DE4444104C1

DE4444104C1 - Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung

Info

Publication number: DE4444104C1
Application number: DE4444104A
Authority: DE
Inventors: Gerd Hugo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-10
Filing date: 1994-12-10
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2014-12-11
Also published as: WO1996018858A1; AU4171596A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung.

Wärmedämmung mit passiver Solarenergienutzung ist als sogenannte "transparente Wärmedämmung" bekannt.

In der DE-OS 32 30 639 ist ein Fassadenkollektor zur Klimatisierung der Gebäudeaußenflächen mit Hilfe der Solarstrahlung beschrieben. Die Gebäudeaußenfläche wird als Kollektor ausgebildet, so daß Wärme absorbiert werden kann, wobei durch Regelung des Durchlässigkeitsgrades die Wärmeverluste und die Wärmeeinstrahlung derart reguliert werden, daß an allen Orten im Gebäude die erwünschte Raumtemperatur vorliegt. Hierfür kann beispielsweise der Durchlaßgrad des Kollektors mit Hilfe eines Rolladens eingestellt werden.

In der DE-OS 42 03 412 sind Bauteile für insbesondere Gebäude-Außenwände beschrieben. Das Bauteil umfaßt eine Glasscheibe und, um eine besonders gute Wärmedämmung zu erreichen, ist an der Innenseite des Bauteils ein Flächenelement angeordnet, das für Licht nicht oder nur geringfügig lichtdurchlässig ist und mit der Glasscheibe zusammen einen nach unten geschlossenen und nach oben offenen Raum bildet. Das Flächenelement kann von der Glasscheibe um beispielsweise eine horizontal Achse fortgeschwenkt werden. Bevorzugt ist die Außenseite des Flächenelements mit einer gut reflektierenden Metallschicht beschichtet. Im unteren Bereich des Bauteils können Lüftungsöffnungen vorgesehen sein.

Bei einer anderen Art von Wärmedämmung mit passiver Solarenergienutzung werden Acrylglasschaum oder Kapillarglasmatten oder auch Glasfaservliese anstelle eines Putzes als letzte Schicht auf die Außenwand eines Hauses geklebt und durch eine sichtoptisch transparente Folie vor eindringendem Regenwasser geschützt.

Die Wirkung dieser Matten ist dabei folgende. Die Sonnenstrahlung kann durch das sichtoptisch weitgehend transparente Material bis zur eigentlichen Hauswand eindringen und wird erst an dieser weitgehend absorbiert und in Wärme umgesetzt. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine dunkle Einfärbung der Wand, so daß ein möglichst großer Anteil der Sonneneinstrahlung absorbiert werden kann. Eine weitere Voraussetzung für einen guten Wirkungsgrad ist, daß eine Wand eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit haben sollte, damit die Wärme eindringen kann, und eine hohe Wärmekapazität, damit eine möglichst große Wärmemenge aufgenommen werden kann.

Bei Sonneneinstrahlung wird sich eine solche Wand langsam aufheizen und ihre gespeicherte Wärme langsam, auch über Nacht, nach innen abgeben. Damit kann in den Wintermonaten Sonneneinstrahlung über die Wand in Heizwärme umgesetzt werden, die sonst durch z. B. eine Ölheizung im Haus hätte aufgebracht werden müssen. Nachteilig ist jedoch bei diesen Systemen der hohe Reflexionsgrad der Kapillarglasschicht oder des Acrylschaumes bzw. des Glasfaservlieses.

Dadurch kann nur ein Teil der Sonnenenergie bis zur eigentlichen Wand durchdringen, um dort absorbiert zu werden. Ein Teil der Sonneneinstrahlung wird von den oberen Schichten reflektiert.

Da die verwendeten Materialien, also Kapillarglas, Acrylschaum und Glasfaservlies, im Bereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm starke Absorptionsbanden haben, und einen Teil des Sonnenlichtes bereits im sichtoptisch transparenten Dämmaterial absorbieren, muß gemäß der Kirchhoff'schen Regel der absorbierte Anteil auch von dem Material direkt in Form von Wärme wieder abgestrahlt werden. Dieser Anteil der Sonnenenergie gelangt also nicht bis zu der Hauswand und kann nicht zur ihrer Erwärmung beitragen.

Nachteilig ist auch, daß eine derart ausgestaltete Wand in den Übergangsmonaten vom Winter zum Sommer und natürlich im Sommer selber, künstlich z. B. durch eine davor installierte Jalousie beschattet werden muß, um in den warmen Monaten des Jahres eine zu starke Aufheizung der Wand zu vermeiden. Die Anordnung bedingt also zwei bauliche Maßnahmen, die eine Dämmung mit passiver Nutzung der solaren Einstrahlung relativ kostenintensiv machen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Wärmeverluste bei Baulichtkeiten zu verhindern und gleichzeitig vorhandene solare Einstrahlung zur Erwärmung eines Gebäudes zu nutzen, ohne daß die Nachteile einer zu starken Aufheizung des Gebäudes in den Übergangsmonaten und im Sommer in Kauf genommen werden müssen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

In vorteilhafter Weise wird durch die Erfindung erreicht, daß in den heißen Sommermonaten einen Beitrag zur Kühlung des Gebäudes, d. h. zu einer geringeren Erwärmung erbracht wird.

In den kühleren Jahreszeiten hingegen läßt sich eine Erwärmung des Gebäudes erreichen. Die Erfindung ist auch auf Hohlkörper anwendbar, wie Container, Schiffe, Kraftfahrzeuge insbesondere mit Aufbau.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorderseite eines flächigen Elements gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung (mit Lamellen),

Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung eines Wärmeschutzes, gemäß einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung (mit Lamellen und Windschutzplatte),

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Platte, die auf der Vorderseite mit einer ersten und auf der Rückseite mit einer zweiten Beschichtung versehen ist,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer anderen Platte, die auf der Vorderseite mit einer ersten und auf der Rückseite mit einer zweiten Beschichtung versehen ist, und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Windschutzplatte, die auf einer Seite mit einer Beschichtung versehen ist,

Fig. 6 eine Teilschnittdarstellung eines Wärmeschutzes, gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung (Beispiel 9).

Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. In Fig. 1 ist ein flächiges Element dargestellt, das bevorzugt, aus kleineren länglichen Einzelplatten oder Lamellen 2 zusammengesetzt ist, die in einem rechteckförmigen Rahmen 3 parallel zu einander und um ihre Längsachsen drehbar gelagert angeordnet sind. Der Rahmen 3 ist vor einer Hauswand 6 so angebracht, daß sich die Lamellen 2 im wesentlichen vertikal erstrecken und der Rahmen 3 von der Hauswand 6 einem gewissen Abstand aufweist. Eine horizontale Anordnung der Lamellen 2 ist ebenfalls möglich. Der genannte Abstand wird so gewählt, daß die Lamellen 2 um ihre Längsachsen mindestens um 180 Grad verschwenkt werden könnnen, so daß die zu der Hauswand 6 weisenden Oberflächen der Lamellen 2 vertauscht werden können. Wenn die Drehachsen mittig zu den Lamellen 2 verlaufen und diese die gleichen Weitenabmessung haben, dann sollte der Abstand etwas größer als die halbe Weitenabmessung der Lamellen sein, um eine Berührung der Hauswand zu vermeiden.

Gemäß Fig. 1 sind die Lamellen 2 miteinander über einen nur schematisch mit 17 bezeichneten Verbindungsmechanismus, so gekoppelt, daß sie gemeinsam verschwenkt werden können. Dadurch kann wahlweise entweder die Vorderseite 4 oder die Rückseite 5 der Lamellen 2 zu der Wand 6 weisen. Wahlweise kann eine Antriebsvorrichtung, wie ein Elektromotor 18 vorgesehen sein, um den Verbindungsmechanismus zum Verschwenken der Lamellen 2 zu betätigen, so daß die Lamellen gemeinsam in die erwünschte Richtung verdreht werden.

Der Motor 18 kann über einen Sensor 19 immer dann angesteuert werden, wenn die Beleuchtungsstärke durch die Sonne einen bestimmten Wert erreicht oder unter- bzw. überschritten hat. Dadurch ist es möglich, am Tag die Vorderseite 4 nach außen weisend zu haben, und nachts zur Wand 6 hin. Statt eines Sensors läßt sich eine Schaltuhr 20 verwenden, die ein Umschwenken der Lamellen nach Sonnenuntergang und ein Zurückschwenken zum Sonnenaufgang zu einer festgesetzten Zeit auslößt.

Der Rahmen 3 kann sich auf seinen vier Seiten bis zu der Hauswand erstrecken. Es ist auch möglich die Seitenbereiche zwischen dem Rahmen 3 und der Hauswand 6 mit beispielsweise einer Platte oder Tafel oder Abdeckung aus einem geeigneten Material, wie Holz, Kunststoff, einer Materialbahn usw. zu überdecken.

Die Lamellen weisen auf ihrer ersten und ihrer zweiten Hauptoberfläche unterschiedliche Absorptionseigenschaften in bezug auf das Spektrum der Sonneneinstrahlung auf.

Wenn die erste Hauptoberfläche, im folgenden als Vorderseite 4 bezeichnet, der Lamellen 2 nach außen, das heißt von der Hauswand fort weist, so wird bei Sonneneinstrahlung auf der Vorderseite 4 der Lamellen 2 einfallendes Sonnenlicht entsprechend dem Absorptionsgrad der Vorderseite 4 der Lamelle 2 im Bereich des solaren Strahlungsspektrums von 0,3 bis 2,5 µm absorbiert und in der Oberfläche der Lamellen 2 in Wärme umgesetzt. Bei einem Absorptionsgrad von 0,85, einem typischen Wert für eine dunkle Farbe, werden 85% des einfallenden Sonnenlichtes in Wärme umgesetzt.

Bei einer zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 bilden der untere und der obere Abstandsbereich zwischen dem Rahmen 3 und der Hauswand 6 jeweils eine untere und eine obere Öffnung 7 bzw. 8, die mittels beispielsweise eines plattenförmigen Verschlußteiles 7′, 8′ wahlweise verschließbar sind. Durch Öffnen dieser Verschlußteile 7′, 8′ kann in den Zwischenraum zwischen den Lamellen 2 und der Hauswand 6 bei Bedarf Außenluft geleitet werden kann.

Vor dem flächigen Element aus Lamellen 2 ist eine Ergänzungsplatte in Form einer Windschutzplatte 19 in einem Abstand von 5 cm vor der Vorderseite 4 angebracht. Die Windschutzplatte 13 ist als eine Acrylglasscheibe mit hoher Transparenz im Bereich des sichtbaren Lichtes ausgebildet und der Sonne ausgesetzt. Die der Vorderseite 4 der Lamellen 2 zugewandten Seite der Acrylglasplatte ist mit einer Oberflächenbeschichtung 14 aus Indiumzinnoxid versehen (Fig. 5).

Der elektrische Oberflächenwiderstand dieser Oberflächenbeschichtung aus Indiumzinnoxid lag bei 75 Ω. Ein großer Teil der von der Vorderseite 4 emittierten Wärmestrahlung konnte daher auf die Platte 1 zurückreflektiert werden. Der Raum zwischen der Acrylglasplatte und der Platte 1, sowie auch der Raum zwischen der Platte 1 und der Betonwand 6 waren so weitgehend auch vor Windeinflüssen geschützt.

Um einen Temperaturgradienten von unten nach oben durch aufsteigende, warme Luft im Zwischenraum zwischen der Rückseite 5 der Lamellen und der Betonwand 6 zu vermeiden, wurde dieser Zwischenraum der 2,0 m hohen Anordnung alle 50 cm durch horizontale Sperrelemente 9 unterteilt. Bei einer Sonneneinstrahlung von 500 W/m², einer Luftaußentemperatur von 5°C und einer mittleren Windgeschwindigkeit von 1 m/s stellte sich eine Wärmestromdichte von 193 W/m² von außen nach innen ein.

Im folgenden werden einige Beispiele verschiedener Untersuchungen näher erläutert.

Beispiel 1

Bei einem Versuchsaufbau wurde eine metallische blanke Aluminiumplatte 1, die nicht in Lamellen aufgeteilt war und eine Dickenabmessung von 1 mm hatte verwendet. Blanke Metalloberfläche können Wärme nur zu einem geringen Teil abstrahlen. Der Emissionsgrad von metallisch blankem Aluminium liegt unter 0,1. Die Platte 1 war in einen Rahmen 3 eingespannt und in einem Abstand von 5 cm von einer 20 cm dicken Betonwand 6 gehalten.

Auf der Vorderseite 4 der metallisch blanken Aluminiumplatte wurde eine dunkelblaue für Infrarotstrahlung transparente Farbe 12 vgl. Fig. 4 aufgebracht. Der Emissionsgrad im Bereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm lag bei der mit für Infrarotstrahlung durchlässiger Farbe 12 beschichteter Vorderseite 4 der Aluminiumplatte 1 bei 0,2.

Es konnten daher also nur 20% der aus dem Sonnenlicht umgesetzten Wärme nach außen abgestrahlt werden.

Die zu der Betonwand 6 weisende Rückseite 5, als die zweite Hauptoberfläche, der Aluminiumplatte 1 war mit einer Schicht aus einer weißen Farbe 11 versehen, deren Emissionsgrad im Bereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm bei 0,95 lag und deren Absorptionsgrad im Bereich der solaren Einstrahlung unter 0,3 war. Da Aluminium ein guter Wärmeleiter ist und die Dickenabmessung der Platte nur gering war, wurde die auf der Vorderseite 4 absorbierte Energie zu 95% auf der Rückseite 5 der Aluminiumplatte 1 zur Betonwand hin abgestrahlt. Die Betonwand 6 selber war mit einer handelsüblichen weißen Wandfarbe gestrichen, deren Absorptionsgrad für Wärmestrahlung bei 0,95 lag. Die von der Rückseite der Aluminiumplatte abgestrahlte Wärme konnte so an der Wand zu 95% absorbiert werden und in der Wand über Wärmeleitung in den dahinter liegenden Raum abgeführt werden.

Bei einer Sonneneinstrahlung von 500 W/m² auf der Vorderseite 4 der Aluminiumplatte 1 und bei einer Außenlufttemperatur von 10°C sowie einer Windgeschwindigkeit von 1 m/s und einer Raumtemperatur von 20°C des zu heizenden, hinter der Betonwand liegenden Raumes stellte sich eine Wärmestromdichte von außen nach innen von 130 W/m² ein. Durch die hohe Wärmekapazität der Betonwand 6 und auch die Wärmekapazität der Innenwände des Raumes, kann auch nach Sonnenuntergang der Raum aus diesen Wärmequellen über Nacht geheizt werden.

In der Nacht sankt die Außentemperatur auf Werte von etwa 0°C. Es stellte sich ein Wärmefluß von innen nach außen ein. Dieser Wärmefluß in die äußere Umgebung konnte geringgehalten werden. Besonders vorteilhaft erwies sich hierbei, daß durch den im Bereich der Wärmestrahlung niedrigen Emissionsgrad der Obefläche der von der Betonwand 6 fortweisenden Oberfläche der Platte 1, also der Vorderseite 4 des Wärmeschutzes mit passiver Solarenergienutzung die tagsüber von der Betonwand aufgenommene Wärmeenergie nachts nur zu 20% nach außen abgestrahlt wurde. Wenn die Platte 1 umgedreht wird, so daß die niedrig emittierende Vorderseite 4 zur Betonwand 6 weist, konnte die wärmedämmende Wirkung noch um 40% gesteigert werden.

Beispiel 2

Bei einem weiteren Versuch wurden Kunststofflamellen 2 mit einer Dickenabmessung von 2 mm und den Seitenabmessungen von 10 cm × 200 cm in einem Rahmen 3 befestigt, der sich über eine Höhe von im wesentlichen 2,0 m erstreckte. Die Lamellen 2 waren in dem Rahmen drehbar angebracht und miteinander über einen Verbindungsmechanismus so gekoppelt, daß sie gemeinsam verschwenkt werden konnten. Dadurch konnte wahlweise entweder die Rückseite oder die Vorderseite der Lamellen 2 zu der Wand 6 weisen. Es wurde eine Antriebsvorrichtung vorgesehen, die mit dem Verbindungsmechanismus so verbunden war, daß sie die Lamellen gemeinsam in die erwünschte Richtung verdrehte.

Die Vorderseite der Kunststofflamellen wurde mit einer im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung niedrig emittierenden Farbe 10 vgl. Fig. 3 gestrichen. Der Emissionsgrad dieser Farbe lag im Bereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm bei 0,25. Die niedrig emittierende Wirkung der Farbe beruhte auf eingelagerten Metallpigmenten in Plättchenform. Diese wirken grundsätzlich ebenso, wie eine gleichförmige, blanke Metalloberfläche. Der Absorptionsgrad der Farbe im Bereich des solaren Strahlungsspektrums von 0,3 µm bis 2,5 µm lag bei 0,75. Die Rückseite 5 der Lamellen war ebenso wie bei dem Beispiel 1 mit einer hoch emittierenden weißen Farbe 11 gestrichen. Die Lamellen 2 wurden nebeneinander, um ihre Längsmittelachsen drehbar in einem an der Betonwand 6 angebrachten Rahmen 3, der eine Kantenhöhe von 10 cm hatte, so gelagert, daß sie sich gut 5 cm vor der dahinterliegenden Betonwand 6 befanden.

Durch die verglichen mit Aluminium geringere Wärmeleitfähigkeit der Kunststofflamellen waren die Energiegewinne aus der Umsetzung solarer Strahlung in Wärme etwas kleiner als bei dem bereits beschriebenen Versuchsbeispiel 1 mit der Aluminiumplatte. Im Dämmbetrieb bei Nacht wurde die im Bereich der Wärmestrahlung niedrig emittierende Vorderseite 4 zur Wand 6 gedreht. Die sich für diesen Aufbau ergebenden Dämmwerte bei Nacht waren geringfügig besser, als im Fall der Aluminiumplatte.

Beispiel 3

Bei der in Fig. 2 gezeigten und bereits beschriebenen Ausführungsform war die der Vorderseite 4 der Lamellen zugewandte Seite der Acrylglasplatte mit einer Oberflächenbeschichtung 14 aus Indiumzinnoxid versehen. Der elektrische Oberflächenwiderstand der Indiumzinnoxidschicht lag bei 75 Ω. Ein großer Teil der von der Vorderseite 4 der Lamellen emittierten Wärmestrahlung konnte daher auf diese zurückreflektiert werden. Der Raum zwischen dem Acrylglas und den Lamellen, sowie auch der Raum zwischen den Lamellen und der Betonwand waren so weitgehend auch vor Windeinflüssen geschützt. Um einen Temperaturgradienten von unten nach oben durch aufsteigende, warme Luft im Zwischenraum zwischen der Rückseite der Lamellen und der Betonwand zu vermeiden, wurde dieser Zwischenraum der 2,0 m hohen Anordnung alle 50 cm durch horizontale Sperrelemente unterteilt. Bei einer Sonneneinstrahlung von 500 W/m² bei einer Luftaußentemperatur von 5°C und einer mittleren Windgeschwindigkeit von 1 m/s stellt sich eine Wärmestromdichte von 193 W/m² von außen nach innen ein.

Beispiel 4

Mit einem weiteren Versuch sollte untersucht werden, ob eine schnellere Aufheizung des Innenraumes eines Gebäudes oder Hohlkörpers mit dem Aufbau ebenfalls möglich ist.

Hierzu wurde ein 2 m hoher und 1 m breiter Rahmen 3 mit Lamellen, ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2, jedoch ohne die horizontalen Sperrelemente in dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der Lamellen und der Betonwand, an einer Wand befestigt, die im unteren und oberen Bereich des Rahmens Luftdurchtrittsöffnungen 15, 16 hatte.

Die Luftdurchtrittsöffnungen waren so ausgelegt, daß erwärmte Luft aus dem Zwischenraum des Aufbaus zwischen der Oberfläche der Lamellen und der Wand durch die obere Öffnung 15 hindurch direkt in den Innenraum des Gebäudes geleitet werden konnte. Kältere Luft wurde aus dem Gebäude heraus durch die untere Luftdurchtrittsöffnung geleitet und strömte aus dieser heraus und nach oben, wobei sie in dem Zwischenraum erwärmt wurde.

Der Innenraum des Gebäudes konnte auf diese Weise schneller erwärmt werden, als dies beim ausschließlichen Wärmetransport durch die Wärmeleitung der Wand möglich war. Diese Wirkung konnte durch den Einsatz eines regelbaren Ventilators in der oberen oder unteren Öffnung noch verstärkt werden, da dadurch die Luftströmungsmenge pro Zeiteinheit vergrößert werden kann.

Beispiel 5

Der zuletzt beschriebene Versuchsaufbau gemäß Beispiel 4 wurde dahingehend erweitert, daß der Verbindungsmechanismus über einen Motor 18 bewegt wurde, der über einen Sensor 19 immer dann angesteuert wurde, wenn die Beleuchtungsstärke durch die Sonne einen bestimmten Wert unterschritten hatte. Im einfachsten Fall läßt sich der Sensor auch durch eine Schaltuhr 20 ausführen, die ein Umschwenken der Lamellen nach Sonnenuntergang zu einer festgesetzten Zeit auslöst.

Eine weitere Steigerung der wärmedämmenden Eigenschaften des Aufbaues konnte durch Einbringen einer Polyäthylen-Wabenstruktur (nicht gezeigt), die den Zwischenraum zwischen den Lamellen und der Wand 6 im wesentlichen ausfüllt, erreicht werden. Der Wärmeaustausch über eine Konvektion der Luft zwischen den Lamellen und der Wand wurde um 30% verringert.

Beispiel 6

Für den Sommerbetrieb wurde der bereits beschriebene Versuchsaufbau mit der 2 m hohen und 1 m breiten Lamellenanordnung eingesetzt. Die im Bereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm niedrig emittierende Vorderseite 4 wies zur Wand 6. Die im Bereich der Wärmestrahlung hoch emittierende und im Bereich der solaren Einstrahlung von 0,3 bis 2,5 µm stark reflektierende, weiße Rückseite 5 wurde der Sonne ausgesetzt.

Die von der Sonne absorbierte und in Wärme umgesetzte Strahlung, wie auch die Wärmestrahlung der Umgebung wurden zum größten Teil nach vorne, d. h. von der Wand fortweisend abgestrahlt. Durch die niedrige Emission der Vorderseite, die nunmehr zu der Wand wies, wurden nur 25% der Wärme über Strahlung an die Wand 6 abgegeben.

Da bei diesem Beispiel keine Sperrelemente vorgesehen waren, setzte eine Luftströmung zwischen der Wand 6 und den Lamellen 2 ein, die die Oberflächentemperatur der Wand 6 auf dem Temperaturniveau der Luft hielt.

Im Vergleich zu einer freien Betonwand, die mit einer Farbschicht 11 überzogen war, wurde nur ein Drittel der solaren Energie in die Wand 6 mit der vor ihr angebrachten Anordnung eingebracht.

Beispiel 7

Bei einem weiteren Versuch wurde die Betonwand 6 mit einer dunkelroten Farbe 10 gestrichen, deren Absorptionsgrad im Bereich der solaren Einstrahlung bei 0,85 lag. Ihr Emssionsgrad lag im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung bei 0,25. Die Wand wurde der Sonne ausgesetzt. Bei folgenden Umgebungsbedingungen, nämlich solare Einstrahlung 500 W/m², Windgeschwindigkeit 1 m/s, Lufttemperatur außen 10°C, Lufttemperatur von 20°C in dem Raum hinter der Betonwand 6, stellte sich eine Wärmestromdichte von 145 W/m² für den von außen nach innen fließenden Wärmestrom ein. Nach Sonnenuntergang wurde vor der Betonwand eine Kunststoffjalousie heruntergelassen. Die der Betonwand zugewandte rückwärtige Oberfläche der Jalousie war mit einer silbernen Farbe beschichtet, deren Emissionsgrad im Bereich der Wärmestrahlung bei 0,15 lag. Die von der Wand fortweisende Vorderseite der Jalousie war mit einer Farbe 11 hochglänzend weiß lackiert mit einem Absorptionsgrad im Bereich der solaren Einstrahlung, der unter 0,3 lag. Der Emissionsgrad im Bereich der Wärmestrahlung lag über 0,9. Nachts sank die Außentemperatur auf 0°C. Es stellte sich im stationären Zustand eine Wärmestromdichte von innen nach außen von 17 W/m² ein . Ohne den Aufbau aus der niedrig emittierenden Wandoberfläche und der als Strahlungsperre ausgebildeten Jalousie lagen die Wärmeverluste unter gleichen Bedingungen bei 63 W/m². Im Sommer konnte bei einer Außenlufttemperatur von 30°C und einer Sonneneinstrahlung von 500 W/m² mit diesem Aufbau der Wärmeeintrag in die Betonwand auf ein Drittel gegenüber einer normalen Betonwand gesenkt werden.

Beispiel 8

In einem weiteren Versuch wurden vor eine Betonwand Tonziegel vorgemauert, deren von der Betonwand wegweisende Oberflächen mit einer Schicht aus optisch transparentem Indiumzinnoxid versehen waren. Das charakteristische Aussehen der roten Tonziegel blieb dabei erhalten.

Der Absorptionsgrad im Bereich der solaren Einstrahlung lag bei 0,75. Der Emissionsgrad im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung lag bei 0,25. Bei vergleichbaren Umweltbedingungen wie in Beispiel 7 beschrieben, stellte sich eine Wärmestromdichte von 125 W/m² für den von außen nach innen fließenden Wärmestrom ein. In der Nacht wurde die in Beispiel 7 beschriebene Kunststoffjalousie vor der Wand heruntergelassen. Bei einer Außentemperatur von 0°C stellte sich nachts im stationären Zustand eine Wärmestromdichte von innen nach außen von 12 W/m² ein.

Beispiel 9

Ein Rahmen 3 mit den Abmessungen Länge × Breite × Tiefe von 200 × 100 × 8 cm wurde mit einer Platte 1 aus 2 mm dickem Aluminiumblech versehen (Fig. 6), dessen eine Hauptoberfläche blankpoliert war und anschließend mit einer für Infrarotstrahlung transparenten Farbe 12 versehen wurde. Der Emissionsgrad der Oberfläche aus blankem Aluminium mit der infrarottransparenten Farbe 12 lag im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm bei 0,2. Im sichtoptischen Bereich war die Farbe schwarz. Ihr Absorptionsgrad im Bereich der solaren Einstrahlung von 0,3 bis 2,5 µm Wellenlänge lag bei 0,9. Die zweite Hauptoberfläche der Platte 1 wurde mit einer im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm stark emittierenden, weißen Farbe 11 gestrichen, deren Absorptionsgrad im Bereich der solaren Einstrahlung bei 0,3 lag. Auf die andere Seite des Rahmens wurde eine Windschutzplatte 13, die aus zwei mit 1 cm langen Abstandsstegen verbundenen Acrylglasplatten bestand, so daß sich zwischen den Acrylplatten ein Luftspalt von 1 cm ergab, montiert. Der Aufbau wurde so auf einer Betonwand 6 befestigt, daß die Hauptoberfläche der Aluminiumplatte 1 mit der Farbe 11 direkt auf der Betonwand 6 auflag. Durch die als Stegplatte ausgeführte Windschutzplatte 13 und den Luftspalt von 8 cm zwischen der Stegplatte war die Aluminiumplatte 1 vor Wärmeverlusten an die Außenluft geschützt.

Bei einer Außenlufttemperatur von 5°C und einer solaren Einstrahlung im Wellenlängenbereich von 0,3 bis 2,5 µm von 500 W/m² stellte sich eine Wärmestromdichte von außen nach innen von 225 W/m² ein. Im Sommer wurde der Aufbau auf der Betonwand umgedreht, so daß die als Stegplatte ausgeführte Windschutzplatte 13 auf der Betonwand 6 zu liegen kam. Nun war die Hauptoberfläche der Aluminiumplatte 1, die mit der weißen Farbe 11 beschichtet war, der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Bei einer Außenlufttemperatur von 30°C und einer Sonneneinstrahlung von 500 W/m² stellte sich eine Wärmestromdichte von 4 W/m² in die Betonwand ein. Ohne den Aufbau vor der Betonwand betrug die Wärmestromdichte in die Wand 32 W/m². Durch einfaches Umdrehen des Aufbaus auf der Betonwand konnte so mit dem gleichen Aufbau im Winter geheizt und im Sommer gekühlt werden.

Claims

1. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung zum Heizen oder Kühlen eines Gebäudes gekennzeichnet, durch
ein flächiges Element (1; 2), dessen Vorderseite (4) im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm einen Emissiongrad von weniger als 0,7 und einen Absorptionsgrad im Bereich der solaren Einstrahlung von 0,3 bis 2,5 µm von größer als 0,6 aufweist und
dessen Rückseite (5) im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm einen Emissionsgrad von mehr als 0,6 und einen Absorptionsgrad im Bereich der solaren Einstrahlung von 0,3 bis 2,5 µm von weniger als 0,6 aufweist.

2. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emissionsgrad im Bereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm der Vorderseite (4) unter 0,5, vorzugsweise unter 0,3 liegt.

3. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionsgrad der Vorderseite (4) im Bereich der solaren Einstrahlung von 0,4 bis 2,0 µm, bevorzugt jedoch im Bereich von 0,3 bis 2,5 µm größer als 0,7, bevorzugt größer als 0,8 ist.

4. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite (5) einen Emissionsgrad im Bereich der Wärmestrahlung besonders bevorzugt von 3 bis 200 µm, bevorzugt von 5 bis 100 µm, mindestens jedoch von 6 bis 50 µm hat, der möglichst größer als 0,8 und bevorzugt größer als 0,9 ist.

5. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionsgrad der Rückseite (5) im Bereich der solaren Einstrahlung von 0,4 bis 2,0 µm, bevorzugt jedoch im Bereich von 0,3 bis 2,5 µm kleiner als 0,6, vorzugsweise kleiner als 0,4, besonders bevorzugt kleiner als 0,3 ist.

6. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Element in der Form einer Platte (1) oder von nebeneinander angeordneten Lamellen ((1, 2) ausgebildet ist.

7. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite (4) des flächigen Elements (1, 2) eine blanke Metallfläche ist, die eine Beschichtung mit einer infrarottransparenten Farbe (12) aufweist.

8. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich mit Abstand vor dem flächigen Element (2) eine für solare Einstrahlung im Bereich 0,4 bis 2,0 µm, vorzugsweise von 0,3 bis 2,5 µm, transparente, flächige Windschutzplatte (13) aus Glas oder einem Kunststoff befindet.

9. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Windschutzplatte (13) elastisch ist und zumindest teilweise den Zwischenraum zwischen sich selbst und dem flächigen Element(1, 2) entlang dem Rand überdeckt, wodurch Luft in dem genannten Zwischenraum in der Form eines Kissens haltbar ist.

10. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Windschutzplatte (13) auf der dem flächigen Element (1, 2) zugewandten Seite mit einer sichtoptisch weitgehend transparenten und wärmestrahlungsmäßig reflektierenden Oberflächenbeschichtung (14) versehen ist, durch die von der Vorderseite des flächigen Elements emittierte Wärmestrahlung zurückreflektierbar ist.

11. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Oberflächenbeschichtung (14) elektrisch leitend ist und einen Oberflächenwiderstand kleiner 300 Ω hat.

12. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Windschutzplatte (13) aus einem Material besteht, das sowohl im Bereich der solaren Einstrahlung von 0,4 bis 2,0 µm, insbesondere von 0,3 bis 2,5 µm transparent ist, wie auch im Bereich der Wärmestrahlung von 3 bis 200 µm, bevorzugt 5 bis 100 µm, mindestens jedoch von 6 bis 50 µm eine hohe Transparenz von mindestens 20%, insbesondere größer als 50% aufweist.

13. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Windschutzplatte (13) ein Material aus der Gruppe der Polyolefine oder ein infrarottransparentes Glas aus der Gruppe der Gläser ist, die sowohl im Bereich der solaren Einstrahlung wie auch im Infrarotbereich transparent sind.

14. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Windschutzplatte (13) blasenförmige und/oder kapillare Lufteinschlüsse aufweist oder aus zwei Platten bestehen kann, die mit Stegen beabstandet sind.

15. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Windschutzplatte (13) direkt auf der Platte (1) aufliegt und eine Dickenabmessung von 1 bis 20 cm hat.

16. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Element (1; 2) mit Abstand vor einer Wand (6) angebracht ist, und daß zumindest im oberen Bereich des flächigen Elementes (1; 2) oder oberhalb desselben in der Wand (6) eine Durchgangsöffnung (15) vorgesehen ist, durch die in dem Zwischenraum zwischen dem flächigen Element (1; 2) und der Wand (6) erwärmte Luft einbringbar ist.

17. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich im unteren Bereich des flächigen Elementes (1; 2) oder unterhalb desselben in der Wand (6) eine Durchgangsöffnung (16) vorgesehen ist, durch die hindurch Luft in dem Zwischenraum zwischen dem flächigen Element (1; 2) und der Wand (6) zur Erwärmung einbringbar ist.

18. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Element (1, 2) um im wesentlichen um 180 Grad verschwenkbar mit Abstand von einer Wand (6) angebracht ist.

19. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem flächigen Element (1, 2) und der Wand (6) eine Kapillar- oder Wabenstruktur aus einem Material mit hoher Transparenz im Bereich der Wärmestrahlung von mindestens 6 bis 50 µm, bevorzugt von 5 bis 100 µm und besonders bevorzugt von 3 bis 200 µm befindet, die einen Strahlungsaustausch zwischen dem flächigen Element (1; 2) und der Wand (6) zuläßt, durch die aber der Wärmeaustausch über freie Konvektion der Luft einschränkbar ist.

20. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu dem flächigen Element weisende Oberfläche der Wand (6) mit einer im Bereich der Wärmestrahlung niedrig emittierenden Farbe (10) oder einer sichtoptisch transparenten, aber im Bereich der Wärmestrahlung niedrig emittierenden Oberflächenbeschichtung (14) versehen ist, wobei der Emissionsgrad im Wellenlängenbereich unter 0,6 vorzugsweise unter 0,5 liegt und daß das sich vor der Wand (6) befindliche flächige Element als Jalousie ausgebildet ist, deren zu der Wand (6) weisende Oberfläche metallisch blank ist und mit einer infrarottransparenten Farbe (12) versehen ist, oder mit einer im Bereich der Wärmestrahlung niedrig emittierenden Farbe (10) beschichtet ist, wobei der sich ergebende Emissionsgrad unter 0,6 vorzugsweise unter 0,5 liegt und die von der Wand (6) fortweisende Oberfläche der Jalousie mit einer Farbe (11) beschichtet ist, die im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung eine hohe Emission größer 0,6 und im Bereich der solaren Einstrahlung eine geringe Absorption kleiner 0,6 hat.

21. Wärmeschutz mit passiver Solarenergienutzung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Jalousie aus einem Material mit schlechter Wärmeleitung gebildet ist.