Die Erfindung betrifft eine Schallschutzwand aus
Kunststoffglas mit mindestens einer
Kunststoffglasscheibe und einer die
Kunststoffglasscheibe haltenden
Befestigungsvorrichtung, ein Schallschutzelement
enthaltend eine Kunststoffglasscheibe sowie ein
Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
Transparente Schallschutzwände bzw.
Schallschutzelemente werden in zunehmenden Maße in
Bereichen eingesetzt, in denen es gilt, die
Lärmschutzmaßnahmen möglichst unauffällig
durchzuführen. Dies ist insbesondere auf Brücken und
im innerstädtischen Bereich erforderlich. Solche
transparenten Lärmschutzwände werden insbesondere aus
Polymethylmethacrylat (PMMA) gefertigt, da dieses
Material eine hervorragende Transparenz und optische
Eigenschaften sowie eine gute Schalldämmung bei guten
physikalisch-mechanischen Eigenschaften
(Steinwurfresistenz) hat. Gemäß dem DE-G 90 10 087.5
können in die Kunststoffglasscheibe, die gleichzeitig
ein einzelnes Schallschutzelement darstellt,
Kunststoffäden eingezogen sein, die im Falle eines
Bruches der Kunststoffglasscheibe die einzelnen
Bruchstücke zusammenhalten und am Herabfallen hindern.
Schallschutzelemente aus Kunststoffglas sind
verhältnismäßig teuer und praktisch nur zum Zwecke der
Schalldämmung nutzbar.
Aufgabe der Erfindung ist daher eine weitere Nutzung
von Schallschutzwänden bzw. -elementen aus
Kunststoffglas, die deren ursprüngliche Wirkung und
Zwecke möglichst nicht oder nur gering beeinträchtigen
soll.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Schallschutzwand
bzw. -element der eingangs beschriebenen Art dadurch,
daß in die Kunststoffglasscheibe mindestens ein
Energiegewinnungselement eingebettet ist, das zur
Solarenergiegewinnung geeignet ist.
Eine solche Schallschutzwand bzw. -element zeichnet
sich dadurch aus, daß mit dem Schallschutz auch
Probleme der Solarenergiegewinnung gelöst werden. So
benötigen Solarenergiegewinnungselemente immer einen
Standort mit guter Sonneneinstrahlung. Wegen der
insbesondere in außeräquatorialen Breitenlagen nur
mittleren zur Verfügung stehenden Sonnenenergie je
Flächeneinheit benötigen Solarenergiegewinnungsanlagen
große Stellflächen, die in bewohnten Gegenden fast
ausschließlich nur auf Dächern zur Verfügung stehen.
Insbesondere in industrialisierten bzw. bewohnten
Gegenden sollen nicht Flächen für die
Solarenergiegewinnung vergeudet werden.
Ein anderes Problem der Solarenergiegewinnung ist, daß
Solarenergiegewinnungselemente aufwendig verpackt,
d. h. vor Beschädigungen geschützt sein müssen.
Außerdem müssen die verpackten
Solarenergiegewinnungselemente leicht von
Verunreinigungen wie Staub, Ruß oder Pollen zu
reinigen sein. "Unverpackte"
Solarenergiegewinnungselemente wie z. B. schwarze
Kunststoffschläuche für die Warmwassergewinnung,
werden oft durch Marderbiß, Steinschlag etc. verletzt,
wodurch es zum Austritt der Wärmeträgerflüssigkeit
kommt.
Als drittes Problem ist noch zu nennen, daß
insbesondere photovoltaische Elemente, meist in
Solarmodulen zusammengefaßt, sehr teuer sind und
daher, insbesondere wenn sie außerhalb von
vielfrequentierten Bereichen aufgestellt sind,
aufwendig gegen Diebstahl geschützt angebracht werden
müssen. Ein solcher Schutz wird z. B. durch Montage
eines solchen Solarmodules auf einem mehrere Meter
hohen Metallmasten erreicht.
Auch diese Probleme werden mit der vorliegenden
Erfindung gelöst. Kunststoffglasscheiben aus PMMA zu
Schallschutzmaßnahmen haben üblicherweise
Plattendicken von 10-20 mm, insbesondere 15-20 mm
und Plattengrößen von 1 × 2 m bis 2 × 3 m. Das PMMA
hat eine sehr hohe Lichttransmission von ca. 92%, ist
leicht zu reinigen und ist witterungs- und
korrosionsbeständig sowie beständig gegen
Tausalzeinwirkung, Steinwürfe und sonstige übliche
Beeinträchtigungen. Außerdem ist das Material,
insbesondere Polymerisat von MMA, verträglich mit den
üblichen Solarenergiegewinnungselementen. Insbesondere
einzelne photovoltaische Elemente sowie Solarmodule
werden u. a. in PMMA eingegossen, um sie handhabbar zu
machen und sie gegen Umwelteinflüsse zu schützen.
Hinzu kommt, daß die Größe der erfindungsgemäßen
Kunststoffglasscheiben und deren Gewicht (Dichte ca.
1,20 g/cm3) sie nur schwer handhabbar machen, so daß
ein Entwenden praktisch ausgeschlossen ist. Einzelne
Solarenergiegewinnungselemente, insbesondere
photovoltaische Elemente sind aus den
erfindungsgemäßen Kunststoffglasscheiben auch nicht
mehr entfernbar, so daß zusätzliche Maßnahmen gegen
Diebstahl praktisch nicht erforderlich sind.
Die erfindungsgemäßen Kombinationselemente haben
gegenüber der bisher erfolgten Herstellung von
Solarmodulen noch die Vorteile der Verbilligung der
Rohstoffe, Materialeinsparung sowie eine
Rationalisierung des Fertigungsprozesses, da die
aufwendige Kapselung der Solarzellen als eigener
Fertigungsschritt eingespart und in die
Kunststoffglasproduktion integriert wird. Das
Kostenreduktionspotential ist aber auch dadurch
vergrößert, daß die z. T. erheblichen Aufstellungs-
und Wartungskosten für das Energieelement entfallen,
da diese bereits bei der Errichtung des
Lärmschutzelementes gemäß dieser Erfindung integriert
sind.
Als letztes ist noch die vorteilhafte Flächennutzung
des erfindungsgemäßen Schallschutzes zu erwähnen. Die
Solarenergiegewinnungselemente sind in
Schallschutzwände bzw. -elemente integriert, die aus
Lärmschutzgründen aufgestellt werden müssen. Die
integrierten Solarenergiegewinnungselemente nutzen
also schon bebaute Flächen optimal aus, ohne
zusätzlichen Aufstellungsraum oder zusätzliche
Aufstellungsmaßnahmen zu beanspruchen.
Mit zur Erfindung gehört auch ein
Solarenergiegewinnungsverfahren, bei dem mindestens
ein Solarenergiegewinnungselement mit geeigneten
Mitteln exponiert wird, wobei die geeigneten Mittel
mindestens eine Kunststoffglasscheibe umfassen, in die
das mindestens eine Solarenergiegewinnungselement
eingebettet ist, so daß dessen Exposition in der
Kunststoffglasscheibe erfolgt und daß die
Kunststoffglasscheibe so ausgebildet und angeordnet
ist, daß sie eine Schalldämmung bewirkt.
Eine solche Solarenergiegewinnung vereinigt die
Vorteile der erfindungsgemäßen Schallschutzwand oder
-elemente in sich.
Üblicherweise wird für die Erfindung eine
Kunststoffglasscheibe aus Polymethylmethacrylat wegen
der oben geschilderten Eigenschaften dieses Materials
verwendet. Die Kunststoffglasscheibe umfaßt außerdem
vorteilhaft ein oder besonders bevorzugt mehrere
photovoltaische Elemente als Energiegewinnungselement.
Solche Schallschutzwände erzeugen bei
Sonneneinstrahlung eine Gleichspannung, die nach
üblicher Umwandlung in eine Wechselspannung in ein
Stromnetz eingespeist werden kann, vorteilhaft dient
diese Gleichspannung jedoch für Insellösungen, d. h.
für Stromverbraucher, die nicht an das
Stromleitungsnetz angebunden sind, z. ß. Notrufsäulen.
Für Zeiten zu geringer Sonneneinstrahlung und die
Nachtzeit benötigen solche Verbraucher einen Akku als
Zwischenspeicher. Grundsätzlich sind die neuartigen
Elementekombinationen überall dort einsatzfähig, wo
neben Schallschutz auch die Gewinnung von elektrischer
Energie sinnvoll ist.
So können Strom- und/oder Wärmegewinnungsanlagen in
Verbindung mit Schallschutzwänden z. B. entlang von
Straßen, Autobahnen sowie entlang von Bahntrassen
errichtet werden, wobei gewonnener Strom z. B. für
Solarenergietankstellen zur Verfügung stehen kann,
eine Einspeisung des gewonnenen Stroms ins öffentliche
Netz ist nur bei entsprechenden günstigen Solarzellen
wirtschaftlich. Die gewonnene Wärmeenergie kann
beispielsweise zur Eisfreihaltung von exponierten
Straßenabschnitten, z. B. im Brückenbereich,
eingesetzt werden. In Verbindung mit
Schallschutzzäunen, Balkonverkleidungen, Dach- und
Fassadenverkleidungen ermöglicht schallhemmende
Verglasung mit integrierter Energiegewinnung die
Bereitstellung von Warmwasser für Haushalte und
Industrie und gegebenenfalls auch der Stromgewinnung.
In mitteleuropäischen Breitengraden kann mit den
beschriebenen Lärmschutzelementen bei einer 30%igen
Flächenbelegung mit schwarz eingefärbten
Solektormatten ein täglicher Wärmegewinn von ca.
1 kWh/m2 Glaselement erzielt werden.
Es wurde festgestellt, daß die dabei auftretende
Maximaltemperatur unter günstigster Einstrahlung (ca.
1000 W/m2) deutlich unter der Dauereinsatztemperatur
von PMMA liegt.
Da die Kunststoffglasscheiben in Schallschutzwänden
üblicherweise senkrecht stehen, ist es sinnvoll, die
einzelnen photovoltaischen Elemente geneigt zur
vertikalen Ebene (um eine in der Scheibenebene
liegende Horizontalachse gedreht) einzugießen, wobei
der Winkel so gewählt sein soll, daß aufgrund des
veränderlichen Sonnenstandes gegenüber dem Horizont
eine möglichst hohe Ausbeute der eingestrahlten
Sonnenenergie erreicht wird. Da außerdem die
Kunststoffglasscheiben in Lärmschutzwänden
entsprechend dem Aufstellungsort in verschiedene
Himmelsrichtungen weisen können, ist es weiterhin
sinnvoll, die einzelnen photovoltaischen Elemente in
ihnen je nach Aufstellungsrichtung der Platten
gegebenenfalls auch in einer Horizontalebene (um eine
senkrechte Achse) zu drehen, so daß die Flächen der
photovoltaischen Elemente im wesentlichen in südliche
Richtung ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der
einzelnen photovoltaischen Elemente kann dem
Einzelfall angepaßt sein oder in einem Grad-Raster
angeboten werden, wobei letzteres nur einmalige
Vorrichtungen für die Produktion verlangt.
Mit einer derartigen, südseitig ausgerichteten
Elementkombination kann in mitteleuropäischen
Breitengraden bei einer Anordnung der photovoltaischen
Elemente (kommerzielle Solarmodule, z. B. von Fa. AEG)
unter einem Neigungswinkel von 45° bei einer
Flächenbelegung von 25% jährlich eine Strommenge von
ca. 30 kWh/m2 Glaselement gewonnen werden.
Bei der Herstellung der Kunststoffglasscheiben können
die Energiegewinnungselemente durch Einbettung beim
Formenbau, durch Eingießen aber auch durch
nachträgliche Bearbeitung, wie Auf- oder Verkleben mit
den Kunststoffglasscheiben mit diesen verbunden
werden. Im Falle der Einbettung in
Polymethylmethacrylat, die besonders bevorzugt ist,
eignet sich dafür insbesondere der Gußglasprozeß und
hier wiederum das Einbringen der
Energiegewinnungselemente in ein Senkrechtverfahren
mit nach oben offenem Formglasplattensystem, wie z. B.
der Rosteroprozeß, in einem evakuierbaren
Polymerisationsofen.
Photovoltaische Elemente können in Form ganzer
Solarmodule eingebettet oder einzeln oder verknüpft
vor der Befüllung in die Form eingebracht und in jeder
beliebigen geometrischen Anordnung einpolymerisiert
werden. Vorteilhaft wird zur Beibehaltung einer
gewünschten Transparenz bzw. Durchsicht der
Kunststoffglasscheiben die Polymerisationsform nur zum
Teil mit Energiegewinnungselementen belegt, wobei
insbesondere die Streifenform oder auch sonstige
Muster möglich sind. Der Belegungsgrad ist individuell
der gewünschten Durchsicht bzw. Transparenz anpaßbar,
so daß eine gewünschte Transparenz bzw. Durchsicht der
Schallschutzwand nur unmerklich oder gering
beeinträchtigt wird.
Die eingebrachten Energiegewinnungselemente können
außerdem so in Muster gelegt werden, daß sie
gleichzeitig dem Vogelschutz dienen, wodurch
aufwendige zusätzliche Vogelschutzvorkehrungen an den
Kunststoffglasscheiben eingespart werden können.
Die Energiegewinnungselemente, insbesondere
photovoltaische Elemente, können auch vor dem
Einbringen in die Form an Folienverbinderstreifen
aufgereiht und mit diesen in die Form eingebracht
werden. Weitere Vorgruppierungen sind z. B. Einlegen
in Kunststoff(verbund)folien oder Verknüpfung mittels
geeigneter Fäden bzw. Drähten. Das Aufbringen auf die
Folien kann z. B. durch Ultraschallverschweißung
erfolgen. Besonders bevorzugt sind dabei sogenannte
Strings in Serie.
Zur Erzeugung von Wärmeenergie weist die
Kunststoffglasscheibe durchgehende Hohlräume auf, die
z. B. durch eingelegte Rohre, Schläuche oder
Hohlkammern gebildet werden können. Die Hohlräume
werden meist nach dem Aufstellen der
Kunststoffglasscheibe mit einem
wärmeenergieübertragenden Fluid gefüllt. Das Fluid
und/oder die Schläuche, Rohre, Hohlräume und/oder die
Kunststoffglasscheibe selbst sind vorteilhaft zur
besseren Lichtabsorption eingefärbt bzw. mit einem
Lichtabsorptionsmittel versetzt.
Das Fluid, meist eine Wärmeträgerflüssigkeit, soll
vorzugsweise im Temperaturbereich von 0°C -80°C
niedrigviskos und mittels einer Flüssigkeitspumpe
umwälzbar sein. Besonders bevorzugt sind
Flüssigkeiten, die entsprechend der maximal zu
erwartenden tiefen Temperaturen frostgeschützt sind.
Die Kunststoffscheiben, eingebettete Materialien
und/oder das Fluid enthalten, falls erforderlich, auch
ein UV-Absorptionsmittel zur Verhinderung von
Alterung. Des weiteren können auch, insbesondere
teilweise Verspiegelungen bzw. Aufrauhungen (durch
Sandstrahlung bzw. Satinierung) an den
Kunststoffglasscheiben vorteilhaft sein, sofern
erforderlich unter Berücksichtigung ästhetischer und
optischer Erfordernisse an die Schallschutzwand.
Bei der Verwendung von Rohren oder Schläuchen ist es
besonders vorteilhaft, wenn diese hinsichtlich ihrer
Materialeigenschaften und ihrer Dimensionierung
geeignet sind, im Falle eines Bruches der
Kunststoffglasplatte entstehende Bruchstücke
zusammenzuhalten.
Bei einer Verwendung mehrerer Kunststoffglasscheiben
mit integrierten Energiegewinnungselementen in einer
Schallschutzwand, werden die einzelnen
Kunststoffglasscheiben hinsichtlich ihrer
Energiegewinnungselemente untereinander verbunden.
Wenn eine Pumpe zur Umwälzung eines wärmeübertragenden
Fluids vorgesehen ist, kann diese vorteilhaft auch
durch oben beschriebene Anordnungen mit
photovoltaischen Elementen betrieben werden, wobei
vorteilhaft wieder ein Akku als Zwischenspeicher
eingesetzt wird, sofern eine Umwälzung des Fluids auch
bei für die photovoltaischen Elemente nicht mehr
ausreichender Sonneneinstrahlung von Vorteil ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 ein teilweise belegtes Schallschutzelement mit
zwei Solarmodulen;
Fig. 2 ein Schallschutzelement mit streifenförmiger
Belegung mit photovoltaischen Elementen;
Fig. 3 ein Schallschutzelement mit eingebetteten
Multischlauchabsorbern; und
Fig. 4 ein Schallschutzelement mit eingebettetem
mäanderförmigen Absorptionsrohr.
Das in Fig. 1 gezeigte Schallschutzelement 1 ist eine
PMMA-Scheibe 2 der Abmessung 3 m × 2 m × 0,02 m. Die
Scheibe 2 hat eine Transparenz von über 90%, ist
glasklar und weist eine Schalldämmung (DIN 4 109) von
29 dB auf. In den seitlichen Randbereichen hat die
Scheibe 2 mehrere Bohrungen 10 zur Befestigung in
einer geeigneten (nicht dargestellten) Halterung. In
die obere Hälfte der Scheibe 2 sind zwei Solarmodule 3
eingebettet, die je eine Abmessung von 75 cm × 50 cm
haben. Jedes Solarmodul 3 ist aus drei
Untereinheiten 4 vorgefertigt, die über
Anschlußdrähte 5 mit an der Oberkante 7 des
Schallschutzelementes 1 angebrachten Anschlüssen 6
elektrisch leitend verbunden sind. Die Solarmodule 3
sind kommerziell erhältliche Module (z. B. von
Fa. AEG) bestehend aus 150 Solarzellen.
Gegenüber den großflächigen Solarmodulen in Fig. 1
zeigt Fig. 2 eine ästhetisch weniger auffallende
Ausführungsform eines Schallschutzelementes 11 , das
ebenfalls aus einer PMMA-Scheibe 12 aufgebaut ist, die
waagerecht angeordnete Streifen 18 von
photovoltaischen Elementen 19 enthält. Die Streifen 18
verlaufen im wesentlichen über die Breite des
Schallschutzelementes 11 und haben eine Höhe von 3 cm
und einen Abstand untereinander von 17 cm. Die
einzelnen photovoltaischen Elemente 19 sind 8 cm lang
und in einem Abstand von 2 cm über je zwei
Anschlußdrähte 20 miteinander verbunden. In dem
Schallschutzelement 11 sind die Streifen 18 mit den
photovoltaischen Elementen 19 wie in der Figur
dargestellt um 45° nach oben verdreht zur optimalen
Ausnutzung der einfallenden Sonnenstrahlen. Außerhalb
der PMMA-Scheibe 12 können die Streifen 18 wie
abgebildet 21 in Serie geschaltet werden, über die
verbleibenden Anschlüsse 16 können mehrere
Schallschutzelemente 11 in einer Schallschutzwand
zusammengeschaltet werden. Die streifenförmige
Anordnung der photovoltaischen Elemente 19 bewirkt
gleichzeitig einen Vogelschutz.
In Fig. 3 sind in einem Schallschutzelement 31 mehrere
schwarz eingefärbte Kunststoffrohre 42 eingeschlossen,
deren Anschlüsse 36 an der Oberkante 37 der
PMMA-Scheibe 32 angeordnet sind. Die
Kunststoffrohre 42 haben einen Durchmesser von 1 cm
und sind in einem Abstand von 8 cm voneinander
angeordnet. Die Kunststoffrohre 42 eines
Schallschutzelementes 31 sowie mehrere
Schallschutzelemente 31 einer ganzen Schallschutzwand
sind über eine Verbindungsleitung 43 mit einer (nicht
dargestellten) Pumpe verbunden, die eine
Wärmeträgerflüssigkeit durch die Kunststoffrohre 42
und angeschlossene (nicht dargestellte)
Wärmeverbraucher umwälzt.
Das in Fig. 4 dargestellte Schallschutzelement 51 ist
wieder aus einer PMMA-Scheibe 52 gefertigt, in der
mäanderförmig ein schwarz eingefärbtes Rohr 62
eingelagert ist. Das Rohr 62 hat einen
Außendurchmesser von 1 cm, zwei benachbarte Rohre
einer Schleife haben im Mittel einen Abstand von 4 cm.
Anfang und Ende des Rohres 62 sind im oberen Bereich
des Schallschutzelementes 51 über Anschlüsse 56 nach
außen geführt. Der Anschluß kann analog wie bei Fig. 3
beschrieben erfolgen.
Die einzelnen Schallschutzelemente können mittels
geeigneter Halterungen zu einer Schallschutzwand
aneinandergesetzt werden.
Im folgenden werden einzelne Ausführungsbeispiele
näher beschrieben.
Beispiel 1
Zwischen senkrecht (Rosteroprozeß) oder waagrecht
gelagerten Formglasplatten werden zwei Solarmodule
(Fig. 1) oder mehrere photovoltaische Elemente
(Fig. 2) mittels einer Haltevorrichtung aus
MMA-beständigem Kunststoffmaterial und einer
Abstandshalterung derart fixiert, daß diese
symmetrisch in der Glasplattenform liegen.
Die so eingelegten Elemente sind dann nach dem
Schließen der Form und Befüllung mit katalysiertem und
mit dem für die Herstellung von Lärmschutzwänden
erforderlichen Chemikalienzusätzen versehenen
Methylmethacrylat-Monomer bzw. Methylmethacrylat-
Vorpolymerisat sowie Aushärtung desselben in dessem
Polymeren eingebettet. Geeignete Füllmischungen
enthalten neben Methylmethacrylat und Comonomeren auch
Flammschutzmittel sowie die erforderlichen
Polymerisationshilfsstoffe, wie Katalysatorsysteme und
Trennmittel.
Vor der Polymerisation wird die Form zur Entfernung
eingeschlossener Gasblasen durch Anlegen von Vakuum
entlüftet, die eigentliche Polymerisation erfolgt in
einem Ofen bei vorzugsweise 500 bis 70°C.
Nach der Polymerisation werden die Formglasplatten
entfernt und in die seitlichen Randbereiche des
erhaltenen Schallschutzelementes Befestigungsbohrungen
eingebracht.
Beispiel 2
Zwischen senkrecht gelagerten Formglasplatten werden
schwarz eingefärbte Kunststoffrohre bzw. -schläuche
aus PE, PP, EPDM in der in Fig. 3 dargestellten
Anordnung eingebracht. Das so erhaltene Sandwich wird
nach Einbringung von Dichtungsschnüren und
Distanzhaltern dreiseitig geschlossen, durch die oben
offene Form wird katalysiertes und mit den für die
Herstellung von Lärmschutzwänden erforderlichen
Chemikalienzusätzen versehenes
Methylmethacrylat-Monomer (Zusammensetzung siehe
Beispiel 1) eingefüllt und dieses nach Evakuierung bei
erhöhter Temperatur ausgehärtet. Die Rohrendungen
werden über eine Länge von ca. 5 cm frei von
Methylmethacrylat gehalten und dienen am fertigen
Schallschutzelement als Anschlüsse. Nach Beendigung
des Härtungsprozesses wird die Form geöffnet und das
fertige Lärmschutzelement mit integrierter
Energiegewinnung entnommen.
Beispiel 3
Zwischen senkrecht oder waagrecht gelagerten
Formglasplatten werden Absorberrohre aus PE gemäß
Fig. 4 mittels Rahmen derart angeordnet, daß diese
nach Befüllung und Polymerisation (Zusammensetzung
siehe Beispiel 1) in dem erhaltenen Polymeren
eingebettet sind. Die nach außen geführten Anschlüsse
des eingebetteten Rohres werden zur Formglasplatte hin
abgedichtet. Nach Beendigung des Härtungsprozesses
wird die Form geöffnet und das fertige
Lärmschutzelement mit integrierter Energiegewinnung
entnommen.
Beispiel 4
Zwischen senkrecht gelagerten Formglasplatten werden
geeignete Verdrängungskörper aus PE oder PP,
eventuell mit Trennmittel imprägniert, in den Sandwich
eingebracht, die nach Durchführung der Polymerisation
gemäß Beispiel 2 entfernt werden. Dadurch werden im
Lärmschutzelement Hohlräume gebildet, die zur Aufnahme
der Wärmeträgerflüssigkeit geeignet sind.