies Vorkehrungen zur Vermeidung von z.B. Tauwassererscheinungen mangels nicht vorhandener, bzw. schwer erzeugbarer innerer Luft­ walze als Energieträger unabdingbar sind. Allein die Erzeugung der unverzichtbaren inneren "LUFTWALZE" im Bereich der GEBÄUDE­ HÜLLE war bisher sehr aufwendig und energievernichtend gelöst. So mußten z.B. durch Gebläse mit aufwendigem Kanalnetz die ent­ sprechenden z.B. Fassadenzonen aufgeheizt oder abgekühlt werden. Auch die Lösung der Aufgabe mittels Wasserleitungen in diese Zonen mit und ohne Heizkörper oder Klimageräte ist unwirtschaft­ lich und kostspielig.

Die vorliegende Erfindung beseitigt nun die vorgenannten technischen und wirtschaftlichen Nachteile mit der Möglichkeit, bemerkenswerte Energie-Einsparungen und Kostensenkungen zu erreichen.

Erfindungsgemäß werden also FLÄCHENELEMENTE, vorzugsweise Glas­ scheiben oder Panels, derart als Gebäudefenster-Doppelscheibe oder -Mehrfachscheibe oder Panel ausgebildet, daß die entstehenden Zwischenräume zwischen z.B. den Glasscheiben-Systemen teilweise, vorzugsweise in den Randzonen, und/oder streifenförmig oder ganzflächig mit einer sogenannten WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT gefüllt werden. Diese Flüssigkeit ist vorzugsweise durchsichtig oder durchscheinend.

Bei dieser WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT, welche erfindungsgemäß eingesetzt wird, handelt es sich um Flüssigkeiten und Systeme, wie sie z.B. in der Chemie für die langandauernde oder öftere Erwärmung von Autoklaven oder Thermostaten und dergl. üblich sind.

Während es bisher nur möglich war, im Bereich der GEBÄUDEHÜLLE punktuell, z.B. durch das Beheizen von Fassadenprofilen oder dergl., oder durch die Anordnung von z.B. Heizkörper/Klimageräten mit aufwendigem Leitungs- und Kanalnetz, zu heizen und die heute vermehrt gewünschten Glasflächen als Basis für z.B. den "PASSIVEN SONNENWÄRME-GEWINN" als Grundlage bemerkenswerter Energieeinspa­ rungen, nicht wirtschaftlich beheizbar waren und hohe Energiever­ luste provozierten, sind diese Nachteile nun erfindungsgemäß beseitigt.

Die GEBÄUDEHÜLLE mit ihren erfindungsgemäßen Scheibenelementen, kann nun erfindungsgemäß als FLÄCHENHEIZUNG wirken und die klima­ tischen Einwirkungen an der "QUELLE", nämlich an der Fassade so bewältigen, daß für den Nutzer bei höchster Wirtschaftlichkeit ein erhöhter Komfort vorhanden ist und gleichzeitig der Volkswirt­ schaft durch hohe Energieeinsparungen Nutzen in Verbindung auch mit dem Umweltschutz entsteht, da - besonders beim Einsatz der erfin­ dungsgemäßen elektrischen Beheizung als "saubere" Energie, die Luftverschmutzung wesentlich reduziert werden kann.

Erfindungsgemäß ist es somit erstmals möglich, eine wirtschaftliche Kombination zwischen der "Passiven Sonnenwärme-Energie-Gewinnung", welche vorzugsweise Glasscheiben bei GEBÄUDEHÜLLEN benötigt und flächenheizenden Elementen, welche die Eigenschaften von Fenstern, nämlich z.B. ihre Durchsichtigkeit und Durchlässigkeit für z.B. Sonnenstrahlen (Infrarotbereich) haben sollten, zu realisieren.

Vorgenannte Eigenschaften der Erfindung kommen besonders dort zur Wirkung, wo erfindungsgemäß Kombinationen von Scheibensystemen zur Anwendung kommen. So kann es z.B. erfindungsgemäß besonders interessant sein, bei z.B. Mehrscheiben-Systemen, wie sie heute vermehrt verlangt werden, Kombinationen erfindungsgemäß derart zu wählen, daß z.B. eine AUSSENSCHEIBE den WETTERSCHUTZ in Verbindung mit dem SONNENSCHUTZ und der SCHALLDÄMMUNG bewirkt und eine Scheibenkombination, welche zum Gebäudeinneren hin angeordnet ist, den thermischen Schutz in Verbindung mit der Beheizung übernimmt.

In diesem beispielhaften, erfindungsgemäßen Fall kann beispiel­ haft der innere Teil der Kombination eine übliche Isolierglas- Scheibe sein, welche das Gebäude thermisch gegenüber der Außen­ welt abschirmen kann. Gleichzeitig wird diese Isolierglasscheibe erfindungsgemäß mit einem Rahmenteil versehen, welcher die Aufheizung dieser Isolierglasscheibe übernimmt. Der innere Rahmen kann erfindungsgemäß natürlich auch aus einer Scheiben­ fläche bestehen, welche ihre Energie aus der Beheizung an den Innenraum großflächig als Flächenheizung abgibt. Den Abfluß der Energie nach außen verhindert hier beispielhaft die äußere Isolier­ scheibe, wobei diese erfindungsgemäß Vorkehrungen aufweisen kann, welche den Abfluß der Energie nach außen vermeidet und/oder so reduziert, daß lediglich der Zwischenraum zwischen z.B. der Einzel- Außenscheibe und der Isolierglasscheibe "temperiert" wird. Dies kann erfindungsgemäß durch z.B. Behandlung der äußeren Isolier­ glasscheibe mit geeigneten und bekannten Mitteln, durch z.B. Be­ schichten der entsprechenden Scheibenoberfläche, erfolgen.

Mit der erfindungsgemäßen Beheizung werden automatisch auch alle Probleme möglicher und schädlicher Tauwasserentstehungen gezielt vermieden. Auch damit wird Energie gespart, da die Innenraumluft nicht mehr zur Beseitigung dieser Erscheinungen herangezogen werden muß.

In den folgenden Abbildungen wird durch Beispiele erläutert, wie sich die Erfindung anwenden läßt. Hierbei sind nur wenige, besonders interessante Beispiele aufgezeigt.

Abb. 1 zeigt, und zwar in perspektivischer Andeutung, den Kreu­ zungspunkt eines z.B. Fassadenelementes mit Fenster- und Brü­ stungszone. Beide Bereiche sind beispielhaft mit Glasscheiben ausgestattet. In der Brüstungszone könnte also auch ein z.B. Metallpanel angeordnet sein. Mit (1) ist der innere, dem Gebäude zugewandte Scheibenteil, mit (2) der äußere, dem Gebäude abgewandte Scheibenteil einer Mehrfachscheibe bezeichnet. (3) stellt die Bezeichnung für die erfindungsgemäße WÄRMEBAD- FLÜSSIGKEIT dar, welche bei diesem Beispiel beispielhaft zwischen den Scheiben des Mehrfachscheibensystems eingebracht ist. Die Ziff. (4) stellt einen beispielhaften Pfosten eines Fassadenelementes dar. (5) ist beispielhaft eine innere Glasleiste, welche das Scheiben-System hier nur fixiert. Diese kann beispielhaft natürlich auch mit der WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT gefüllt sein, um z.B. die be­ sonders gefährdeten Randzonen zusätzlich so zu erwärmen, daß neben der Scheibenzone auch beispielhaft die Fassadenpfosten-Metallteile beheizt werden. Diese Flüssigkeit ist mit 3′ und 3′′ gekennzeich­ net. Die Breite dieser Glasleiste (5) wird man so wählen, daß der gewünschte Wärmezuwachs bei der Scheibe erzielt werden kann, wobei die Tiefe senkrecht zur Scheibenebene dadurch bestimmt wird, welche Energie dem Metallpfosten zugeleitet werden soll. Erfin­ dungsgemäß kann die Glasleiste (5) auch mehrteilig (5′ und 5′′) ausgebildet werden, so daß die Scheibenzone (1 und 2) und der Pfostenbereich (4) getrennt, je nach Bedarf, mit verschiedenen Temperaturen unabhängig voneinander versorgt werden können. Dies kann dann wichtig sein, wenn man sich den außen stets wechselnden Klimawerten wirtschaftlich und energiesparend anpassen will. Diese Anpassung erfolgt dann zweckmäßigerweise computergesteuert. In Abb.2 ist beispielhaft die Anordnung und die beispielhafte Ausbil­ dung der Glasleiste dargestellt. Die Bezeichnungen der übrigen Bauteile sind aus Abb.1 entnommen. Mit (7) wurde der AUSSEN­ BEREICH, mit (8) das GEBÄUDEINNERE bezeichnet. (9) bezeichnet die Brüstungsscheibe. Mit (6) ist eine äußere Deckleiste bezeich­ net.

In Abb.3 ist beispielhaft und erfindungsgemäß eine Mehrfach­ scheibenlösung dargestellt, bei welcher außen (7) z.B. eine, in bekannter Weise produzierte Isolierglasscheibe eingebaut ist, welcher innen (8) beispielhaft eine Drittscheibe (10) vorge­ schaltet wird. Zwischen der inneren Drittscheibe (10) und der äußeren Isolierglasscheibe (1/2) befindet sich hier beispiel­ haft die WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT (3). Hierbei kann es zweckmäßig sein, daß die innere Drittscheibe (10) erfindungsgemäß nicht die volle Flächenausdehnung der äußeren Isolierglasscheibe (1/2) besitzt und z.B. die Isolierglasscheibe vorzugsweise in den Rand­ zonen und/oder auch streifenförmig, je nach Erfordernis, auch innerhalb der Isolierglasfläche (1/2) diese begleitet. Hier zeigt Abb. 4 ein Beispiel für die Anordnung im Randbereich. Abb. 5 zeigt beispielhaft eine streifenförmige Anordnung. Damit können Zonen mit verschieden intensiver Aufheizung und Abstrahlung geschaffen werden, was bemerkenswerte Energieeinsparungen ergibt. Die Aussenscheibe (2) der Isolierglaseinheit kann bei diesem Beispiel erfindungsgemäß in bekannter Weise, durch z.B. Beschich­ tung der inneren Oberfläche (2′) der Aussenscheibe (2) so aus- geführt werden, daß nach außen (7) praktisch keine nennens­ werte Temperatur abgestrahlt oder verloren geht, die aufgewendete Energie also voll dem Gebäude zugute kommt. Die Isoliereinheit (1/2) kann hierbei in bekannter Weise so zur Ausführung kommen, daß erfindungsgemäß diese Einheit mit einer hohen Dämmwirkung derart ausgestattet ist, daß die WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT ihre Temperatur z.B. voll nur nach innen (8) abgibt und nach außen praktisch keine Temperaturverluste eintreten. Die übrigen Ziffern entsprechen den vorangegangenen und sind somit verständ­ lich.

Abb. 6 entspricht Abb. 1, nur daß hier erfindungsgemäß eine z.B. Drittscheibe (11) außerhalb der Isolierscheiben-Einheit (1/2) angeordnet wird. Diese Anordnung kann dort sinnvoll sein, wo z.B. in klimatisch entsprechenden Zonen eine thermische Abschir­ mung des Gebäudes nach außen hin zweckmäßig ist und keine Abstrah­ lung nach außen erfolgt soll.

Abb.7 zeigt ein Beispiel, bei welchem außen (7) eine Scheibe (11′) mit einer Innenscheibe gekoppelt ist. Im Zwischenraum befindet sich erfindungsgemäß die WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT (3).

Zusätzlich ist innen, und zwar als Rahmen, ein mit der WÄRMEBAD- FLÜSSIGKEIT gefülltes Bauteil angeordnet, welches der Scheiben- Randzone mit Metallpfosten Energie zuführt. Bei diesem Beispiel ist außen keine Deckleiste (6) vorhanden, so daß damit eine "sprossenfreie Fassade" ausgeführt werden kann, wie sie heute z.B. unter der Bezeichnung "Structural Glazing" bekannt ist.

In Abb. 8 wird am Beispiel eines Fassadensprossen-Kreuzungspunktes die Erfindung nochmals im größeren Zusammenhang dargestellt. Die Ziffern sind aus den vorangegangenen Abb.übernommen worden, so daß die Zeichnung verständlich ist. Mit (12) sind Rahmenelemente bezeichnet, in welchen sich die WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT (3) er­ findungsgemäß befindet. (13) stellt beispielhaft ein Brüstungs­ panel dar, welches mit oder ohne WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT, vorhanden ist.

Abb. 9 entspricht Abb. 8, nur daß auf der Innenseite kein Rahmen­ element vorhanden ist, sondern die Innenscheibe vollflächig ange­ ordnet wird. Die Bezeichnungen entsprechen den vorangegangenen Ziffern.

In Abb. 10 ist die Erfindung an einem Beispiel dargestellt, bei welchem zusätzlich eine äußere Zusatzscheibe vorhanden ist. Diese wird mit (11) bezeichnet. Mit (9) sind Brüstungsscheiben bezeichnet. Das Beispiel zeigt eine "sprossenfreie Konstruktion", bei welcher die erfindungsgemäße Konstruktion Bestandteil eines innenliegenden Fensterflügels (19) ist, welcher unabhängig von der äußeren Zusatzscheibe geöffnet werden kann. Hierbei ist es in be­ kannter Weise auch möglich, die äußere Zusatzscheibe mit zu öffnen.

In Abb.11 ist ein Beispiel dargestellt, bei welchem eine Scheiben­ kombination eine Vielfalt von Erfordernissen abdeckt. Während die Außenscheibe (11) den WETTERSCHUTZ hinsichtlich Außenfeuchtig­ keit (Regen) übernimmt und zum Teil als Sonnenschutz wirkt, befindet sich im Zwischenbereich eine Isoliereinheit (1/2), welche gute Dämmeigenschaften hat und aus bekannten Isolierglas­ scheibensystemen besteht. Dieser Einheit kommt die Temperatur­ abschirmung nach außen als wichtigste Aufgabe zu. Sie steht in Verbindung mit einer inneren Zusatzscheibe (14), welche gleich­ zeitig als innere Wandung für den Zwischenraum dient, in welchem sich erfindungsgemäß die WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT (3) befindet. Die gesamte Kombination ergibt natürlich zusätzlich eine sehr hohe SCHALLDÄMMUNG. Bei dieser erfindungsgemäßen Kombination kann es von Vorteil sein, daß z.B. Außenluft zwischen der Außenscheibe (11) und der Isolierglaseinheit (1/2) in bekannter Weise so einfließt, daß eine Innenraumbelüftung durch Öffnen der inneren Scheibenkombination (1/2) und (14) möglich ist, ohne daß ein wesentlicher Schalleinbruch erfolgt. Dies wird dort von Nutzen sein, wo eine Innenraumbelüftung bei hohem Außen-Schallpegel ohne mechanische Hilfsmittel (Be-und/ oder Entlüftung in Verbindung mit Klimaanlagen) vorgesehen ist. Diese Aufgabe steht vermehrt an, da Klimaanlagen wegen Kosten- und Energieeinsparungen verstärkt vermieden werden sollen.

In Abb. 12 wird das Beispiel der Abb.11 erfindungsgemäß derart variiert, daß hier in der Brüstungszone, unterhalb des Brüstungs­ riegels (16) Mehrfach-Scheiben-Systeme eingesetzt werden, welche die Beheizung übernehmen. Mit (15′ und 15′′) sind die beiden Scheiben, welche sowohl aus Glas als auch aus Metall bestehen können, bezeichnet. Auch die äußere Scheibe (9) kann eine Metallplatte sein. Im Fensterbereich ist bei diesem Beispiel auf die erfindungsgemäße Beheizung verzichtet, um den Lichteinfall nicht zu beschränken. Mit (3) ist wieder die WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT bezeichnet.

Abb. 13 entspricht Abb.12, nur das sich die WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT (3) im vorderen Bereich zwischen der Scheibe (9) und der Scheibe (15′′) befindet.

Mit Abb.14 wird ein Beispiel gezeigt, bei welchem erfindungs­ gemäß die Rahmenelemente (12) z.B. aus optischen Gründen mit einer inneren Lisene (17) abgedeckt werden. Hierbei kann es zweckmäßig sein, einen Teil der Energie aus dem mit WÄRMEBAD- FLÜSSIGKEIT gefüllten Rahmenelement der Verkleidungs-Lisene zukommen zu lassen. In dieser Abb. 14 ist angedeutet, daß hinter der Scheibe (11) im Zwischenraum Sonnenschutz-Lamellen (18) angeordnet sein können, welche die Beschattung übernehmen. Die bei Sonnenstrahlung eingestrahlte Energie kann in bekannter Weise abgeführt oder als Wärmegewinn dem Gebäude zugute kommen. Wird erfindungsgemäß der Rahmen (12) mit der WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT (3) nach außen hinter die Scheibe (11) verlegt, so kann die Aufheizung der Flüssigkeit die Überhitzte Luft aus der Sonnen­ schutzanlage zum Teil oder ganz übernehmen. Diese Lösung zeigt beispielhaft Abb. 13.

In Abb. 16 wird dargestellt, wie z.B. das Rahmenelement (12) mit der WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT in der Scheiben-Randzone durch weitere Rahmenstreifen (19) innerhalb der Scheibenfläche in vielfältiger und zweckentsprechender Weise ergänzt werden kann.

Dies wird dort von Vorteil sein, wo z.B. aus optischen Gründen und zur Vermeidung von Lichtverlusten die Breite der Rahmen­ elemente beschränkt ist und/oder große Scheibenflächen zu überwinden sind.

Abb. 17 zeigt ein Beispiel, bei welchem die erfindungsgemäße Beheizung der WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT durch z.B. ein ELEKTRO-HEIZ­ BAND bekannter Ausführung erfolgt. Dieses ist mit (20) bezeich­ net.

Claims (9)

1. Gebäudefenster-Doppelscheibe oder -Mehrfachscheibe oder Gebäudepanel-Scheibe solcher Art, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den Glasscheiben teilweise, vor­ zugsweise in den Randbezirken, oder ganz mit einer soge­ nannten WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT gefüllt ist, die vorzugs­ weise durchsichtig oder durchscheinend ist.

2. Gebäudefenster oder -Panel mit Scheiben nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Heizungseinrichtung für die WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT.

3. Gebäudefenster oder -Panel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizungseinrichtung eine elektrische ist.

4. Gebäudefenster oder -Panel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizungseinrichtung ganz oder teilweise auf dem Prinzip der elektrischen Mikrowellen-Heizungen beruht.

5. Gebäudefenster-Mehrfachscheibe oder Gebäudepanel-Mehrfach­ scheibe oder -Platte dadurch gekennzeichnet, daß die der vorzugsweise glatten Außenscheibe ohne Zwischen­ raum hinterlegte, vorzugsweise hinterklebte Doppelscheibe, die in ihrem Zwischenraum mit der WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT zwecks Heizbarkeit gefüllt ist und nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgestattet ist, eine rahmenförmige Form hat und durchsichtig oder durchscheinend (lichtdurchlässig) sein kann.

6. Gebäudefenster- oder Panel-Mehrfachscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hinterlegte, vorzugsweise hinterklebte Doppelscheibe aus Kunststoff ist.

7. Gebäudefenster-Mehrfachscheibe oder Gebäudepanel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenscheibe eine isolierende Doppelscheibe üblicher Bauart ist, die auf ihrer dem Gebäude-Innenraum zugewandten Fläche entweder mit einer rahmenförmigen, mit der WÄRMEBAD- FLÜSSIGKEIT gefüllten Doppelscheibe hinterlegt, vorzugsweise verklebt ist oder statt dessen eine Zusatzscheibe vorhanden ist, indem die Außen-Doppelscheibe unmittelbar auf der dem Gebäude zugewandten Seite von der WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT bespült wird, also als eine der beiden Wandungen der ansonst rahmen­ förmigen Elemente dient, das mit der WÄRMEBAD-FLÜSSIGKEIT angefüllt ist. Die Zusatzscheibe ist dann die innere Wandung des Scheiben-Flächenelementes.

8. Gebäudefenster oder -Panel nach einem der Ansprüche 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Scheibenheizung die Scheibenhalterung, z.B. die Glasleisten, in ein- oder mehrteiliger Form, mit herangezogen werden.

9. Gebäudefenster oder -Panel nach einem der Ansprüche 2 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Heizungseinrichtung von einem oder mehreren Fühlern für meteorologische Fakten (Parameter) gesteuert wird, und zwar mit oder ohne Computer.