EP4678836A1

EP4678836A1 - Tragkonstruktion zum klimatisieren eines gebäudes

Info

Publication number: EP4678836A1
Application number: EP25188431.8A
Authority: EP
Inventors: Olaf Elze
Original assignee: K Maeleon Haus GmbH
Current assignee: K Maeleon Haus GmbH
Priority date: 2024-07-10
Filing date: 2025-07-09
Publication date: 2026-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion zum Klimatisieren eines Gebäudes, insbesondere des Innenraums eines Gebäudes, wobei die Tragkonstruktion sowohl zum Erwärmen oder Abkühlen des Innenraums dient als auch die mechanische Stabilität des Gebäudes gewährleistet. Dabei ist die Tragkonstruktion vorzugsweise aus einer Mehrzahl von tragenden Elementen gebildet, welche vorzugsweise als Hohlkörper ausgebildet sind. Der Hohlkörper ist dazu ausgelegt mit einem Fluid befüllt zu werden. Weiterhin weist die Tragkonstruktion eine Druckerzeugungsvorrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, einen Innendruck innerhalb der Tragkonstruktion zu erzeugen und/oder anzupassen, sodass eine Änderung der Wärmeenergie des Fluids innerhalb des Hohlkörpers bewirkt wird. Die Änderung der Wärmeenergie wird mittels einer Umwandung des Hohlkörpers, welche das tragende Element formt, an den Innenraum des Gebäudes weitergegeben und ermöglicht somit das Ändern der Raumtemperatur innerhalb des Innenraums.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Bauwesens, insbesondere der Konstruktion von Gebäuden. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin das Gebiet des Klimatisierens, insbesondere der Temperaturregulierung von Gebäuden. Die Erfindung betrifft weiterhin das Gebiet des effizienten, insbesondere ressourcenschonenden Heizens und Kühlens von Innenräumen.

STAND DER TECHNIK

Aus dem Stand der Technik ist die Nutzung von strukturellen Elementen beim Transport und Transfer von Wärme sowie zur Klimatisierung von Innenräumen bekannt. Dabei können diese Elemente sowohl als tragende Strukturen als auch als Kanäle für den Wärmetransport dienen. Typischerweise handelt es sich dabei um hohle Wandelemente oder Stützelemente, die speziell dafür konzipiert sind, Wärme zu transportieren oder zu verteilen. Zu diesem Zweck sind in den Elementen häufig Auslässe vorgesehen, durch die erwärmte oder gekühlte Luft direkt in den Innenraum eines Gebäudes gelangt, oder durch die im Innenraum angeordnete Heizelemente mit erwärmter Flüssigkeit versorgt werden können. Insbesondere durch den Einsatz von Wärmetauschern oder Rohrleitungen, die durch die hohlen Elemente verlaufen, kann die erwärmte Flüssigkeit effizient zu den Heizelementen im Innenraum des Gebäudes transportiert werden. Dabei wird durch die Verwendung von für die Stabilität und/oder Konstruktion des Gebäudes ohnehin notwendigen Strukturelementen, wie Wand- und Bodenabschnitten oder auch Stützbalken ein kompakter Aufbau des Heiz- und/oder Kühl-, bzw. Klimatisierungssystems realisiert und man kann vorteilhaft auf weitere Schachtsysteme verzichten. Allerdings benötigt ein solches Konzept neben Öffnungen zum Austausch von warmer und kalter Luft und einer Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen mindestens eines Mediums stets einen Umwälzmechanismus zum Verteilen des mindestens einen erwärmten und/oder gekühlten Mediums, wodurch der Energieverbrauch für die Klimatisierung des Innenraums eines Gebäudes steigt. Auch sind Wärme- oder Kälteverluste auf dem Transportweg hinzunehmen.
US 4203487 A offenbart die Nutzung hohler Stützstrukturelemente zum Verteilen, bzw. Zurückführen eines erwärmten, bzw. abgekühlten Fluids, das über externe Anschlüsse, auch Auslässe, separaten Heizelementen, bspw. Heizkörpern zugeführt wird. Zum Transport sind in den Stützstrukturelementen separate Fluidleitungen vorhanden. Dabei ist nachteilig zu erwähnen, dass sich durch die Verwendung von ortsfesten, flächenmäßig klein ausgelegten Heizkörpern ein ungleichmäßiges Raumklima ergibt. Zusätzlich ist der Materialaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Leitungssystemen nicht wesentlich reduziert, da das Fluid innerhalb der Stützstrukturelemente durch separate Leitungen geführt wird. Auch hier ist die Verwendung eines Umwälzmechanismus, bzw. Zirkulationselement für das Fluid zwingend notwendig, um die erzeugte Wärme zu verteilen, welches zusätzlich zu einem Heizelement, welches das Fluid auf eine gewünschte Temperatur bringt, zum Einsatz kommt, wodurch der Energieverbrauch steigt.
In der US 9670670 B2 wird ein multifunktionales, als Utilicore bezeichnetes Modul zur Gebäudeklimatisierung vorgestellt. Das Modul dient zur Verteilung von klimatisierter Luft in einem mehrstöckigen Gebäude, wobei es erfindungsgemäß sowohl in Boden-, als auch in Wandabschnitten, insbesondere als Trägerstruktur, verbaut wird. Die Luft wird dabei dezentral, insbesondere innerhalb der Boden- und Wandabschnitte, auf eine gewünschte Temperatur gebracht, hierin auch temperiert genannt, indem ein Wärmetausch zwischen im Modul enthaltenen Leitungen gefüllt mit einem Fluid stattfindet, wobei das Fluid in einem Kreislauf zirkuliert, und an einer zentralen Stelle temperiert wird. Durch Auslässe wird die Luft anschließend den entsprechenden Innenräumen zugeführt. Um beim Transport der temperierten Luft geringe Temperaturänderung des Fluids zu sichern, besteht das Modul erfindungsgemäß aus einem Material mit einer hohen thermischen Kapazität, wie beispielsweise Beton, sodass ein guter Temperaturerhalt erreicht wird. Nachteilig ist jedoch zu erwähnen, dass der Aufbau des Moduls durch das Einschließen von Rohrleitungen innerhalb der Betonummantelung komplex ist und unterschiedliche Baumaterialien beinhaltet. Zudem sind gesonderte Kanäle zum Transport der temperierten Luft und des Fluids notwendig. Zusätzlich ist die Temperatureinstellung dadurch, dass zunächst ein Wärmetausch zwischen Fluid und Rohrleitung und anschließend zwischen Rohrleitung und Umgebungsluft stattfindet stark verlustbehaftet und benötigt eine wesentlich höhere bzw. niedrigere Fluidtemperatur zum Erreichen einer moderaten Lufttemperatur.
In ähnlicher Weise bedient sich auch die US 11168896 B2 struktureller Elemente wie Säulen oder Querbalken, sowie Bodenelementen eines modularen Gebäudes zum Verteilen von erwärmter oder gekühlter Luft, welche mittels eines in Rohrleitungen innerhalb der strukturellen Elemente geführten Fluids auf die gewünschte Temperatur gebracht wird, wobei in den Bodenelementen Auslässe zum Verteilen der Luft vorgesehen sind. Auch hier ergibt sich ein Energieverlust durch den Wärmetausch zwischen Fluid, Rohren und Umgebungsluft und die Notwendigkeit des Verbauens zusätzlicher Elemente zum Betreiben des Klimatisierungssystems, wie eines Umwälzmechanismus.
In der US 2009 0242653 A1 werden hohle Konstruktionselemente im Boden und in den Wänden einer Holzkonstruktion genutzt, um durch einen Kamin erwärmte Luft zu zirkulieren und den Innenraum eines Holzhauses zu erwärmen. Dabei wird ein Ventilationssystem zum Zirkulieren der Luft innerhalb der hohlen Elemente genutzt. Die zirkulierte und erwärmte Luft wird durch Öffnungen in den Elementen in den oberen Raumecken den Kanälen zugeführt und an zentraler Stelle durch weitere Öffnungen dem Innenraum wieder zugeführt, um dadurch eine Wärmerückgewinnung zu realisieren. Dabei findet die eigentliche Erwärmung der Luft nicht innerhalb der Konstruktionselemente statt. Dennoch ist ein aufwändiges Zirkulationssystem zum Verteilen der Wärme notwendig und Wärmeverluste, die während des Zirkulationsprozesses auftreten sind schwer zu verhindern. Insbesondere Wärmeverlust an die Gebäudeumgebung ist durch das Führen der erwärmten Luft in den Wandelementen ein Faktor, der den Wirkungsgrad der Vorrichtung verringert.
Die NZ 621503 B nutzt hohle Stahlträgerelemente der Gebäudekonstruktion zur Medienkommunikation, insbesondere zum Verteilen, bzw. Auslassen von Luft oder Wasser von innerhalb der Stahlträgerelemente, welche gleichzeitig zum Formen von Wandbestandteilen und zum Verbinden mit Balken dienen. Auch hierbei sind jedoch Öffnungen zum direkten Austausch der Medien vorgesehen und ein Erwärmen oder Kühlen der Medien findet an zentraler Stelle statt, sodass der Transportweg verlustbehaftet ist und ein zusätzlicher Energieverbrauch durch einen Umwälzmechanismus anfällt.

AUFGABE

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Klimatisieren eines Innenraums bereitzustellen, welche platzsparend in den Aufbau des Gebäudes integrierbar ist und einen geringen Materialbedarf aufweist.
Gleichzeitig ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Klimatisieren eines Gebäudes mit einem niedrigen Energieverbrauch und optimaler Nutzung der Wärmeenergie und Flächen zum Wärmetausch bereitzustellen.

LÖSUNG

Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 durch eine Tragkonstruktion zum Einstellen eines Raumklimas, vorzugsweise im Innenraum eines Gebäudes, insbesondere eines Wohngebäudes, gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.

ALLGEMEINE VORTEILE

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass durch das Verwenden der Tragkonstruktion zum Wärmeaustausch Material eingespart werden kann, da keine zusätzlichen Flächen für den Wärmeaustausch bereitgestellt werden müssen. So lassen sich vorteilhaft beispielsweise für Heizkörper benötigte Materialien einsparen. Es wird zudem keine Verlegung von Heizelementen oder -wendeln über eine große Wand- und/oder Bodenfläche benötigt.
Auch wird kein zusätzlicher Raum innerhalb des Gebäudes durch Anlagen zur Klimatisierung eingenommen. Dadurch entstehen freie Flächen, die für andere Arten der Innenausstattung zur Verfügung stehen.
Es ist außerdem möglich, Energie einzusparen, da eine Erwärmung des Fluids innerhalb des tragenden Elements nicht lokal durch einen Wärmetausch, sondern innerhalb des gesamten Elements gleichzeitig über die Druckänderung stattfindet. Somit kann auf einen Umwälzmechanismus verzichtet werden.
Zudem ist eine zentrale Steuerung der Temperatur über die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich.
Zusätzlich wird das Raumklima dadurch verbessert, dass große Flächen zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehen. Dadurch kann eine Staubaufwirbelung und/oder das Entstehen von Wandflächen als Wärmesenke reduziert werden. Dadurch ist sowohl ein behaglicheres Raumklima geschaffen als auch die Luftqualität verbessert, sodass das Klima besser für Allergiker geeignet ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Die erfindungsgemäße Tragkonstruktion weist dabei folgende Merkmale auf:

mindestens ein tragendes Element, wobei das tragende Element im Wesentlichen als ein Hohlkörper ausgebildet ist, wobei der Hohlkörper ein Volumen einschließt, wobei das von dem Hohlkörper eingeschlossene Volumen dazu eingerichtet ist mit einem Fluid befüllt zu werden,
wobei das tragende Element eine Mantelfläche aufweist, wobei die Mantelfläche zumindest einen Flächenabschnitt aufweist, der zu einem Innenraum eines Gebäudes weist,
wobei die Tragkonstruktion dazu eingerichtet ist, die strukturelle Stabilität eines Gebäudes zu gewährleisten oder dazu beizutragen.

Ein tragendes Element im Sinne der Erfindung ist ein Element, insbesondere ein Element aus dem Bauwesen, welches dazu geeignet ist, Lasten zu tragen und, insbesondere im Zusammenspiel mit weiteren tragenden Elementen, ein Tragwerk zu formen. Dabei kann es sich bei dem sich ergebenden Tragwerk um ein Skeletttragwerk, ein Flächentragwerk oder ein Linientragwerk, bevorzugt um ein Skeletttragwerk handeln. Tragende Elemente können erfindungsgemäß Träger, Stützen, Flächen, Platten oder Bögen oder deren Bestandteile sein. Auch ein Mauerwerk und/oder seine Bestandteile können ein tragendes Element sein.
Die Tragkonstruktion ist erfindungsgemäß dazu ausgelegt, die strukturelle Stabilität eines Gebäudes zu gewährleisten oder dazu beizutragen. Als Tragkonstruktion kann dabei sowohl das gesamte Tragwerk als auch ein einzelnes Element oder ein einzelner Bestandteil des Tragwerks, beispielsweise ein einzelner Träger oder ein einzelner Ziegel, oder auch ein Abschnitt des Tragwerks, beispielsweise eine Mehrzahl an Trägern innerhalb eines Skeletttragwerks oder eine Wand oder ein Wandabschnitt gebildet durch ein Mauerwerk, gesehen werden. In dieser Funktion als Tragwerk, Tragwerksabschnitt oder einzelner Tragwerksbestandteil leistet die Tragkonstruktion einen wesentlichen Beitrag zur strukturellen Stabilität des Gebäudes. Darunter ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Standfestigkeit des Gebäudes wesentlich durch die Tragkonstruktion gewährleistet wird.
Das zumindest eine tragende Element, das die Tragkonstruktion aufweist, ist im Wesentlichen als ein Hohlkörper ausgebildet. Das tragende Element weist dabei eine Umwandung mit einer Mantelfläche auf, die einen inneren Bereich von einem äußeren abgrenzt, wobei der innere Bereich im Wesentlichen frei von festem Material, insbesondere von Feststoffen verbleibt, insbesondere frei von dem Material, aus dem die Umwandung ausgebildet ist, sodass sich ein Hohlkörper ergibt, der ein Volumen einschließt, welches vorzugsweise mit einem Fluid befüllt werden kann.
Zudem weist die Mantelfläche des tragenden Elements bei bestimmungsgemäßem Gebrauch wenigstens einen Flächenabschnitt auf, der zu einem Innenraum eines Gebäudes weist. Dabei ist erfindungsgemäß sowohl eine zweidimensionale, im Wesentlichen plane Mantelfläche, beispielsweise die Mantelfläche eines Quaders, als auch eine gebogene Mantelfläche eines tragenden Elements, bspw. ein Abschnitt einer Zylindermantelfläche als Fläche zu betrachten. Unter bestimmungsgemäßem Gebrauch ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass sich das tragende Element in verbautem Zustand befindet, beispielsweise als Teil eines Tragwerks, insbesondere eines Skeletttragwerks als Bestandteil eines Gebäudes.
Unter zu einem Innenraum weisen ist zu verstehen, dass der Flächenabschnitt in Richtung des Rauminneren orientiert ist und dabei vorzugsweise nicht durch andere Elemente baulicher und/oder raumgestalterischer Art verdeckt wird. Als Flächenabschnitt ist ein zusammenhängender Abschnitt der Mantelfläche des tragenden Elements zu sehen, wobei der Flächenabschnitt sich beispielsweise auf die komplette Seitenfläche oder nur einen Teil der Seitenfläche eines quaderförmigen tragenden Elements beziehen kann. Ein Flächenabschnitt kann sich aber auch auf die gesamte Mantelfläche eines tragenden Elements beziehen.
Erfindungsgemäß schließt der Hohlkörper ein Volumen ein, wobei das Volumen mit wenigstens einem Fluid gefüllt ist. Ein Fluid beschreibt ein Gas oder Gasgemisch oder eine Flüssigkeit. Bevorzugt handelt es sich bei dem wenigstens einen Fluid um ein Gas, besonders bevorzugt um ein Gasgemisch, ganz besonders um ein Gasgemisch, welches in seiner Zusammensetzung der Umgebungsluft entspricht.
Die Tragkonstruktion zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem vom Hohlkörper eingeschlossenen Volumen und dem Innenraum des Gebäudes kein Fluidaustausch möglich ist, insbesondere dadurch, dass das eingeschlossene Volumen gegenüber dem Innenraum des Gebäudes hermetisch abgeriegelt ist. Hermetisch abgeriegelt bezeichnet hierin, dass das Eindringen oder Entweichen jeglicher Partikel in den, bzw. aus dem Hohlkörper unterbunden ist. Insbesondere ist kein Fluidaustausch zwischen dem Innenraum des Gebäudes und dem vom Hohlkörper eingeschlossenen Volumen möglich. Somit steht das im eingeschlossenen Volumen enthaltene Fluid, bspw. ein Gas oder Gasgemisch oder eine Flüssigkeit, bevorzugt ein Gasgemisch, nicht mit der äußeren Umgebung des Hohlkörpers, insbesondere der Umgebungsluft, in Verbindung.
Erfindungsgemäß ist die Tragkonstruktion dazu eingerichtet, dass ein Innendruck der Tragkonstruktion eingestellt werden kann. Darunter ist zu verstehen, dass das Fluid im vom Hohlkörper eingeschlossenen Volumen einen Druck aufweist. Der Innendruck wird hierin als Innendruck der Tragkonstruktion oder Innendruck bezeichnet. Unter Einstellen des Innendrucks ist dabei ein Verändern, insbesondere ein Erhöhen oder ein Verringern des Innendrucks zu verstehen. Das Verändern bewirkt dabei physikalisch bedingt eine Temperaturänderung des Fluids im vom Hohlkörper eingeschlossenen Volumen. Somit bewirkt eine Änderung des Innendrucks des Hohlkörpers eine Änderung der Wärmeenergie des Fluids.
Erfindungsgemäß ist die Tragkonstruktion dazu eingerichtet ist, eine Wärmenergie des Fluids über den zumindest einen in den Innenraum des Gebäudes weisenden Flächenabschnitt des mindestens einen tragenden Elements an den Innenraum des Gebäudes abzugeben und/oder eine Wärmeenergie des Innenraums des Gebäudes an das Fluid abzugeben.
Das vollständige Unterbinden des Fluidaustauschs, also das Verhindern des Eindringens oder Entweichens jeglicher Partikel in den, bzw. aus dem Hohlkörper, bzw. in das oder aus dem vom Hohlkörper eingeschlossenen Volumen hat zusätzlich den Vorteil, dass eine Verschmutzung der Innenluft, bspw. durch schwermetallhaltige Luft innerhalb des tragenden Elements, insbesondere des Hohlkörpers verhindert werden kann.
Dabei versteht sich, dass das im eingeschlossenen Volumen enthaltene Fluid, bspw. ein Gas oder Gasgemisch oder eine Flüssigkeit, bevorzugt ein Gasgemisch, nicht mit der äußeren Umgebung des Hohlkörpers, insbesondere der Umgebungsluft, in Verbindung steht, wobei hierin vorrangig die Umgebungsluft des Innenraums des Gebäudes genannt ist. Unter Umgebungsluft ist aber auch die Umgebungsluft im Außenbereich des Gebäudes zu verstehen, Auch etwaige Lufteinschlüsse zwischen einem tragenden Element und einem weiteren Wandelement sind hier einbezogen.
Unter Klimatisierung wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass eine Erwärmung und Kühlung des Innenraums eines Gebäudes erfolgen können, sodass die Temperatur des Innenraums eingestellt werden kann. Dabei kann die Klimatisierung, insbesondere die Innentemperatur, in Abhängigkeit der Bedürfnisse eines Nutzers, insbesondere eines Bewohners eingestellt werden. Vorteilhaft kann so für ein angenehmes Raumklima gesorgt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zum Klimatisieren eines Innenraums und/oder mehrerer Innenräume eines Gebäudes ausgelegt. Dabei bezeichnet ein Gebäude im Sinne der Erfindung eine geschlossene oder halb geschlossene Baukonstruktion, welche dazu geeignet ist, im Inneren Wohnraum und/oder Arbeitsraum und/oder Aufenthaltsraum zu schaffen. Eine geschlossene Baukonstruktion bezeichnet dabei im Sinne der Erfindung eine Baukonstruktion, die in horizontaler und vertikaler Ausdehnung begrenzt, insbesondere abgeschlossen ist. Eine halbgeschlossene Baukonstruktion bezeichnet eine wenigstens in vertikaler Ausdehnung begrenzte, insbesondere abgeschlossene Baukonstruktion. Insbesondere weist ein Gebäude eine Überdachung auf. Ein Gebäude kann ein Pavillon, ein Wohnwagen, ein Waggon, ein Container oder ein Ein- oder Mehrfamilienhaus in unterschiedlichen Bauformen, beispielsweise mehrstöckig oder als Bungalow sein.
Insbesondere zeichnet sich ein Gebäude dadurch aus, dass es zumindest einen Innenraum aufweist. Ein Innenraum ist im Sinne der Erfindung ein Teil eines Gebäudes, der zumindest teilweise eine Umwandung und/oder Wand- und/oder ein oder mehrere Säulenelemente sowie eine Überdachung, also einen Abschluss in vertikaler Richtung aufweist. Eine Überdachung kann dabei sowohl eine Platten- oder Deckenstruktur, beispielsweise eine Zimmerdecke, als auch eine Dachkonstruktion aufweisend ein Tragwerk, eine Dacheindeckung und optional eine Innenverkleidung und/oder Dämmung sein. Ein Innenraum weist eine Begrenzung in zumindest vertikaler Richtung auf, sowie zumindest teilweise, insbesondere abschnittsweise in horizontaler Richtung. Vorzugsweise weist ein Innenraum eine vollständige Begrenzung auch in horizontaler Richtung auf, ist also vollständig von einer Umwandung umgeben.
Eine Umwandung bezeichnet im Sinne der Erfindung wenigstens eine Wandfläche oder einen Wandflächenabschnitt oder ein Wandelement, was sich in einer Ebene aufgespannt zwischen dem Boden des Innenraums und dem Abschluss des Innenraums in vertikaler Richtung, insbesondere einer Überdachung und/oder Deckenstruktur erstreckt und den Innenraum in horizontaler Richtung zumindest teilweise begrenzt. Eine Umwandung kann hierbei sowohl aus abschnittsweise angeordneten, also unterbrochenen Wandelementen oder aus miteinander abschließenden Wandelementen, also geschlossen ausgestaltet sein. Erfindungsgemäß kann eine Umwandung Öffnungen, beispielsweise in Form von Türen und Fenstern oder offenen Durchgängen beinhalten. Eine Umwandung kann dabei sowohl einen Innenraum eines Gebäudes gegenüber einem weiteren Innenraum des Gebäudes abgrenzen als auch einen Innenraum eines Gebäudes von der äußeren Umwelt des Gebäudes abgrenzen. Im zweiten Fall wird die Umwandung als Außenumwandung des Gebäudes bezeichnet. Vorzugsweise ist die Umwandung zumindest abschnittsweise aus Beton und/oder Holz und/oder Glas und/oder Ziegeln, insbesondere Ton- und/oder Lehmziegeln, und/oder Sandstein, bzw. Kalksandstein ausgebildet, sie kann aber auch aus einem Metall, beispielsweise Stahl oder einem Kunststoff ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist zumindest eine Umwandung des Innenraums zumindest abschnittsweise aus einem Material gebildet, welches eine geringe spezifische thermische Leitfähigkeit, auch spezifische Wärmeleitfähigkeit, aufweist. Eine geringe spezifische thermische Leitfähigkeit bezeichnet im Sinne der Erfindung ein Material, welches eine geringe spezifische thermische Leitfähigkeit von höchstens 2,5 W/(m*K), bevorzugt höchstens 2 W/(m*K), besonders bevorzugt höchstens 1 W/(m*K) aufweist. Die Umwandung ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von höchstens 2,5 W/(m*K), bevorzugt höchstens 2 W/(m*K), besonders bevorzugt höchstens 1 W/(m*K), ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,2 W/(m*K) ausgebildet. Typischerweise wird die spezifische Wärmeleitfähigkeit in Watt pro Meter mal Kelvin angegeben. Entsprechende Definitionen und Messverfahren sind der einschlägigen Fachliteratur zu entnehmen. Ein Material, welches eine solche geringe spezifische thermische Leitfähigkeit aufweist, eignet sich insbesondere zum Isolieren von Gebäuden, insbesondere zum Verhindern des Entweichens oder Eindringens von Wärmeenergie aus dem, bzw. in den Innenbereich eines Gebäudes. Vorteilhaft kann so eine in das Gebäudeinnere, bevorzugt in einen Innenraum eines Gebäudes eingebrachte Wärmeenergie in dem Innenraum gehalten und Verluste durch einen Wärmetransfer geringgehalten werden. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine isolierende Wirkung gegenüber Wärme und Kälte.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Umwandung zumindest abschnittsweise aus einem Material gebildet, welches eine hohe thermische Kapazität, auch Wärmekapazität, aufweist. Eine hohe thermische Kapazität bedeutet im Sinne der Erfindung eine spezifische thermische Kapazität von mindestens 0,7 kJ/(kg*K), bevorzugt von mindestens 0,8 kJ/(kg*K), besonders bevorzugt von mindestens 0,9 kJ/(kg*K). Die Umwandung ist zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einer spezifischen thermischen Kapazität von mindestens 0,9 kJ/(kg*K), bevorzugt von mindestens 0,8 kJ/(kg*K), besonders bevorzugt von mindestens 0,9 kJ/(kg*K) ausgebildet.
Die Wärmekapazität wird hierin in Kilojoule pro Kilogramm mal Kelvin angegeben. Messverfahren und Definitionen sind der einschlägigen Fachliteratur zu entnehmen. Ein solches Material zeichnet sich durch seine Wärmespeicherfähigkeit aus. Im Kontext der Erfindung bezieht sich Wärmespeicherfähigkeit auf die Fähigkeit eines Materials, Temperaturschwankungen auszugleichen und das Raumklima zu stabilisieren. Dabei wird die mit dem Material wechselwirkende Wärmeenergie von dem Material aufgenommen, wobei der Eintrag an Wärmeenergie, welcher notwendig ist, um die Temperatur des Materials zu verändern, vorzugsweise mindestens doppelt so hoch ist wie der Eintrag der Wärmeenergie, die notwendig ist, um die Temperatur eines Metalls, insbesondere von Stahl zu verändern. Vorteilhaft eignet sich ein solches Material dazu, den Energiebedarf zum Erwärmen eines Gebäudes gering zu halten. Gleichzeitig eignet sich ein solches Material auch als Zwischenspeicher für Wärmeenergie, kann also Wärmeenergie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben. Vorteilhaft kann dadurch bei geringen Energieverbrauch eine lange wirkende Erwärmung des Gebäudes, bzw. eines Innenraums des Gebäudes, erzielt werden.
Eine Tragkonstruktion ist im Sinne der Erfindung eine bautechnische Konstruktion, welche die Statik eines Gebäudes beeinflusst und insbesondere dessen Standfestigkeit gewährleistet. Dabei leistet die Tragkonstruktion einen wesentlichen Beitrag zur Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Gebäudekonstruktion, insbesondere in Form eines Tragwerks wie hierin erläutert.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Tragkonstruktion um ein Skeletttragwerk. Ein Skeletttragwerk zeichnet sich dadurch aus, dass es einen Rahmen, auch Skelettgerüst, nutzt, welcher bevorzugt aus zumindest einem Element, insbesondere tragendem Element gebildet wird, insbesondere aus zumindest einem Träger und/oder einer Stütze, wobei ein Träger horizontale Lasten trägt, wobei eine Stütze vertikale Lasten trägt. Bevorzugt weist ein Skeletttragwerk mehrere tragende Elemente auf. Vorteilhaft bietet eine solche Konstruktion ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug auf die bauliche Gestaltung und Nutzung eines Gebäudes, insbesondere bei der Höhe und der Grundrissausgestaltung des Gebäudes.
Eine Tragkonstruktion ist dabei jedoch nicht auf horizontal und/oder vertikal orientierte tragende Elemente beschränkt zu verstehen. So sind auch Anordnungen möglich, in denen ein tragendes Element entlang einer Diagonale einer Raumrichtung, beispielsweise einer Wand orientiert ist. Vorzugsweise schließt ein tragendes Element dabei mit einer den Raum begrenzenden Fläche, beispielsweise einer Wand, einer Raumdecke oder eines Raumbodens einen Winkel ein, wobei dieser Winkel vorzugsweise im Bereich von 180° bis 0°, besonders bevorzugt im Bereich von 90° bis 0°, besonders bevorzugt im Bereich von 45° bis 0° liegt. Vorzugsweise sind die tragenden Elemente dabei entlang einer Diagonalen einer Wand des Innenraums angeordnet. Vorzugsweise kann ein solches Element auch als Querverstrebung genutzt werden und zusätzlich die Stabilität des Gebäudes weiter erhöhen. Zusätzlich steht so eine weitere Fläche zur Klimatisierung zur Verfügung.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Tragkonstruktion zumindest ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element aufweist. Dadurch wird die gewünschte Stabilität des Gebäudes erreicht. Vorteilhaft vergrößert sich somit auch die zu einem Wärmetransfer zur Verfügung stehende Fläche. Darüber hinaus ergibt sich eine größere gestalterische Freiheit beim Aufbau des Gebäudes.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion zumindest ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element (2.1, 2.2, 2.3) auf. Besonders bevorzugt weist die Erfindung eine Mehrzahl tragender Elemente, also mindestens zwei tragende Elemente, bevorzugt mindestens drei tragende Elemente, besonders bevorzugt mindestens vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder weitere tragende Elemente auf. Dabei sind die tragenden Elemente in dieser Ausgestaltung im Wesentlichen identisch. Insbesondere ist jedes tragende Element innerhalb des Tragwerks als Hohlkörper ausgeformt und dazu geeignet, mit einem Fluid befüllt zu werden. Dadurch steht das Tragwerk in seiner Gesamtheit zum Zweck der Klimatisierung eines Gebäudes zur Verfügung.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion zumindest ein zweites und/oder ein weiteres tragendes Element (2.1, 2.2, 2.3) auf. Besonders bevorzugt weist die Erfindung eine Mehrzahl tragender Elemente, also mindestens zwei tragende Elemente, bevorzugt mindestens drei tragende Elemente, besonders bevorzugt mindestens vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder weitere tragende Elemente auf. Bevorzugt weist das Tragwerk wenigstens 20 tragende Elemente, bevorzugt wenigstens 18 tragende Elemente, besonders bevorzugt wenigstens 16 tragende Elemente auf. Besonders bevorzugt weist das Tragwerk wenigstens 5000 tragende Elemente, bevorzugt wenigstens 2500 tragende Elemente, besonders bevorzugt wenigstens 1000 tragende Elemente auf. Dabei sind die tragenden Elemente in dieser Ausgestaltung unterschiedlich ausgelegt. Insbesondere ist eine Anzahl tragender Elemente, die kleiner ist als die Gesamtanzahl der tragenden Elemente, die das Tragwerk formen, als Hohlkörper ausgeformt und dazu geeignet, mit einem Fluid befüllt zu werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, das Tragwerk flexibel auch unter Einbeziehung anderer Konstruktionselemente, beispielsweise Stahlprofilträger, aufzubauen, wobei selektiv die tragenden Elemente zur Klimatisierung des Gebäudes genutzt werden können. So ergibt sich vorteilhaft eine höhere Flexibilität beim Aufbau des Tragwerks.
Nach einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem Gebäude um ein mehrstöckiges Gebäude, wobei das Gebäude vorzugsweise mindestens zwei, besonders bevorzugt mindestens drei Stockwerke aufweist. Vorzugsweise weist das Gebäude eine Mehrzahl tragender Elemente auf, vorzugsweise wenigstens 20 tragende Elemente, bevorzugt wenigstens 18 tragende Elemente, besonders bevorzugt wenigstens 16 tragende Elemente auf. Eine solche Konfiguration eignet sich vorteilhaft zum Einsatz als Ein- oder Zweifamilienhaus. Dabei kann durch die gewählte Anzahl tragender Elemente, wie oben beschrieben, eine optimale Fläche für das Klimatisieren des Gebäudes durch die tragenden Elemente bereitgestellt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei dem Gebäude um ein mehrstöckiges Gebäude, insbesondere um ein Hochhaus, wobei das Gebäude vorzugsweise mindestens sieben, bevorzugt mindestens zehn, besonders bevorzugt mindestens 30, ganz besonders bevorzugt mindestens 50 Stockwerke, mehr bevorzugt mindestens 100 Stockwerke. Vorzugsweise weist das Gebäude eine Mehrzahl tragender Elemente auf, vorzugsweise wenigstens 5000 tragende Elemente, bevorzugt wenigstens 2500 tragende Elemente, besonders bevorzugt wenigstens 1000 tragende Elemente auf. Ein solches Gebäude eignet sich vorteilhaft als Mehrfamilienhaus oder gewerblich genutztes, insbesondere Bürogebäude. Dabei kann durch die gewählte Anzahl tragender Elemente, wie oben beschrieben, eine optimale Fläche für das Klimatisieren des Gebäudes, insbesondere zum Erreichen einer Grundtemperatur des Gebäudes durch die tragenden Elemente bereitgestellt werden.
Es sind auch Konstruktionen denkbar, welche einen ebenerdigen, insbesondere einstöckigen Aufbau der Tragkonstruktion vorsehen, beispielsweise als Bungalow und/oder als Lagermöglichkeit. Auch hier ist eine Mehrzahl tragender Elemente vorgesehen, wobei sich die Anzahl der tragenden Elemente an der Größe des Bauwerks, bzw. der Grundfläche des zu errichtenden Gebäudes orientiert und vorzugsweise in einem Bereich von 8 bis 10000, bevorzugt von 20 bis 1000, besonders bevorzugt von 50 bis 200 tragenden Elementen liegt.
Erfindungsgemäß weist die Tragkonstruktion wenigstens ein tragendes Element auf. Dabei ist das wenigstens eine tragende Element im Wesentlichen als ein Hohlkörper ausgebildet, wie hierin definiert. Der Hohlkörper schließt erfindungsgemäß ein Volumen ein. Das eingeschlossene Volumen ist dabei bevorzugt zum Befüllen mit einem Fluid, insbesondere einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, bevorzugt einem Gas geeignet. Vorteilhaft lässt sich durch diese Ausführung Material gegenüber einem tragenden Element aus einem Vollmaterial einsparen. Zusätzlich ist das Ändern der Temperatur eines als Hohlkörper ausgeführten Elements aufgrund der geringeren Materialmasse mit einem geringeren Energieaufwand verbunden als das Ändern der Temperatur eines aus Vollmaterial ausgeführten tragenden Elements.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Tragkonstruktion wenigstens ein tragendes Element, insbesondere wenigstens ein erstes tragendes Element und/oder ein zweites tragendes Element und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element auf, wobei das erste und/oder das zweite und/oder das zumindest eine weitere tragende Element zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einer mittleren bis hohen spezifischen thermischen Leitfähigkeit ausgebildet ist. Insbesondere ist das wenigstens eine tragende Element, insbesondere das wenigstens eine erste tragende Element und/oder ein zweites tragendes Element und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element zumindest abschnittsweise, bevorzugt zumindest zu 25 %, besonders bevorzugt zumindest zu 50 %, ganz besonders bevorzugt zumindest zu 75 %, noch mehr bevorzugt vollständig, aus einem Material mit einer spezifischen thermischen Leitfähigkeit von mindestens 10 W/(m*K), bevorzugt mindestens 15 W/(m*K) besonders bevorzugt mindestens 20 W/(m*K), ganz besonders bevorzugt mindestens 40 W/(m*K) gebildet. Ein solches Material eignet sich vorteilhaft zum beschleunigten Übertragen von Wärmeenergie, da die Wärmeenergie durch das Material schnell aufgenommen und/oder abgegeben wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Tragkonstruktion wenigstens ein tragendes Element, insbesondere wenigstens ein erstes tragendes Element und/oder ein zweites tragendes Element und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element auf, wobei das erste und/oder das zweite und/oder das zumindest eine weitere tragende Element zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einer niedrigen spezifischen Wärmekapazität ausgebildet ist. Dabei beträgt die spezifische thermische Leitfähigkeit des Materials vorzugsweise weniger als 0,01 J/(kg*K), bevorzugt weniger als 0,005 J/(kg*K), besonders bevorzugt weniger als 0,001 J/(kg*K) ganz besonders bevorzugt weniger als 0,0006 J/(kg*K). Ein solches Material eignet sich vorteilhaft zum schnellen Übertragen von Wärmeenergie, da eine Temperaturänderung des Materials bereits bei einem geringen Eintrag, bzw. Abtrag an Wärmeenergie erfolgt. Durch die geringe Wärmekapazität hat das Material zusätzlich eine geringe Speicherfähigkeit für Wärmekapazität, sodass die Wärmeenergie, die dem Material zugeführt wird, unmittelbar oder wenigstens mit geringen Verlusten der Umgebung zur Verfügung steht.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion wenigstens ein tragendes Element, insbesondere wenigstens ein erstes tragendes Element und/oder ein zweites tragendes Element und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element auf, wobei zumindest ein tragendes Element zumindest abschnittsweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Stahl oder einer Stahllegierung ausgebildet ist. Ein solches tragendes Element zeichnet sich vorteilhaft durch seine mechanischen Eigenschaften, insbesondere seine Formbarkeit aber auch seine Stabilität, insbesondere seine Tragfähigkeit, sowie Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelt- und/oder Umgebungseinflüssen, insbesondere Korrosionsbeständigkeit und Feuerfestigkeit aus. Vorteilhaft macht die gute Formbarkeit ein solches tragendes Element vielseitig einsetzbar. Durch die hohe Festigkeit, also geringe Verformbarkeit beim Tragen von Lasten, ist ein tragendes Element aus einem Metall, insbesondere aus einem Stahl oder einer Stahllegierung, besonders geeignet, um wenigstens einen Bestandteil einer Tragkonstruktion, bevorzugt ein Skeletttragwerk, zu bilden.
Im Sinne der Erfindung weist die Tragkonstruktion wenigstens ein tragendes Element, insbesondere wenigstens ein erstes tragendes Element und/oder ein zweites tragendes Element und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element auf, wobei zumindest ein tragendes Element als ein dreidimensionaler Körper, insbesondere mit einer Grundfläche eines Vielecks, bspw. ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünf-, Sechs-, Sieben- oder Achteck, oder mit der Grundfläche eines Kreises ausgestaltet ist. Auch Gestaltungsformen als Kegelstümpfe, Kugeln, elliptische oder pyramidale Strukturen sind denkbar. Bevorzugt ist das tragende Element als ein dreidimensionaler Körper mit einer viereckigen oder kreisförmigen Grundfläche, also als Quader oder als Zylinder ausgestaltet. Vorteilhaft sind zylindrische oder quaderförmige tragende Elemente gut zu fertigen und mit gängigen Strukturen des Bauwesens kombinierbar.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion wenigstens ein tragendes Element, insbesondere wenigstens ein erstes tragendes Element und/oder ein zweites tragendes Element und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element auf, wobei es sich bei zumindest einem tragenden Element um ein tragendes Element mit einer rechteckigen, besonders bevorzugt mit einer quadratischen Grundfläche handelt. Dabei ist das tragende Element als Hohlkörper ausgebildet, wobei der Hohlkörper eine rechteckige, bevorzugt quadratische Grundfläche einschließt, bzw. ein rechteckiges, bevorzugt quadratisches Profil aufweist. Vorzugsweise weist der Hohlkörper dabei wenigstens zwei Seitenlängen a und b auf, wobei die Seitenlängen a und b aus der Wertemenge von 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, 90 mm, 100 mm, 110 mm, 120 mm, 125 mm, 140 mm, 150 mm, 160 mm, 180 mm, 200 mm und 220 mm und die Seitenlänge b aus der Wertemenge von 120 mm, 125 mm, 140 mm, 150 mm, 160 mm, 180 mm, 200 mm und 220 mm gewählt sind. Dabei können die Seitenlängen a und b unterschiedlich sein. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Seitenlängen a und b identisch. Vorzugsweise handelt es sich bei den tragenden Elementen um Vierkantrohre, insbesondere Quadratrohre, insbesondere Vierkantrohre, bzw. Quadratrohre aus Stahl, mit einem handelsüblichen Standardmaß für die Seitenlänge. Somit kann vorteilhaft auf Spezialanfertigungen verzichtet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion wenigstens ein tragendes Element, insbesondere wenigstens ein erstes tragendes Element und/oder ein zweites tragendes Element und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element auf, wobei es sich bei dem tragenden Element um ein tragendes Element mit einer kreisförmigen Grundfläche handelt. Dabei ist das tragende Element als Hohlkörper ausgebildet, wobei der Hohlkörper eine kreisförmige Grundfläche einschließt, bzw. ein rundes Profil aufweist. Vorzugsweise weist der Hohlkörper dabei einen Außendurchmesser auf, wobei der Außendurchmesser aus der Wertemenge von 21,3 mm, 26,9 mm, 30,0 mm, 31,8 mm, 33,7 mm, 38,0 mm, 42,4 mm, 44,5 mm, 48,3 mm, 51,0 mm, 57,0 mm, 60,3 mm, 63,5 mm, 70,0 mm, 76,1 mm, 82,5 mm, 88,9 mm, 95,0 mm, 101,6 mm, 108,0 mm, 114,3 mm, 121,0 mm, 127,0 mm, 133,0 mm und 139,7 mm gewählt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den tragenden Elementen um Vierkantrohre, insbesondere Quadratrohre, insbesondere Vierkantrohre, bzw. Quadratrohre aus Stahl, mit einem handelsüblichen Standardmaß für den Außendurchmesser. Somit kann vorteilhaft auf Spezialanfertigungen verzichtet werden.
Erfindungsgemäß weist ein tragendes Element weiterhin eine Wandstärke auf, wobei mit der Wandstärke die Dicke der Umwandung des tragenden Elements, bzw. des Hohlkörpers, der das tragende Element bildet, bezeichnet wird. Dabei entspricht die Wandstärke bevorzugt einem Wert aus dem Wertebereich von 3 mm bis 16 mm, bevorzugt von 5,6 mm bis 14,2 mm, besonders bevorzugt von 8,0 mm bis 12,5 mm. Insbesondere entspricht die Wandstärke einem Wert aus der Wertemenge von 3,0 mm, 4,0 mm, 5,0 mm, 5,6 mm, 6,0 mm, 6,3 mm, 7,1 mm, 8,0 mm, 8,8 mm, 10,0 mm, 11,0 mm, 12,5 mm, 14,2 mm und 16,0 mm.
Erfindungsgemäß weist ein tragendes Element weiterhin eine Länge, insbesondere eine Höhe auf, die vorzugsweise mit der Abmessung einer Raumseite, insbesondere einer Raumhöhe und/oder einer Raumlänge korrespondiert. Insbesondere weist ein tragendes Element eine Länge im Bereich von 2 m bis 10 m, bevorzugt im Bereich von 2 m bis 6 m, besonders bevorzugt im Bereich von 2,2 m bis 3,6 m, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2,6 m bis 3,4 m auf. Vorzugsweise ist die Länge eines tragenden Elements dabei individuell an die gewünschte Raumabmessung anpassbar.
Insbesondere zeichnet sich ein tragendes Element dadurch aus, dass es zumindest einen Flächenabschnitt aufweist, welche in den Innenraum eines Gebäudes weist. Ein Flächenabschnitt bezeichnet dabei einen Teilabschnitt der Mantelfläche des tragenden Elements, insbesondere der einen Teilabschnitt der Mantelfläche oder die gesamte Mantelfläche eines im Wesentlichen zylindrisch geformten, tragenden Elements. Ein Flächenabschnitt bezeichnet ebenfalls mindestens einen Teilabschnitt oder mindestens eine vollständige Seitenfläche eines im Wesentlichen quaderförmigen tragenden Elements oder mehrere Seitenflächen oder Seitenflächenabschnitte eines quaderförmigen Elements oder die gesamte Mantelfläche eines quaderförmigen Elements.
Unter in den Raum weisen ist dabei zu verstehen, dass der Flächenabschnitt baulich nicht durch andere Elemente, beispielsweise Wandelemente, abgedeckt ist, sondern direkt mit dem Innenraum, insbesondere der den Innenraum ausfüllenden Umgebungsluft in Verbindung steht. Dabei ist ein Flächenabschnitt auch dann noch als in den Raum weisend zu verstehen, wenn er beispielsweise durch bewegliches Mobiliar und/oder Dekorationselemente teilweise oder vollständig abgedeckt ist.
Ein tragendes Element, insbesondere ein erstes und/oder ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element steht nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zumindest teilweise frei im Innenraum und bietet somit vorteilhaft wenigstens einen Flächenabschnitt, welcher zum Transfer von Wärmeenergie genutzt werden kann, wobei der Flächenabschnitt vorzugsweise einen Flächeninhalt von 0,04 m² bis 2,2 m², bevorzugt 0,11 m² bis 0,576 m², besonders bevorzugt 0,312 m² bis 0,476 m² aufweist. Dadurch ist eine maßgebliche Beeinflussung der Temperatur des Innenraums möglich. Zusätzlich entstehen so vorteilhaft weniger Staubaufwirbelungen und ein gleichmäßiges Raumklima.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist ein tragendes Element, insbesondere ein erstes und/oder ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element mindestens jeweils zwei oder drei in den Innenraum weisende Flächenabschnitte auf. Dadurch vergrößert sich der Bereich, der zum Transfer von Wärmeenergie zur Verfügung steht. Vorteilhaft kann so eine schnellere Änderung der Temperatur im Innenraum eines Gebäudes erreicht werden, verglichen mit einem einzelnen in den Raum weisenden Flächenabschnitt. Die Verwendung von mehreren Flächenabschnitten ermöglicht auch den Transfer von Wärmeenergie in mehr als eine Raumrichtung, wodurch sich ein gleichmäßiges Raumklima ergibt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist ein tragendes Element, insbesondere ein erstes und/oder ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element mindestens einen auf eine Umwandung des Innenraums weisenden Flächenabschnitt auf, wobei die Umwandung vorzugsweise eine Außenumwandung eines Gebäudes ist, wobei der Flächenabschnitt des tragenden Elements vorzugsweise mit der Umwandung abschließt und/oder von der Umwandung eingeschlossen ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein tragendes Element, insbesondere ein erstes und/oder ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element im Wesentlichen quaderförmig, weist also zwei Stirnflächen und vier Seitenflächen auf, wobei die Stirnflächen vorzugsweise einen deutlich geringeren Flächeninhalt haben als die Seitenflächen. Vorzugsweise ist das Verhältnis des Flächeninhalts einer Seitenfläche zum Flächeninhalt einer Stirnfläche im Bereich von 1:5 bis 1:500, besonders bevorzugt im Bereich von 1:20 bis 1:200, besonders bevorzugt im Bereich von 1:30 bis 1:100. Bevorzugt weisen die Stirnflächen in dieser Ausgestaltung in Richtung der vertikalen Abgrenzungen des Innenraums, beispielsweise in Richtung des Bodens des Innenraums und einer Überdachung und/oder Deckenkonstruktion des Innenraums.
In einer Ausgestaltung weist wenigstens eine Seitenfläche oder ein Seitenflächenabschnitt eines tragenden Elements, insbesondere eines ersten und/oder ein zweiten und/oder zumindest eines weiteren tragenden Elements in einen Innenraum eines Gebäudes, wobei wenigstens eine weitere Seitenfläche, vorzugsweise mindestens zwei weitere Seitenflächen, besonders bevorzugt drei weitere Seitenflächen mit einer Umwandung des Innenraums abschließen oder von einer Umwandung des Innenraums umgeben, insbesondere eingeschlossen sind. Dadurch ergibt sich ein in die Umwandung des Innenraums integriertes tragendes Element. Vorteilhaft ist so ein Wärmetransfer über die wenigstens eine Seitenfläche in den Innenraum gewährleistet, während das tragende Element keinen zusätzlichen Raum im Innenraum einnimmt.
Besonders bevorzugt schließt eine Umwandung eines Innenraums in einer Ausgestaltung der Erfindung mit wenigstens einer, vorzugsweise wenigstens mit zwei, besonders bevorzugt mit wenigstens drei Seitenflächenabschnitten, vorzugsweise Seitenflächen wenigstens eines tragenden Elements ab und ist zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einer spezifischen Wärmekapazität von mindestens 0,7 kJ/(kg*K), bevorzugt von mindestens 0,75 kJ/(kg*K), besonders bevorzugt von mindestens 0,8 kJ/(kg*K) gebildet. Durch eine solche Konfiguration ist die Umwandung dazu geeignet, die Wärmeenergie, welche von den mit der Umwandung abschließenden Seitenflächenabschnitte, vorzugsweise Seitenflächen des tragenden Elements abgegeben wird, zu speichern, wobei durch die geringe, vorzugsweise nicht vorhandene Beabstandung die auftretenden Verluste beim Übergang der Wärmeenergie minimiert werden. Die Umwandung ist weiterhin dazu geeignet, die gespeicherte Wärmeenergie mit einer Verzögerung an den Innenraum abzugeben. So kann vorteilhaft eine Stabilisierung der Temperatur im Innenraum überbrückend auch dann gewährleistet werden, wenn das tragende Element selbst in einem begrenzten Zeitraum, beispielsweise für 5 bis 500 Minuten, bevorzugt für 15 bis 240 Minuten, besonders bevorzugt für 30 bis 180 Minuten, keine Wärmeenergie zur Verfügung stellt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Umwandung eines Innenraums ein Material mit einer spezifischen Wärmekapazität von mindestens 0,7 kJ/(kg*K), bevorzugt von mindestens 0,75 kJ/(kg*K), besonders bevorzugt von mindestens 0,8 kJ/(kg*K) auf oder ist zumindest abschnittsweise daraus gebildet. In dieser Ausgestaltung ist die Umwandung derart dimensioniert, dass sie die Wärmeenergie, welche von den mit der Umwandung abschließenden Seitenflächenabschnitte, vorzugsweise Seitenflächen zumindest eines tragenden Elements abgegeben wird, speichern kann. Vorzugsweise speichert die Umwandung die Wärmeenergie für mindestens 1 bis 30 Stunden, bevorzugt für 10 bis 20 Stunden, besonders bevorzugt für 12 bis 16 Stunden. Dadurch kann die von dem tragenden Element abgegebene Wärmeenergie zu einem späteren Zeitpunkt einem durch die Umwandung begrenzten Innenraum eines Gebäudes zur Verfügung gestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein tragendes Element, insbesondere ein erstes und/oder ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element im Wesentlichen als Zylinder ausgebildet. Dabei weist das tragende Element eine Zylindermantelfläche auf, welche entlang des Umfangs einer kreisförmigen Grundfläche verläuft und eine Krümmung aufweist. Dabei weist zumindest ein Abschnitt der Mantelfläche, insbesondere ein Zylindersegment in einen Innenraum eines Gebäudes. Durch diese Konfiguration ergibt sich eine gleichmäßige Abgabe an Wärmeenergie in jede Raumrichtung des Innenraums. Vorteilhaft ergibt sich so eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Innenraum.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein tragendes Element, insbesondere ein erstes und/oder ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element als ein quaderförmiges Element ausgebildet und so im Innenraum eines Gebäudes angeordnet, dass wenigstens zwei Seitenflächenabschnitte, vorzugsweise Seitenflächen des Elements, bevorzugt wenigstens drei Seitenflächenabschnitte, vorzugsweise Seitenflächen, besonders bevorzugt alle Seitenflächen abschnitte, vorzugsweise Seitenflächen des tragenden Elements in den Innenraum weisen. Dadurch steht mindestens die Hälfte, bevorzugt drei Viertel, besonders bevorzugt die Gesamtheit der Oberfläche der Seitenflächen zum Transfer von Wärmeenergie zwischen dem tragenden Element und dem Innenraum zur Verfügung. Vorteilhaft kann so eine schnelle Änderung der Temperatur des Innenraums realisiert werden. Zudem ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Temperatur im Innenraum, da wenigstens zwei, vorzugsweise drei, besonders bevorzugt vier Raumrichtungen durch die Orientierung des tragenden Elements abgedeckt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein tragendes Element, insbesondere ein erstes und/oder ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element als ein zylinderförmiges Element ausgebildet und so im Innenraum eines Gebäudes angeordnet, dass wenigstens die Hälfte der Mantelfläche des Elements, bevorzugt wenigstens drei Viertel der Mantelfläche, besonders bevorzugt die gesamte Mantelfläche des tragenden Elements in den Innenraum weist. Dadurch steht mindestens die Hälfte, bevorzugt drei Viertel, besonders bevorzugt die Gesamtheit der Oberfläche der Mantelfläche zum Transfer von Wärmeenergie zwischen dem tragenden Element und dem Innenraum zur Verfügung. Vorteilhaft kann so eine schnelle Änderung der Temperatur des Innenraums realisiert werden. Zudem ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Temperatur im Innenraum, da durch die Orientierung des tragenden Elements ein Transfer von Wärmeenergie in alle Raumrichtungen gleichmäßig ermöglicht wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung mit tragenden Elementen mit un- oder asymmetrischen Formen und/oder aneinander angrenzend angeordneten Teilflächen und/oder Teilflächenabschnitten sind ebenfalls denkbar. Dadurch können vorteilhaft architektonische Akzente bei der Raumgestaltung gesetzt werden und eine individuell auf die Raumaufteilung abgestimmte Wärmeenergieverteilung erreicht werden. Auch die Verwendung von bogenförmigen tragenden Elementen, welche bspw. als Teil einer Gewölbestruktur fungieren können, ist denkbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist ein als Hohlkörper ausgebildetes tragendes Element, insbesondere ein erstes und/oder ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element abstehende Strukturen, insbesondere Finnen, auf, wobei die abstehenden Strukturen in das vom Hohlkörper eingeschlossene Volumen und/oder in den Innenraum des Gebäudes hineinragend angeordnet sind. Die abstehenden Strukturen sind vorzugsweise zumindest abschnittsweise aus einem Material ausgebildet, welches eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Vorzugsweise sind die abstehenden Strukturen zumindest abschnittsweise aus demselben Material ausgebildet, aus dem das tragenden Element zumindest abschnittsweise ausgebildet ist, sodass sie dieselbe Wärmeleitfähigkeit wie das tragende Element aufweisen. Durch diese Anordnung der abstehenden Strukturen ergibt sich im Vergleich zum tragenden Element ohne solche Strukturen eine größere tatsächliche Oberfläche, sodass das tragende Element eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist und eine Änderung der Wärmeenergie des Inneren des tragenden Elements effektiv an einen Innenraum eines Gebäudes übertragen kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die abstehenden Strukturen sind vorzugsweise zumindest abschnittsweise aus einem Material ausgebildet, welches eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein Material, welches von dem Material, welches das tragende Element bildet, verschieden ist. Vorteilhaft kann so die thermische Leitfähigkeit des tragenden Elements erhöht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein als Hohlkörper ausgebildetes tragendes Element, insbesondere ein erstes und/oder ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element zusätzliche Führungsstrukturen, insbesondere rohrartige Führungsstrukturen für ein Fluid, beispielsweise ein Leitungssystem aufweist. Die Führungsstrukturen sind dabei vorzugsweise dazu ausgelegt, zwei unterschiedliche Fluide voneinander getrennt im Innern des Hohlkörpers zu führen. Vorzugsweise können so mehrere Kreisläufe zum Transport von Wärmeenergie getrennt voneinander innerhalb des tragenden Elements angeordnet werden.
Erfindungsgemäß ist das Innere des Hohlkörpers, welcher ein tragendes Element bildet, mit wenigstens einem Fluid gefüllt. Bevorzugt handelt es sich bei dem wenigstens einen Fluid um ein Gas, besonders bevorzugt um ein Gasgemisch, ganz besonders bevorzugt um ein Gasgemisch, welches in seiner Zusammensetzung der Zusammensetzung der Umgebungsluft entspricht. Dadurch bedarf es keines gesonderten Schritts zum Befüllen des tragenden Elements, da die Umgebungsluft bereits bei der Herstellung im Inneren des Hohlkörpers, welcher das tragende Element bildet, vorhanden ist. Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine Kostenersparnis, da kein zusätzlicher Materialaufwand entsteht. Zusätzlich ist auch im Falle eines Entweichens des Fluids, insbesondere durch eine Druckregulierungsvorrichtung, eine sichere Nutzung gewährleistet, da es sich nicht um ein giftiges und/oder explosives Gas und/oder Gasgemisch handelt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlkörper, welcher ein tragendes Element bildet, mit einem Fluid, insbesondere einem Gas, bevorzugt einem Schutzgas, bspw. Helium, Argon oder Kohlenstoffdioxid gefüllt. Ein Schutzgas weist sich durch eine geringe Reaktivität aus, sodass ein solches Gas einen zusätzlichen Korrosionsschutz für das tragende Element bietet. Ein solches Gas steigert vorteilhaft die Langlebigkeit eines tragenden Elements.
Es sind auch Ausgestaltungen denkbar, in denen der Hohlkörper mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Dazu kann er ein weiteres Leitungssystem beinhalten, welches zur Zirkulation der Flüssigkeit ausgelegt ist. Vorteilhaft zeichnen sich Flüssigkeiten, insbesondere Wasser durch eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität aus, sodass ein hoher Betrag an Wärmeenergie durch die Flüssigkeit aufgenommen und wieder abgegeben werden kann. Dadurch kann eine effiziente Temperaturregulierung in einem Innenraum eines Gebäudes erreicht werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion weitere Strukturen zum Aufnehmen eines Fluids, insbesondere eines Gases, Gasgemisches und/oder einer Flüssigkeit auf, wobei die weiteren Strukturen vorzugsweise als Führungsstrukturen, insbesondere rohrartige Führungsstrukturen für ein Fluid, insbesondere ein Leitungssystem ausgelegt sind, welches vorzugsweise innerhalb des Hohlkörpers, also im Inneren des tragenden Elements angeordnet ist. Ein solcher Aufbau reduziert das zu befüllende Volumen innerhalb des Hohlkörpers und führt so zu einer Kostenersparnis im Vergleich zu einem Hohlkörper ohne Leitungssystem, da der Bedarf an Fluid geringer ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Innere des Hohlkörpers, welcher ein tragendes Element bildet, mit genau einem Fluid gefüllt. Bevorzugt handelt es sich bei dem genau einen Fluid um ein Gas, besonders bevorzugt um ein Gasgemisch, ganz besonders bevorzugt um ein Gasgemisch, welches in seiner Zusammensetzung der Zusammensetzung der Umgebungsluft entspricht. Dadurch bedarf es keines gesonderten Schritts zum Befüllen des tragenden Elements, da die Umgebungsluft bereits bei der Herstellung im Inneren des Hohlkörpers, welcher das tragende Element bildet, vorhanden ist. Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine Kostenersparnis, da kein zusätzlicher Materialaufwand entsteht. Zusätzlich ist auch im Falle eines Entweichens des genau einen Fluids, insbesondere durch eine Druckregulierungsvorrichtung, eine sichere Nutzung gewährleistet, da es sich nicht um ein giftiges und/oder explosives Gas und/oder Gasgemisch handelt. Zudem ist durch die Verwendung von genau einem Fluid zum Klimatisieren des Gebäudes, insbesondere zum Erwärmen und/oder Abkühlen des Innenraums eines Gebäudes eine geringere Energiezufuhr im Vergleich zu Systemen mit zwei Fluiden zur Wärmeübertragung notwendig, da lediglich zwei Wärmeübergänge vorliegen, die zwischen dem Fluid und dem tragenden Element, und dem tragenden Element und dem Innenraum des Gebäudes stattfinden. Ein Wärmeübergang zwischen verschiedenen Fluiden ist nicht vorhanden.
Ebenfalls denkbar ist eine Ausgestaltung der Erfindung, welche die Verwendung mehrerer Fluide zum Befüllen des Hohlkörpers vorsieht, insbesondere in Kombination mit einem Leitungssystem, welches vom Hohlkörper aufgewiesen wird, insbesondere in seinem Inneren angeordnet ist. Eine solche Anordnung bietet die Möglichkeit, mehrere Fluide getrennt voneinander in mehreren Innenräumen eines Gebäudes zur Temperaturregulierung zu nutzen. Vorteilhaft ergibt sich so eine individuelle Einstellbarkeit der Temperatur in unterschiedlichen Innenräumen des Gebäudes.
Auch in einer Ausgestaltung, welche die Verwendung mehrerer Fluide zum Befüllen des Hohlkörpers vorsieht, ist jedoch jeglicher Fluidaustausch zwischen dem im Hohlkörper eingeschlossenen Volumen und dem Gebäudeinnenraum, bzw. Innenraum des Gebäudes unterbunden. Vorteilhaft kann so das Entweichen potenziell gefährlicher Stoffe verhindert werden. Zusätzlich kann eine Verschmutzung der Innenluft, bspw. durch schwermetallhaltige Luft innerhalb des tragenden Elements, insbesondere des Hohlkörpers verhindert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Druckerzeugungsvorrichtung auf. Dabei ist die Druckerzeugungsvorrichtung derart eingerichtet, dass sie einen Innendruck im Innern des Hohlkörpers des tragenden Elements erzeugt. Eine Druckerzeugungsvorrichtung ist im Sinne der Erfindung ein Verdichter oder ein Kompressor, welcher sich zum Komprimieren, bzw. Verdichten von Fluiden, insbesondere Gasen und/oder Gasgemischen eignet. Eine Druckerzeugungsvorrichtung kann auch eine Vorrichtung zum Verdichten, bzw. Komprimieren von Flüssigkeiten, insbesondere eine Pumpe sein. Zum Einsatz kommen können dabei sowohl Kolbenverdichter als auch Schraubenverdichter, Rotationsverdichter, Zentrifugalverdichter, Axialverdichter, Kolbenkompressoren, Schraubenkompressoren und/oder Scrollkompressoren.
Erfindungsgemäß kann die Druckerzeugungsvorrichtung auch als Pumpe zum Fördern eines Fluids, insbesondere eines Gases, insbesondere als Gebläse und/oder Ventilator und/oder Lüfter ausgelegt sein, vorzugsweise als ein Heißluftgebläse. Dabei ist die Druckerzeugungsvorrichtung gleichzeitig dazu ausgelegt, das Fluid im Innern des tragenden Elements zu befördern, insbesondere zu verwirbeln. Eine solche Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der entstehende Druck innerhalb des tragenden Elements im Vergleich zu einem Aufbau mit einem Kompressor geringer gehalten werden kann.
Dabei kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Druckerzeugungsvorrichtung derart mit der Tragkonstruktion verbunden ist, dass sie diese mit einem Fluid befüllen kann, vorzugsweise mit einem Gasgemisch, bevorzugt mit einem Gasgemisch das in seiner Zusammensetzung der Umgebungsluft entspricht. Dazu kann vorgesehen sein, dass das Innere der Tragkonstruktion eine Befüllvorrichtung enthält, wobei die Befüllvorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie beim Betrieb der Druckerzeugungsvorrichtung das Innere der Tragkonstruktion mit der Druckerzeugungsvorrichtung in Verbindung setzt und die Druckerzeugungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie über die Befüllvorrichtung ein Fluid in die Tragkonstruktion zu befördern. Beispielsweise kann die Befüllvorrichtung dabei als Ventil ausgestaltet sein. Vorteilhaft kann der Druck so flexibel und schnell eingestellt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die zum Betreiben der Druckerzeugungsvorrichtung benötigte Energie zumindest teilweise durch regenerative Energiequellen bereitgestellt, wobei es sich bei den regenerativen Energiequellen vorzugsweise um Solarenergie handelt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die regenerative Energie beispielsweise lokal, also durch eine auf dem Gebäude verbaute Photovoltaikanlage gewonnen wird. Vorteilhaft kann dadurch Energie beim Betreiben der Anlage eingespart werden.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die zum Betreiben der Druckerzeugungsvorrichtung benötigte Energie aus regenerativen Energiequellen, insbesondere durch eine auf dem Gebäude verbaute Photovoltaikanlage gewonnen. Vorzugsweise wird die Druckerzeugungsvorrichtung dabei dazu genutzt, zu Zeiten, in denen die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen, insbesondere Solarenergie einen Sollwert überschreitet, einen Druck innerhalb der Tragkonstruktion zu erzeugen, sodass die Tragkonstruktion Druckluft speichert. Vorteilhaft steht diese Druckluft zu einem späteren Zeitpunkt zur Energierückgewinnung zur Verfügung.
Erfindungsgemäß ist die Druckerzeugungsvorrichtung dazu ausgelegt, den Druck innerhalb der Tragkonstruktion, insbesondere innerhalb eines und/oder mehrerer tragender Elemente, bevorzugt innerhalb des Hohlkörpers eines und/oder mehrerer tragender Elemente zu verändern, vorzugsweise zu erhöhen. Dabei ist die Druckerzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Innendruck innerhalb der Tragkonstruktion im Bereich von 1 bar bis 150 bar, bevorzugt 2 bar bis 90 bar, besonders bevorzugt 10 bar bis 50 bar zu verändern, vorzugsweise auf 1 bar bis 150 bar, bevorzugt auf 2 bar bis 90 bar, besonders bevorzugt auf 10 bar bis 50 bar zu erhöhen Dabei wird insbesondere der Druck des sich im Inneren des Hohlkörpers befindlichen Fluids geändert, was zu einer Änderung der Wärmeenergie des Fluids führt. Insbesondere führt dabei eine Druckerhöhung zu einer Erwärmung des Fluids, während eine Druckverringerung ein Abkühlen des Fluids zur Folge hat.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckerzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Innendruck innerhalb der Tragkonstruktion in einem Bereich einzustellen, der durch Kombination von zwei beliebigen der folgenden Endpunktwerte erhalten wird, wobei der zahlenmäßig kleinere Wert die untere Grenze bildet, und der zahlenmäßig größere Wert obere Grenze: 1 bar, 1,5 bar, 2 bar, 2,5 bar, 3 bar, 3,5 bar, 4 bar, 5 bar, 6 bar, 7 bar, 8 bar, 9 bar, 10 bar, 12 bar, 15 bar, 17 bar, 20 bar, 25 bar, 30 bar,40 bar, 50 bar, 60 bar, 70 bar, 80 bar, 90 bar, 100 bar, 150 bar. Beispielsweise ergibt sich somit ein Bereich von 1,5 bar bis 12 bar, bevorzugt von 2 bar bis 10 bar, besonders bevorzugt von 2,5 bar bis 9 bar, ganz besonders bevorzugt 3 bar bis 8 bar. Vorzugsweise ergibt sich durch diese Wahl des Druckbereichs die Möglichkeit, die Druckänderung angepasst an die benötigte Temperaturänderung energieoptimiert durchzuführen.
Einstellen bezieht sich dabei im Sinne der Erfindung auf eine wiederholbare, präzise Änderung des Innendrucks der Tragkonstruktion in aufgebautem Zustand. Dabei kann durch die Druckerzeugungsvorrichtung der Druck innerhalb der Tragkonstruktion innerhalb der hierin definierten Bereiche erhöht oder verringert werden, wobei diese Änderungen während des Einsatzes der Tragkonstruktion stattfinden. Eine Temperaturveränderung des Fluids im durch die die Tragkonstruktion bildenden tragenden Elemente findet dabei ausgelöst durch die Änderung des Drucks statt, sodass eine einmalige Einstellung des Drucks vor oder unmittelbar nach dem Aufbau der Tragkonstruktion nicht geeignet ist, eine solche Änderung der Temperatur des Fluids, die zum Einstellen der Temperatur im Innenraum des Gebäudes nutzbar ist, zu generieren. Vorteilhaft kann so eine dynamische, an die äußeren Umstände angepasste Temperatureinstellung vorgenommen werden, wobei geringe Vorlaufzeiten realisiert werden können.
Die Änderung des Drucks innerhalb des tragenden Elements wirkt sich dabei vorzugsweise auf das gesamte Fluid innerhalb des tragenden Elements aus, sodass eine Änderung des Drucks nicht lokalisiert, also beispielsweise nur in unmittelbarer Nähe der Druckregulierungsvorrichtung auftritt, sondern auch an einem von der Druckregulierungsvorrichtung räumlich entfernten Punkt innerhalb der Tragkonstruktion. Dabei ist wesentlich, dass dieser Punkt mit der Druckregulierungsvorrichtung direkt fluidverbunden ist, also ein Transfer von einem Fluid von diesem Punkt zur Druckregulierungsvorrichtung ohne Unterbrechung möglich ist. So kann mittels einer einzelnen Druckregulierungsvorrichtung, welche vorzugsweise zentral mit der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion verbunden ist, der Druck des gesamten Fluids im Innern der Tragkonstruktion verändert werden. Dadurch erfolgt vorteilhaft ebenfalls eine Temperaturveränderung des Fluids innerhalb der ganzen Tragkonstruktion.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckerzeugungsvorrichtung in einem einfach zugänglichen Ort, vorzugsweise einem Hauswirtschaftsraum angeordnet und zentral mit der Tragkonstruktion verbunden. Somit wird der Druck, welcher zum Einstellen der Temperatur in zumindest einem Innenraum des Gebäudes benötigt wird, vorzugsweise zentral erzeugt. Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine geringe Geräuschbelastung in den übrigen Räumen des Gebäudes. Gleichzeitig ist eine gute Zugänglichkeit der Druckerzeugungsvorrichtung für anfallende Wartungsarbeiten gewährleistet.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckerzeugungsvorrichtung zentral angeordnet und vorzugsweise unterirdisch mit der Tragkonstruktion verbunden. Unterirdisch bezieht sich im Kontext der Erfindung auf einen Bereich unterhalb des Erdgeschosses des Gebäudes. Dies kann sowohl ein Kellergeschoss als auch den Gebäudesockel bezeichnen. Vorzugsweise ist dabei die Druckerzeugungsvorrichtung über einen Belüftungsschacht mit der Außenwelt, insbesondere dem Bereich außerhalb des Gebäudes verbunden, um eine Luftansaugung zu ermöglichen. Vorzugsweise weist das Gebäude in dieser Ausgestaltung einen Zugang, beispielsweise eine Bodenluke und/oder einen äußeren Zugang zur Druckerzeugungsvorrichtung für Wartungsarbeiten auf. Vorteilhaft kann durch eine solche Anordnung die Geräuschbelastung durch die Druckerzeugungsvorrichtung innerhalb des Gebäudes reduziert werden und der Platzbedarf durch die Druckerzeugungsvorrichtung wird ebenfalls minimiert.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckerzeugungsvorrichtung in einem nicht als Wohnraum konzipierten Raum des Gebäudes, vorzugsweise auf dem Dachboden, angeordnet und zentral mit der Tragkonstruktion verbunden. Vorzugsweise ist dabei die Druckerzeugungsvorrichtung über einen Belüftungsschacht mit der Außenwelt, insbesondere dem Bereich außerhalb des Gebäudes verbunden, um eine Luftansaugung zu ermöglichen. Vorzugsweise weist das Gebäude in dieser Ausgestaltung einen Zugang zur Druckerzeugungsvorrichtung, beispielsweise eine Dachluke, für Wartungsarbeiten auf. Vorteilhaft kann durch eine solche Anordnung der Platzbedarf durch die Druckerzeugungsvorrichtung minimiert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist darüber hinaus eine Druckregulierungsvorrichtung auf, wobei die Druckregulierungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass der Innendruck der Tragkonstruktion mittels der Druckregulierungsvorrichtung eingestellt werden kann. Die Druckregulierungsvorrichtung ist dabei vorzugsweise als ein Druckventil ausgelegt, insbesondere als ein Druckbegrenzungsventil, ein Druckminderungsventil oder ein Druckschaltventil. Das Druckventil ist dabei derart eingerichtet, dass es ein Druck automatisch beim Erreichen eines Grenzwertes des Innendrucks innerhalb des Hohlkörpers, welcher das tragende Element bildet, reduziert. Vorteilhaft ist eine solche Druckregulierungsvorrichtung einfach zu bedienen und bedarf keiner weiteren komplexen Regelung. Weiterhin ist somit vorteilhaft ein Schutz vor Überdruck innerhalb des tragenden Elements gewährleistet.
Erfindungsgemäß ist die Druckregulierungsvorrichtung dazu ausgelegt, den Druck innerhalb der Tragkonstruktion, insbesondere innerhalb eines und/oder mehrerer tragender Elemente, bevorzugt innerhalb des Hohlkörpers eines und/oder mehrerer tragender Elemente zu ändern, vorzugsweise zu verringern. Dabei wird insbesondere der Druck des sich im Inneren des Hohlkörpers befindlichen Fluids geändert, was zu einer Änderung der Wärmeenergie des Fluids führt. Insbesondere führt dabei eine Druckerhöhung zu einer Erwärmung des Fluids, während eine Druckverringerung ein Abkühlen des Fluids zur Folge hat. Die Änderung des Drucks innerhalb des tragenden Elements wirkt sich dabei auf das gesamte Fluid innerhalb des tragenden Elements aus, sodass eine Änderung des Drucks nicht lokalisiert, also beispielsweise nur in unmittelbarer Nähe der Druckregulierungsvorrichtung auftritt, sondern auch an einem von der Druckregulierungsvorrichtung räumlich entfernten Punkt innerhalb der Tragkonstruktion. Dabei ist wesentlich, dass dieser Punkt mit der Druckregulierungsvorrichtung direkt fluidverbunden ist, also ein Transfer von einem Fluid von diesem Punkt zur Druckregulierungsvorrichtung ohne Unterbrechung möglich ist. So kann mittels einer einzelnen Druckregulierungsvorrichtung, welche vorzugsweise zentral mit der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion verbunden ist, der Druck des gesamten Fluids im Innern der Tragkonstruktion verändert werden. Dadurch erfolgt vorteilhaft ebenfalls eine Temperaturveränderung des Fluids innerhalb der ganzen Tragkonstruktion.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion mehrere Druckregulierungsvorrichtungen auf. Insbesondere weist eine Mehrzahl tragender Elemente, vorzugsweise jedes vierte tragende Element, bevorzugt jedes dritte tragende Element, besonders bevorzugt jedes zweite tragende Element, ganz besonders bevorzugt jedes tragende Element eine Druckregulierungsvorrichtung auf. Dadurch ist der Druck in jedem tragenden Element regulierbar. Vorteilhaft ist dadurch gewährleistet, dass auch bei einer Unterbrechung und/oder einem Fehlen einer fluidischen Verbindung zwischen den einzelnen tragenden Elementen ein Schutz vor Überdruck innerhalb der tragenden Elemente gewährleistet ist. Weiterhin ist so auch sichergestellt, dass der Innendruck innerhalb der Tragkonstruktion, einen festgelegten Grenzwert nicht überschreitet.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckregulierungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Innendruck der Tragkonstruktion in einem Bereich von 1 bar bis 150 bar, bevorzugt von 1 bar bis 90 bar, besonders bevorzugt von 1,5 bar bis 50 bar zu regulieren. Dabei eignet sich dieser Druckbereich insbesondere zum Ändern der Wärmeenergie eines Fluids, während der maximale Innendruck, dem ein einzelnes tragendes Element standhalten kann, nicht überschritten wird. Generell ergibt sich der maximale Innendruck für ein tragendes Element für Temperaturen bis 120°C gemäß DIN 2413 zu $P = \frac{20 t_{zul} v_{N} s_{v}}{d_{a}},$ und für Temperaturen ab 120°C zu $P = \frac{20 t_{zul} v_{N} s_{v}}{d_{i} + v_{N} s_{v}},$ wobei P der maximale Druck in Bar, t_zul die maximal zulässige Spannung in N/mm², d_a der Außendurchmesser des Rohrs in mm, d_i der Innendurchmesser des Rohrs in mm, s_v die minimale Wanddicke in mm und v_n der Berechnungskennwert der Schweißnaht (angenommen mit 1) ist. Anhand dieser Formel ist es dem Fachmann möglich, einen optimalen Bereich des Innendrucks basierend auf den Abmessungen und Kennwerte der von ihm eingesetzten tragenden Elemente zu ermitteln.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die zum Betreiben der Druckregulierungsvorrichtung benötigte Energie zumindest teilweise durch regenerative Energiequellen bereitgestellt, wobei es sich bei den regenerativen Energiequellen vorzugsweise um Solarenergie handelt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die regenerative Energie beispielsweise lokal, also durch eine auf dem Gebäude verbaute Photovoltaikanlage gewonnen wird. Vorteilhaft kann dadurch Energie beim Betreiben der Anlage eingespart werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung zumindest ein Druckmessgerät auf. Das Druckmessgerät ist dabei derart eingerichtet, dass es den im Druck im Innern des tragenden Elementes an zumindest einer Position im Inneren des tragenden Elements, insbesondere innerhalb des Hohlkörpers, welcher das tragende Element bildet, misst. Das Druckmessgerät kann dabei beispielsweise als Drucksensor, insbesondere DMS-Drucksensor, piezoelektrischer Drucksensor, kapazitiver Drucksensor oder induktiver Drucksensor oder Drucksensor mit Hallelement, oder als Rohrfeder- oder Plattenfeder- oder Kapselfeder-Manometer oder als Flüssigkeits-Manometer oder als Kolbenmanometer ausgelegt sein. Dadurch kann der Druck im Innern des tragenden Elements bestimmt werden. Somit kann vorteilhaft die Einstellung des Innendrucks basierend auf einem Messwert eingestellt werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckregulierungseinrichtung derart eingerichtet, dass sie beim Erreichen eines Sollwerts eine Minderung des Drucks, vorzugsweise durch Entweichen des innerhalb der Druckregulierungsvorrichtung befindlichen Fluids ermöglicht. Dabei ist die Druckregulierungsvorrichtung derart eingerichtet, dass sie ein Entweichen des Drucks in die Äußere Umgebung des Gebäudes, insbesondere nicht in einen Innenraum des Gebäudes ermöglicht. Vorteilhaft ist somit gewährleistet, dass es innerhalb des Gebäudes nicht zu Fluidverwirbelungen, insbesondere Luftverwirbelungen bei einem Mindern des Drucks kommt, sodass ein gleichmäßiges Raumklima auch bei einer Druckminderung erhalten bleibt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion eine Vorrichtung zum Einstellen der Temperatur des Fluids, hierin als Fluidtemperierungsvorrichtung bezeichnet, auf. Die Fluidtemperierungsvorrichtung ist dabei derart eingerichtet, dass sie die Temperatur des Fluids verändert, insbesondere erhöht oder verringert. Dadurch kann die Temperatur des Fluids bei einer Druckveränderung, insbesondere einer Druckverringerung oder Druckerhöhung angepasst, vorzugsweise konstant gehalten werden. Dadurch kann vorteilhaft eine unbeabsichtigte Temperaturänderung im Innenraum des Gebäudes bei Veränderung des Drucks des Fluids verhindert werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der Fluidtemperierungsvorrichtung um einen Wärmeübertrager. Unter einem Wärmeübertrager versteht der Fachmann eine Vorrichtung, die thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen überträgt. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager derart eingerichtet, dass er Wärmeenergie von einem weiteren Fluid auf das Fluid innerhalb eines Hohlkörpers, welcher ein tragendes Element bildet, überträgt. Dabei kann die dafür benötigte Wärmeenergie beispielsweise durch eine Wärmeenergieerzeugungsvorrichtung, insbesondere eine Wärmepumpe, beispielsweise eine Luftwärmepumpe, aber auch durch ein Heizelement, beispielsweise ein elektrisches Heizelement oder einem Heißluftgebläse erzeugt werden. Vorteilhaft kann ein solches Element eine lokale Temperaturerhöhung bewirken. Dadurch kann eine Veränderung des Drucks innerhalb des tragenden Elements durch die Temperaturerhöhung begrenzt werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Fluidtemperierungsvorrichtung um ein Gebläse, insbesondere ein Heißluftgebläse. Dabei ist das Gebläse derart eingerichtet, dass es erwärmte Luft im Innern der Tragkonstruktion bewegt, bevorzugt das Innere der Tragkonstruktion durchströmen lässt. Vorzugsweise kann das Heißluftgebläse dabei mit einem Kompressor zur Druckerzeugung kombiniert werden. Vorteilhaft lässt sich dadurch an einem zentralen Ort, insbesondere ortsfest, erwärmen und anschließend innerhalb der Tragkonstruktion verteilen. Somit kann auf einen großflächig anzubringenden Wärmeübertrager verzichtet werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Fluidtemperierungsvorrichtung und die Druckerzeugungsvorrichtung identisch. Vorzugsweise handelt es sich hierbei bei der Druckerzeugungsvorrichtung um ein Gebläse, insbesondere ein Heißluftgebläse. Bei dieser Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Tragkonstruktion zumindest eine Druckregulierungsvorrichtung auf. Dabei ist die Druckregulierungsvorrichtung derart eingerichtet, dass sie das Fluid beim Erreichen eines definierten Drucks von 0,1 bar bis 20 bar, bevorzugt eines Drucks von 0,5 bar bis 10 bar, besonders bevorzugt eines Drucks von 1 bar bis 5 bar, ganz besonders bevorzugt eines Drucks von 1,5 bar bis 3 bar zumindest teilweise entweichen lässt, sodass der Druck des Fluids konstant gehalten wird. Dabei ist die Druckerzeugungsvorrichtung derart mit der Tragkonstruktion verbunden, dass sie ein erwärmtes Fluid, insbesondere erwärmte Luft in das Innere der Tragkonstruktion, insbesondere in das Innere der tragenden Elemente, welche die Tragkonstruktion aufweist, befördert. Vorzugsweise sind die Druckerzeugungsvorrichtung und die Druckregulierungsvorrichtung dabei derart miteinander wirkverbunden, dass vor einer Änderung, insbesondere Verringerung des Drucks innerhalb der Tragkonstruktion das Fluid innerhalb der Tragkonstruktion durch ein erwärmtes Fluid ersetzt werden kann. Dadurch steht Wärmeenergie zur Verfügung, welche bei der Änderung, insbesondere der Verringerung des Drucks des Fluids genutzt werden kann, damit der Umgebung keine Wärmeenergie entzogen wird.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Fluidtemperierungsvorrichtung auch ein Mittel zum Anpassen des Feuchtigkeitsgehalts des Fluids, insbesondere der Luft innerhalb der Tragkonstruktion auf. Dabei kann es sich bei diesem Mittel um eine Entfeuchtungsfunktion der Fluidtemperierungsvorrichtung handeln, es kann aber auch eine Kombination der Fluidtemperierungsvorrichtung und eines Trockenmittels, beispielsweise eines Silicatgels angedacht sein. Eine Reduktion der Luftfeuchtigkeit innerhalb der Tragkonstruktion erhöht vorteilhaft die Langlebigkeit der verbauten Komponenten und beugt einer Eisbildung, beispielsweise bei einer Druckreduzierung vor.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion eine Energierückgewinnungsvorrichtung auf. Die Energierückgewinnungsvorrichtung ist dabei vorzugsweise in Form einer Turbine, insbesondere einer Druckgasturbine, oder eines Motors, insbesondere eines Druckgaslamellenmotors oder eines Druckgaszahnradmotors ausgeführt. Dabei ist die Energierückgewinnungsvorrichtung derart eingerichtet, dass bei einer Druckverringerung des Fluids innerhalb der Tragkonstruktion eine Turbine, insbesondere eine Druckgasturbine, oder ein Motor, insbesondere ein Druckgaslamellenmotor oder ein Druckgaszahnradmotor angetrieben wird. Die dadurch gewonnene Energie steht vorteilhaft für ein weiteres Betreiben der Tragkonstruktion und/oder eine andere Anwendung, bevorzugt in Form von elektrischer Energie zur Verfügung.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Tragkonstruktion dazu eingerichtet, die Temperatur in mindestens einem Innenraum eines Gebäudes einzustellen. Dabei ist unter Einstellen zu verstehen, dass die Temperatur in dem zumindest einen Innenraum des Gebäudes auf einen festgelegten, insbesondere durch einen Nutzer festgelegten Wert gebracht wird. Erfindungsgemäß findet hierzu ein Transfer von Wärmeenergie zwischen dem tragenden Element, insbesondere der zumindest einem Flächenabschnitt der Mantelfläche des tragenden Elements, wie hierin definiert, und der das tragende Element umgebenden Luft des Innenraums, auch als Umgebungsluft bezeichnet, sowie des zumindest einen Fluids im Inneren des tragenden Elements statt. Dabei ist sowohl ein Abgeben von Wärmeenergie der Umgebungsluft über die Außenfläche des tragenden Elements an das Fluid als auch ein Aufnehmen von Wärmeenergie durch die Umgebungsluft über die Außenfläche des tragenden Elements vom Fluid möglich. Dabei wird die Wärmeenergie des Fluids innerhalb des tragenden Elements vorzugsweise über eine mit dem tragenden Element in Verbindung stehende Druckerzeugungsvorrichtung und/oder Druckregulierungsvorrichtung, wie hierin beschrieben, verändert.
Vorteil einer solchen Ausgestaltung ist die anpassbare, genaue Einstellung einer Raumtemperatur durch einen Nutzer, wobei keine weiteren Elemente innerhalb des Innenraums zu diesem spezifischen Zweck verbaut werden müssen, wie bspw. Heizkörper und/oder Fußbodenheizungselemente und/oder Wandheizungselemente.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Druckregulierungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den Innendruck der Tragkonstruktion derart zu ändern, dass eine einstellbare Grundtemperatur in zumindest einem Innenraum eines Gebäudes vorherrscht. Unter Grundtemperatur ist dabei eine Raumtemperatur zu verstehen, die dazu geeignet ist, einen Raum derart zu klimatisieren, dass eine minimale Aufenthaltstemperatur vorherrscht. Eine minimale Aufenthaltstemperatur beträgt dabei beispielsweise mindestens 16°C, bevorzugt mindestens 18°C, besonders bevorzugt mindestens 20°C. Besonders bevorzugt eignet sich die Erfindung auch zur Nutzung in Kombination mit weiteren Einrichtungen zum Klimatisieren von Innenräumen, beispielsweise Klimaanlagen oder Heizelementen, um eine von der Grundtemperatur abweichende Temperatur zu erreichen.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Druckregulierungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den Innendruck der Tragkonstruktion derart zu ändern, dass eine einstellbare Grundtemperatur in zumindest einem Innenraum eines Gebäudes vorherrscht. Unter Grundtemperatur ist dabei eine Raumtemperatur zu verstehen, die dazu geeignet ist, einen Raum derart zu klimatisieren, dass eine maximale Aufenthaltstemperatur vorherrscht. Eine maximale Aufenthaltstemperatur beträgt dabei beispielsweise höchstens 26°C, bevorzugt höchstens 24°C, besonders bevorzugt höchstens 22°C. Besonders bevorzugt eignet sich die Erfindung auch zur Nutzung in Kombination mit weiteren Einrichtungen zum Klimatisieren von Innenräumen, beispielsweise Klimaanlagen oder Heizelementen, um eine von der Grundtemperatur abweichende Temperatur zu erreichen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Messelement, insbesondere einen Temperaturfühler auf, welches dazu eingerichtet ist, eine Temperatur eines Innenraums eines Gebäudes, auch als Umgebungstemperatur bezeichnet, zu erfassen. Vorzugsweise kann so die vorherrschende Umgebungstemperatur mittels der Tragkonstruktion überprüft werden. Vorteilhaft kann dadurch ergebnisabhängig die Klimatisierung des Innenraums gesteuert werden.
Die erfindungsgemäße Tragkonstruktion weist nach einer weiteren Ausgestaltungsform eine Recheneinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die erfasste Umgebungstemperatur mit einem in einer Datenbank hinterlegten Temperaturwert, hierin Solltemperaturwert genannt, zu vergleichen. Dabei kann die Datenbank sowohl als externes Element über eine drahtlose oder eine Kabelverbindung mit der Recheneinheit Daten austauschen als auch als fest integrierter Teil der Recheneinheit ausgelegt sein. Die Datenbank kann dabei als Cloudspeicher dezentral oder an zentraler Stelle als physische Hardware ausgelegt sein. Wird eine Abweichung zwischen dem Solltemperaturwert und der erfassten Umgebungstemperatur ermittelt, die über einen Toleranzbereich hinausgeht, ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches durch die Recheneinheit übermittelt werden kann. Vorzugsweise beträgt der Toleranzbereich 5°C, besonders bevorzugt 3°C, ganz besonders bevorzugt 2°C. Der erreichte Temperaturwert weicht also um maximal 5°C, bevorzugt um maximal 3°C, besonders bevorzugt um maximal 2°C von dem Solltemperaturwert ab.
Nach einer Ausgestaltung weist die Recheneinheit eine Nutzerschnittstelle, insbesondere eine optische Nutzerschnittstelle, bevorzugt eine optische Nutzerschnittstelle, welche Nutzereingaben ermöglicht auf. In dieser Ausgestaltung ist die Nutzerschnittstelle dazu eingerichtet, einem Nutzer Informationen zur Verfügung zu stellen, insbesondere eine erfasste Umgebungstemperatur und/oder eine eingestellte Solltemperatur und/oder weitere Informationen, bspw. einen aktuellen Druck eines Fluids.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Tragkonstruktion einen Aktor auf, welcher mit der Recheneinheit so wirkverbunden ist, dass die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Signal zum Ansteuern des Aktors zu erzeugen und den Aktor damit anzusteuern. Besonders bevorzugt handelt es sich bei diesem Aktor um eine Druckregulierungsvorrichtung, wie hierin beschrieben. Dabei bewirkt das Signal zum einen, dass die Druckregulierungsvorrichtung den Druck eines Fluids derart verändert, dass Wärmeenergie durch das Fluid aufgenommen oder abgegeben wird. Zum anderen kann das Signal auch bewirken, dass die Druckregulierungsvorrichtung eine Änderung des Drucks des Fluids pausiert, abbricht und/oder beendet. Somit kann die Ansteuerung der Druckregulierungsvorrichtung vorteilhaft automatisiert erfolgen.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ansteuerung des Aktors, insbesondere der Druckregulierungsvorrichtung dabei über ein durch die Recheneinheit erzeugtes elektrisches Signal. Vorzugsweise wird das elektrische Signal durch die Recheneinheit bei einer ermittelten Abweichung zwischen einer erfassten Umgebungstemperatur und einem Solltemperaturwert erzeugt. Somit ist der Aktor, insbesondere die Druckregulierungsvorrichtung automatisch ansteuerbar. Vorteilhaft ergibt sich so keine Notwendigkeit von Nutzereingaben und die gewünschte Temperatur des Innenraums kann zuverlässig eingestellt werden. Es wird auch keine Veränderung der Einstellungen bei einer Änderung der Raumtemperatur notwendig, da die erfindungsgemäße Vorrichtung bereits bei kleinen Änderungen der Temperatur reagieren kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Recheneinheit derart eingerichtet, dass sie ein Signal zum Ansteuern eines Aktors, bevorzugt einer Druckregulierungsvorrichtung, mit einer zeitlichen Taktung, insbesondere einer durch einen Nutzer festgelegten zeitlichen Taktung erzeugt. Unter einer zeitlichen Taktung ist in diesem Zusammenhang beispielsweise ein Tages- und/oder Wochen- und/oder Monatsplan und/oder eine vergleichbare Planung zu verstehen, im Rahmen dessen mindestens eine feste Ein- und/oder Ausschaltzeit festgelegt sind, zu denen die Recheneinheit ein elektrisches Signal erzeugt und an den Aktor, insbesondere die Druckregulierungsvorrichtung übermittelt. Das elektrische Signal bewirkt dabei, dass der Aktor eine Veränderung des Drucks eines Fluids bewirkt oder die Änderung des Drucks eines Fluids pausiert, abbricht und/oder beendet. Vorteilhaft kann so ein automatisierter Betriebsplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung voreingestellt und/oder durch einen Nutzer eingegeben werden, wobei auch Umgebungsvariablen wie jahreszeitbedingte hohe und/oder niedrige Außentemperaturen einbeziehbar sind.
Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal zum Ansteuern eines Aktors, insbesondere einer Druckregulierungsvorrichtung, sowohl mit einer zeitlichen Taktung, insbesondere einer durch den Nutzer festgelegten zeitlichen Taktung als auch bei einer ermittelten Abweichung zwischen einer erfassten Umgebungstemperatur und einem Solltemperaturwert zu erzeugen. Dabei erfolgt vorzugsweise ein Anpassen des Drucks durch die Druckregulierungsvorrichtung nur dann, wenn der eingestellte Plan eine Änderung des Drucks und eine dadurch zu erreichende Klimatisierung des Innenraums vorsieht. Vorteilhaft kann so ein durch den Nutzer eingestellter Plan zum Klimatisieren eines Innenraums eines Gebäudes automatisiert überprüft und gegebenenfalls angepasst werden. Dadurch kann zuverlässig das Erreichen einer gewünschten Raumtemperatur gesichert werden und gleichzeitig effizient auf den Bedarf des Nutzers abgestimmt klimatisiert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann im Inneren der Tragkonstruktion, insbesondere im Inneren eines tragenden Elements, mindestens ein Zirkulationselement zum Zirkulieren des Fluids angeordnet sein. Das mindestens eine Zirkulationselement ist derart eingerichtet, dass es für eine Umverteilung, insbesondere eine Umwälzung des Fluids im Inneren des tragenden Elements sorgt. Das Fluid wird vorzugsweise derart im Inneren des tragenden Elements umverteilt, dass es entlang der Außenfläche des tragenden Elements geführt wird. Dadurch wird der Austausch von Wärmeenergie zwischen dem Fluid und der Außenfläche des tragenden Elements gefördert. Vorteilhaft wird so die Änderung der Raumtemperatur beschleunigt. Zudem wird eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeenergie innerhalb des tragenden Elements gefördert, wodurch vorteilhaft auch eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Inneren und außerhalb des tragenden Elements gefördert wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, besonders bevorzugt mindestens vier oder mehr Zirkulationselemente auf. Bevorzugt sind die Zirkulationselemente derart angeordnet, dass jedes tragende Element der Tragkonstruktion mindestens ein Zirkulationselement aufweist. Durch diese Anordnung ist eine effektive Umverteilung, bzw. Umwälzung des Fluids in der gesamten Tragkonstruktion sichergestellt. Dadurch kann vorteilhaft eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeenergie innerhalb der Tragkonstruktion und eine sich daraus ergebende gleichmäßige Temperaturverteilung in allen Innenräumen eines Gebäudes erreicht werden. Zudem wird durch eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeenergie innerhalb der Tragkonstruktion das Auftreten von Bereichen mit höherer und/oder niedriger Wärmeenergie vermieden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion zumindest ein zweites und/oder ein weiteres tragendes Element (2.1, 2.2, 2.3) auf. Besonders bevorzugt weist die Erfindung eine Mehrzahl tragender Elemente, also mindestens zwei tragende Elemente, bevorzugt mindestens drei tragende Elemente, besonders bevorzugt mindestens vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder weitere tragende Elemente auf. Die tragenden Elemente sind dabei miteinander über eine Verbindung, vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Schweißverbindung, beispielsweise eine Schmelzschweißverbindung und/oder eine Widerstandsschweißverbindung, miteinander verbunden. Die Verbindung ist derart ausgelegt, dass ein Entweichen eines sich im Inneren der tragenden Elemente befindlichen Fluids verhindert wird, die einzelnen tragenden Elemente also dicht miteinander fluidverbunden. Fluidverbunden bedeutet im Kontext der Erfindung, dass ein Austausch eines und/oder mehrerer Fluide über die Verbindung der tragenden Elemente ermöglicht ist. Vorteilhaft kann so gewährleistet werden, dass der in einem einzelnen tragenden Element erzeugte Innendruck in der gesamten Tragkonstruktion vorherrscht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die tragenden Elemente formschlüssig miteinander verbunden. Dabei weisen die tragenden Elemente bspw. Nut-Feder-Elemente auf, die derart ineinandergreifen, dass eine feste Verbindung zwischen den tragenden Elementen besteht. In dieser Ausgestaltung weisen die tragenden Elemente vorzugsweise an den Verbindungsstellen ein Überbrückungselement auf, insbesondere eine Schlauchverbindung, welche eine fluidisch dichte Verbindung der tragenden Elemente untereinander gewährleistet. Vorteilhaft lässt sich so bei geringem Energieaufwand eine Verbindung zwischen den tragenden Elementen formen, wobei gewährleistet ist, dass die tragenden Elemente in ihrer Form stabil bleiben. Dadurch können baulich bedingte Spaltmaße und ein Verziehen der tragenden Elemente innerhalb der Tragkonstruktion verhindert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die tragenden Elemente kraftschlüssig miteinander verbunden. Dabei weisen die tragenden Elemente bspw. eine Schraubverbindung auf, die derart ineinandergreift, dass eine feste Verbindung zwischen den tragenden Elementen besteht. In dieser Ausgestaltung weisen die tragenden Elemente vorzugsweise an den Verbindungsstellen ein Überbrückungselement auf, insbesondere eine Schlauchverbindung, welche eine fluidisch dichte Verbindung der tragenden Elemente untereinander gewährleistet. Vorteilhaft lässt sich so bei geringem Energieaufwand eine Verbindung zwischen den tragenden Elementen formen, wobei gewährleistet ist, dass die tragenden Elemente in ihrer Form stabil bleiben. Dadurch können baulich bedingte Spaltmaße und ein Verziehen der tragenden Elemente innerhalb der Tragkonstruktion verhindert werden.
Dabei erfolgt nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Verbinden der tragenden Elemente vorzugsweise an dem Ort, an dem die Tragkonstruktion errichtet wird, hierin als Aufstellungsort bezeichnet. Dadurch ergibt sich ein vereinfachter Transport der Bestandteile der Tragkonstruktion.
Es ist jedoch auch eine Ausführung denkbar, bei der eine teilweise oder vollständige Verbindung der tragenden Elemente an einer anderen Stelle erfolgt und anschließend ein Transport der tragenden Elemente an den Aufstellungsort stattfindet. Vorteilhaft kann so der Aufbau der Tragkonstruktion variabel und an die Umgebungsbedingungen angepasst erfolgen und die Aufstellzeit der Tragkonstruktion verkürzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion eine Mehrzahl tragender Elemente auf, wobei die tragenden Elemente miteinander stoffschlüssig fluidverbunden sind. Dabei ist mindestens ein, vorzugsweise genau ein tragendes Element mit mindestens einer, vorzugsweise genau einer Druckerzeugungsvorrichtung fluidverbunden. Die Druckregulierungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Druck innerhalb der Tragkonstruktion, insbesondere den Druck eines Fluids innerhalb der tragenden Elemente der Tragkonstruktion derart zu ändern, dass sich die Wärmeenergie des Fluids ändert. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Klimatisierung mittels der Tragkonstruktion durch eine zentrale Druckerzeugungsvorrichtung erfolgt und somit die Regelung ebenfalls zentral erfolgen kann, also nicht mehrere Druckerzeugungsvorrichtungen getrennt voneinander angesteuert werden müssen. Zudem reduziert sich der Material- und Energieaufwand, da lediglich eine Druckerzeugungsvorrichtung implementiert und betrieben wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragkonstruktion eine Mehrzahl tragender Elemente auf. Die tragenden Elemente sind in dieser Ausgestaltung voneinander fluidisch isoliert, weisen also keine Fluidverbindung auf, sodass ein Austausch von Fluiden zwischen den tragenden Elementen nicht möglich ist. Gemäß dieser Ausgestaltung ist eine Mehrzahl von tragenden Elementen der Tragkonstruktion, bevorzugt mindestens zwei tragende Elemente der Tragkonstruktion, besonders bevorzugt mindestens drei tragende Elemente, besonders bevorzugt zumindest vier, fünf oder sechs tragende Elemente, ganz besonders bevorzugt alle tragenden Elemente der Tragkonstruktion mit einer Druckerzeugungsvorrichtung ausgestattet. Dadurch ist der Druck eines Fluids innerhalb eines tragenden Elements unabhängig vom Druck eines Fluids innerhalb eines weiteren tragenden Elements erzeugbar. Vorteilhaft können dadurch unterschiedliche Raumtemperaturen in unterschiedlichen Innenräumen eines Gebäudes eingestellt werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Tragkonstruktion modular aufgebaut. Ein modularer Aufbau bezeichnet dabei eine Tragkonstruktion, welche sich aus mehreren tragenden Elementen zusammensetzt, wobei die tragenden Elemente unabhängig und/oder in Verbindung miteinander zum Ändern und/oder Einstellen einer Temperatur in zumindest einem Innenraum eines Gebäudes eingerichtet sind. Besonders bevorzugt sind die tragenden Elemente dabei zum Einstellen, bzw. Bereitstellen einer Grundtemperatur in zumindest einem Innenraum des Gebäudes eingerichtet. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Tragkonstruktion eine Mehrzahl an Druckregulierungsvorrichtungen umfasst, wobei die Druckregulierungsvorrichtungen jeweils mit wenigstens einem tragenden Element oder einer Mehrzahl tragender Elemente fluidverbunden sind. Vorzugsweise bezieht sich eine Mehrzahl tragender Elemente dabei auf tragende Elemente, die jeweils wenigstens eine Fläche aufweisen, die in einen Innenraum, vorzugsweise denselben Innenraum des Gebäudes weist. Vorzugsweise sind dabei nur solche tragenden Elemente miteinander fluidverbunden, die jeweils wenigstens eine Fläche aufweisen, die in denselben Innenraum des Gebäudes weist, während tragende Elemente, die jeweils keine Fläche aufweisen, die in denselben Innenraum des Gebäudes weisen, voneinander fluidisch isoliert sind. Dadurch ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit, in einer Mehrzahl von Innenräumen eines Gebäudes eine jeweils unterschiedliche Temperatur bereitzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Tragkonstruktion derart ausgestaltet, dass sie wenigstens eine, bevorzugt genau eine Druckerzeugungsvorrichtung und wenigstens eine Druckregulierungsvorrichtung aufweist.
Vorzugsweise ist die Druckregulierungsvorrichtung dabei derart eingerichtet, dass sie ein Entweichen des Drucks in die Äußere Umgebung des Gebäudes, insbesondere nicht in einen Innenraum des Gebäudes ermöglicht. Vorzugsweise ist die Druckerzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Innendruck der Tragkonstruktion einzustellen, insbesondere zu erhöhen. Dabei ist die Druckerzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Innendruck der Tragkonstruktion auf 1 bar bis 150 bar, bevorzugt auf 2 bar bis 90 bar, besonders bevorzugt auf 10 bar bis 50 bar zu erhöhen. Die dabei entstehende Wärmeenergie wird vorzugsweise über die Tragkonstruktion an die Umgebung, insbesondere zumindest einen Innenraum eines Gebäudes abgegeben. Dadurch wird eine adiabatische Zustandsänderung der Tragkonstruktion realisiert. Dabei weist die Tragkonstruktion zudem eine Fluidtemperierungsvorrichtung auf, wobei die Fluidtemperierungsvorrichtung vorzugsweise als Gebläse, insbesondere als Heißluftgebläse ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist dabei die Fluidtemperierungsvorrichtung derart eingerichtet, dass sie vor einem Ändern, insbesondere vor einem Vermindern des Innendrucks der Tragkonstruktion, insbesondere zumindest eines tragenden Elements, ein erwärmtes Fluid, insbesondere erwärmte Luft im Innern der Tragkonstruktion verteilt, wobei die Druckregulierungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie den Druck durch ein Entweichen lassen des Fluids, insbesondere der Luft in die äußere Umgebung des Gebäudes konstant hält. Somit kann ein Luftaustausch im Innern der Tragkonstruktion vorgenommen werden. Darüber hinaus ist die Druckregulierungsvorrichtung derart eingerichtet, dass sie im Anschluss an den Luftaustausch den Druck innerhalb der Tragkonstruktion ändert, vorzugsweise reduziert, beispielsweise den Druckbedingungen der Umgebung anpasst und/oder den Druck auf 1 bar und/oder um 10 bar bis 90 bar, bevorzugt um 15 bar bis 70 bar, besonders bevorzugt um 30 bar bis 50 bar reduziert. Vorteilhaft kann durch diese Ausgestaltung eine isotherme Zustandsänderung der Tragkonstruktion realisiert werden, da die zur Entspannung des Fluids, insbesondere der Luft benötigte Energie aus dem erwärmten Fluid, insbesondere der erwärmten Luft selbst gewonnen wird. Zusätzlich kann im Anschluss an die Druckreduzierung ein weiterer Austausch des Fluids, insbesondere der Luft innerhalb der Tragkonstruktion vorgesehen sein. Somit kann vorteilhaft ein Abkühlen der Tragkonstruktion, und somit ein Abkühlen des Innenraums verhindert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Tragkonstruktion derart ausgestaltet, dass sie wenigstens eine, bevorzugt genau eine Druckerzeugungsvorrichtung und wenigstens eine Druckregulierungsvorrichtung aufweist. Vorzugsweise ist die Druckregulierungsvorrichtung dabei derart eingerichtet, dass sie ein Entweichen des Drucks in die Äußere Umgebung des Gebäudes, insbesondere nicht in einen Innenraum des Gebäudes ermöglicht. Vorzugsweise ist die Druckerzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Innendruck der Tragkonstruktion einzustellen, insbesondere zu erhöhen. Dabei ist die Druckerzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet, den Innendruck der Tragkonstruktion von 2 bar bis 150 bar, bevorzugt von 10 bar bis 90 bar, besonders bevorzugt von 30 bar bis 50 bar auf 1 bar bis 140 bar, besonders bevorzugt auf 1 bar bis 90 bar, besonders bevorzugt auf 1 bar bis 40 bar zu reduzieren. Die dazu benötigte Wärmeenergie wird vorzugsweise über die Tragkonstruktion der Umgebung, insbesondere zumindest einem Innenraum eines Gebäudes entzogen. Dadurch wird eine adiabatische Zustandsänderung der Tragkonstruktion realisiert. Dabei weist die Tragkonstruktion zudem eine Fluidtemperierungsvorrichtung auf, wobei die Fluidtemperierungsvorrichtung vorzugsweise als Gebläse ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist dabei die Fluidtemperierungsvorrichtung derart eingerichtet, dass sie vor einem Ändern, insbesondere vor einem Erhöhen des Innendrucks der Tragkonstruktion, insbesondere zumindest eines tragenden Elements, ein gekühltes Fluid, insbesondere gekühlte Luft im Innern der Tragkonstruktion verteilt, wobei die Druckregulierungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie den Druck durch ein Entweichen lassen des Fluids, insbesondere der Luft in die äußere Umgebung des Gebäudes konstant hält. Somit kann ein Luftaustausch im Innern der Tragkonstruktion vorgenommen werden. Darüber hinaus ist die Druckregulierungsvorrichtung derart eingerichtet, dass sie im Anschluss an den Luftaustausch den Druck innerhalb der Tragkonstruktion ändert, vorzugsweise erhöht, beispielsweise auf 2 bar bis 150 bar, bevorzugt von 10 bar bis 90 bar, besonders bevorzugt von 30 bar bis 50 bar erhöht. Vorteilhaft kann durch diese Ausgestaltung eine isotherme Zustandsänderung der Tragkonstruktion realisiert werden, da die durch die Druckerhöhung erzeugte Wärmeenergie durch das Fluid, insbesondere durch die Luft aufgenommen wird. Zusätzlich kann im Anschluss an die Druckerhöhung ein weiterer Austausch des Fluids, insbesondere der Luft innerhalb der Tragkonstruktion vorgesehen sein. Somit kann vorteilhaft ein Erwärmen der Tragkonstruktion, und somit ein Erwärmen des Innenraums verhindert werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Tragkonstruktion als geschlossenes System ausgebildet. Darunter ist zu verstehen, die Tragkonstruktion aus derart miteinander verbundenen tragenden Elementen aufgebaut ist, dass eine Zirkulation eines Fluids innerhalb der Tragkonstruktion ermöglicht wird. Dabei weist die Tragkonstruktion eine Druckerzeugungsvorrichtung auf, wobei die Druckerzeugungsvorrichtung vorzugsweise als ein Gebläse und/oder Ventilator und/oder Lüfter, bevorzugt als Heißluftgebläse ausgelegt ist. Dabei ist der Druck, den die Druckerzeugungsvorrichtung innerhalb der Tragkonstruktion aufbaut, vorzugsweise inhomogen, nimmt also über den Strömungsweg des Fluids innerhalb der Tragkonstruktion vorzugsweise ab. Vorteilhaft wird die durch die lokale Druckerhöhung erzeugte Wärme dabei durch die Druckerzeugungsvorrichtung innerhalb der Tragkonstruktion transportiert, ohne dass außerhalb der Tragkonstruktion Luftverwirbelungen entstehen. Somit kann ein gleichmäßiges Raumklima im Innenraum gewährleistet werden. Zudem kann so eine Verwendung eines von der Umgebungsluft verschiedenen Fluids, insbesondere eines Schutzgases vereinfacht werden, da kein erneutes Befüllen des tragenden Elements durch Entweichen des Fluids notwendig ist.
Die Erfindung umfasst zudem ein Verfahren zum Einstellen einer Grundtemperatur, welches die folgenden Schritte aufweist:

S01 Ermitteln einer Innentemperatur in mindestens einem Innenraum des Gebäudes 10
S02 Abgleich der ermittelten Temperatur mit einer Solltemperatur
S03 Einstellen, insbesondere Erhöhen oder Reduzieren eines Innendrucks der Tragkonstruktion wie hierin definiert
S04 Wiederholen der Schritte S01 bis S03 bis zum Erreichen der Solltemperatur

Dabei wird die Innentemperatur in mindestens einem Innenraum eines Gebäudes erfindungsgemäß durch ein Messelement, vorzugsweise durch einen Temperatursensor erfasst.
Die ermittelte Temperatur wird vorzugsweise an eine Recheneinheit übermittelt, welche die Temperatur mit einer Solltemperatur abgleicht. Vorzugsweise ist die Solltemperatur zu diesem Zweck in einer Datenbank hinterlegt, welche zum Datenaustausch mit der Recheneinheit eingerichtet ist.
Bei Feststellen einer Abweichung zwischen der Solltemperatur und der ermittelten Temperatur erfolgt weiterhin das Einstellen, insbesondere das Erhöhen oder Reduzieren eines Innendrucks der Tragkonstruktion, wie hierin beschrieben. Vorzugsweise wird dadurch auch der Druck des sich im Inneren des tragenden Elements befindlichen Fluids geändert. Somit ändert sich auch die Wärmeenergie des Fluids, sodass zwischen dem Fluid und der Außenfläche des tragenden Elements ein Transfer von Wärmeenergie stattfindet. Dabei erfolgt über die Außenfläche des tragenden Elements weiterhin ein Transfer von Wärmeenergie zwischen dem tragenden Element und dem Innenraum des Gebäudes. Somit lässt sich die Temperatur im Innenraum des Gebäudes verändern.
Durch Wiederholung der Schritte S01 bis S03 kann so die Temperatur im Innenraum des Gebäudes eingestellt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren weiterhin den Schritt S05 Verteilen eines erwärmten Fluids innerhalb der Tragkonstruktion auf, wobei der Schritt S05 vor und/oder nach dem Schritt S03 erfolgt. Dabei wird vor und/oder nach dem Ändern, insbesondere dem Reduzieren des Innendrucks der Tragkonstruktion ein erwärmtes Fluid, insbesondere erwärmte Luft innerhalb der Tragkonstruktion verteilt, vorzugsweise mittels eines Gebläses, besonders bevorzugt mittels eines Heißluftgebläses. Somit wird die Wärmeenergie des Fluids innerhalb der Tragkonstruktion erhöht. Vorteilhaft kann so bei einer Druckminderung innerhalb der Tragkonstruktion ein Abkühlen der Tragkonstruktion und damit auch ein Abkühlen des Innenraums des Gebäudes verhindert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren weiterhin den Schritt S06 Verteilen eines gekühlten Fluids innerhalb der Tragkonstruktion auf, wobei der Schritt S06 vor und/oder nach dem Schritt S03 erfolgt. Dabei wird vor und/oder nach dem Ändern, insbesondere dem Erhöhen des Innendrucks der Tragkonstruktion ein gekühltes Fluid, insbesondere gekühlte Luft innerhalb der Tragkonstruktion verteilt, vorzugsweise mittels eines Gebläses. Somit wird die Wärmeenergie des Fluids innerhalb der Tragkonstruktion reduziert. Vorteilhaft kann so bei einer Druckerhöhung innerhalb der Tragkonstruktion ein Erwärmen der Tragkonstruktion und damit auch ein Erwärmen des Innenraums des Gebäudes verhindert werden.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Es werden nachfolgend Ausführungsbeispiele dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1:: Schematische Darstellung des Längsschnitts eines erfindungsgemäßen tragenden Elements
Fig. 2:: Schematische Darstellung des Querschnitts eines erfindungsgemäßen tragenden Elements
Fig. 3:: Perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion zum Klimatisieren des Innenraums eines Gebäudes, wobei als Druckerzeugungsvorrichtung ein Kompressor fungiert
Fig. 4:: Perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion zum Klimatisieren des Innenraums eines Gebäudes, wobei als Druckerzeugungsvorrichtung ein Gebläse fungiert
Fig. 5: Perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion zum Klimatisieren des Innenraums eines Gebäudes, wobei tragende Elemente zum Einsatz kommen, die entlang einer Diagonale einer Wand eines Innenraums angeordnet sind
Fig. 6: Perspektivische Darstellung eines Skeletttragwerks

Die Fig. 1A zeigt eine Ausführungsform einen Längsschnitt eines tragenden Elements 2, wobei das tragende Element 2 eine rechteckige, insbesondere quadratische Grundfläche aufweist. Das tragende Element 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Mantelfläche 5 auf, die sich in vier Seitenflächen unterteilt. Dabei entspricht in diesem Ausführungsbeispiel jede Seitenfläche einem Flächenabschnitt 5.1. In diesem Ausführungsbeispiel ist das tragende Element 2 als Hohlkörper 3 ausgebildet, welcher in seinem Inneren ein Volumen 3.1 einschließt. Dabei ist der Hohlkörper 3 mit einem Fluid 4 gefüllt, wobei es sich bei dem Fluid 4 in diesem Ausführungsbeispiel um Luft, insbesondere Umgebungsluft handelt.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines tragenden Elements 2 einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1. Analog zu Figur 1 weist das tragende Element 2 eine rechteckige, insbesondere quadratische Grundfläche auf. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das tragende Element 2 als Hohlkörper 3 ausgebildet, welcher in seinem Inneren ein Volumen 3.1 einschließt.
Die Fig. 3 zeigt in einem Ausführungsbeispiel einen Teil eines Aufbaus einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 in einem Innenraum 6 eines Gebäudes 11, aufweisend eine Umwandung 7. Dabei weist der abgebildete Teil der Tragkonstruktion 1 drei tragende Elemente 2, 2.1, 2.2 auf, welche miteinander stoffschlüssig durch eine Schweißverbindung verbunden sind. Dabei besteht zwischen den tragenden Elementen 2, 2.1, 2.2 eine fluidische Verbindung; ein Fluidaustausch zwischen den tragenden Elementen 2, 2.1, 2.2 ist somit ermöglicht. Die Tragkonstruktion 1 weist weiterhin eine Druckerzeugungsvorrichtung 9 auf, wobei die Druckerzeugungsvorrichtung 9 in diesem Beispiel als ein Kompressor ausgestaltet ist. Der Kompressor ist dabei dazu eingerichtet, den Innendruck der Tragkonstruktion 1 zu erhöhen, vorzugsweise auf 1 bar bis 150 bar, bevorzugt auf 2 bar bis 90 bar, besonders bevorzugt auf 10 bar bis 50 bar zu erhöhen.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Tragkonstruktion 1 in diesem Ausführungsbeispiel zwei Druckregulierungsvorrichtungen 8 auf. Eine Druckregulierungsvorrichtung 8 ist dabei vorzugsweise als ein Druckventil ausgestaltet. Das Druckventil reduziert den Druck innerhalb der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 automatisch beim Erreichen von einem Innendruck welcher höchstens 150 bar, bevorzugt höchstens 90 bar, besonders bevorzugt höchstens 50 bar beträgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei eine weitere Druckregulierungsvorrichtung 8 auf, welche vorzugsweise als Druckminderer ausgestaltet ist, wobei der Druckminderer derart eingerichtet ist, dass er den von der Druckerzeugungsvorrichtung 9, insbesondere dem Kompressor erzeugten Druck reduziert.
Fig. 4 zeigt in einem Ausführungsbeispiel analog zu Fig. 3 einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1, wobei die Druckerzeugungsvorrichtung 9 als ein Gebläse, insbesondere ein Heißluftgebläse ausgestaltet ist und dazu ausgelegt ist, den Innendruck der Tragkonstruktion 1 auf vorzugsweise 1 bar bis 10 bar, bevorzugt 1 bar bis 5 bar, besonders bevorzugt auf 1 bar bis 2 bar zu erhöhen. Zusätzlich weist die Tragkonstruktion 1 in diesem Ausführungsbeispiel auch ein Zirkulationselement 10 auf, welches derart eingerichtet, dass es für eine Umverteilung, insbesondere eine Umwälzung des Fluids im Inneren des tragenden Elements 2, 2.1, 2.2 sorgt. Vorteilhaft erlaubt eine solche Ausgestaltung eine gute Zirkulation der Wärmeenergie innerhalb der Tragkonstruktion 1 .
Fig. 5 zeigt in einem Ausführungsbeispiel analog zu Fig. 4 einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1, wobei die Druckerzeugungsvorrichtung 9 als ein Gebläse, insbesondere ein Heißluftgebläse ausgestaltet ist und dazu ausgelegt ist, den Innendruck der Tragkonstruktion 1 auf vorzugsweise 1 bar bis 10 bar, bevorzugt 1 bar bis 5 bar, besonders bevorzugt auf 1 bar bis 2 bar zu erhöhen. Zusätzlich weist dieses Ausführungsbeispiel weitere tragende Elemente 2.3 auf, welche mit einer Seitenfläche des Innenraums, insbesondere dem Boden einen Winkel einschließen. Dabei sind die tragenden Elemente 2.3 insbesondere entlang der Diagonalen einer Wand angeordnet. Die tragenden Elemente 2.3 sind dabei als Vierkantrohre mit einer rechteckigen Grundfläche ausgestaltet und weisen eine zweite Seitenlänge b auf, die von der ersten Seitenlänge a verschieden, insbesondere kleiner als diese ist.
Fig. 6 zeigt in einem Ausführungsbeispiel ein Skeletttragwerk in einer möglichen Anordnung einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion, wobei die zur Druckerzeugung und -regulierung notwendigen Bestandteile hier nicht gezeigt sind.
Dabei ist die Tragkonstruktion 1 hier aus einer Mehrzahl tragender Elemente, insbesondere aus 28 tragenden Elementen 2, 2.1, 2.2 gebildet. Jedes tragende Element 2, 2.1, 2.2 weist dabei eine Mantelfläche 5 aufweisend zumindest einen Flächenabschnitt 5.1 oder weitere Flächenabschnitte 5.2, 5.3 auf. Eine solche Tragkonstruktion 1 eignet sich insbesondere als Tragwerk für ein Einfamilienhaus.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Tragkonstruktion
2: Tragendes Element
2.1: Zweites tragendes Element
2.2: Weiteres tragendes Element
3: Hohlkörper
3.1: Eingeschlossenes Volumen
4: Fluid
5: Mantelfläche
5.1: Flächenabschnitt
5.2: Zweiter Flächenabschnitt
5.3: Weiterer Flächenabschnitt
6: Innenraum
7: Umwandung
8: Druckregulierungsvorrichtung
9: Druckerzeugungsvorrichtung
10: Zirkulationselement
11: Gebäude

Claims

Tragkonstruktion 1 zum Einstellen eines Raumklimas aufweisend
mindestens ein tragendes Element 2 wobei das tragende Element 2 im Wesentlichen als ein Hohlkörper 3 ausgebildet ist, wobei der Hohlkörper ein Volumen 3.1 einschließt, wobei das von dem Hohlkörper 3 eingeschlossene Volumen 3.1 dazu eingerichtet ist mit einem Fluid 4 befüllt zu werden,

wobei das tragende Element eine Mantelfläche 5 aufweist, wobei die Mantelfläche 5 zumindest einen Flächenabschnitt 5.1 aufweist, der zum Innenraum 6 eines Gebäudes 11 weist,

wobei die Tragkonstruktion 1 dazu eingerichtet ist, die strukturelle Stabilität eines Gebäudes 11 zu gewährleisten oder dazu beizutragen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlkörper 3 derart ausgestaltet ist, dass zwischen dem vom Hohlkörper 3 eingeschlossenen Volumen 3.1 und dem Innenraum 6 des Gebäudes 11 kein Fluidaustausch möglich ist,

die Tragkonstruktion 1 dazu eingerichtet ist, dass ein Innendruck der Tragkonstruktion 1 eingestellt werden kann,

wobei die Tragkonstruktion 1 dazu eingerichtet ist, eine Wärmenergie des Fluids 4 über den zumindest einen in den Innenraum 6 des Gebäudes 11 weisenden Flächenabschnitt 5.1 des mindestens einen tragenden Elements 2 an den Innenraum 6 des Gebäudes 11 abzugeben und/oder eine Wärmeenergie des Innenraums 6 des Gebäudes 11 an das Fluid 4 abzugeben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Tragkonstruktion 1 dazu eingerichtet ist, die Temperatur eines Innenraums 6 einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Tragkonstruktion 1 zumindest ein zweites und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element (2.1, 2.2) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Tragkonstruktion 1 modular aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Tragkonstruktion 1 zumindest ein erstes tragendes Element 2 oder ein erstes tragendes Element 2 und zumindest ein zweites tragendes Element 2.1 und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element 2.2 aufweist, wobei das erste und/oder das zweite und/oder das weitere tragende Element (2, 2.1, 2.2) mindestens jeweils zwei oder drei in den Innenraum 6 weisende Flächenabschnitte (5.1, 5.2, 5.3) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Tragkonstruktion 1 zumindest ein erstes tragendes Element 2 oder ein erstes tragendes Element 2 und zumindest ein zweites tragendes Element 2.1 und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element 2.2 aufweist, wobei das erste und/oder das zweite und/oder das weitere tragende Element (2, 2.1, 2.2) zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m*K) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Tragkonstruktion 1 zumindest ein erstes tragendes Element 2 oder ein erstes tragendes Element 2 und zumindest ein zweites tragendes Element 2.1 und/oder zumindest ein weiteres tragendes Element 2.2 aufweist, wobei das erste und/oder das zweite und/oder das weitere tragende Element (2, 2.1, 2.2) mindestens einen weiteren Flächenabschnitt 5.4 aufweist, wobei der weitere Flächenabschnitt 5.4 auf eine Umwandung 7 des Innenraums 6 weist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung mindestens eine Druckerzeugungsvorrichtung 9 aufweist, wobei die Druckerzeugungsvorrichtung 9 dazu eingerichtet ist, den Innendruck innerhalb der Tragkonstruktion im Bereich von 1 bar bis 150 bar zu verändern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Druckregulierungsvorrichtung 8 dazu eingerichtet ist, den Innendruck der Tragkonstruktion in einem Bereich von 1 bar bis 120 bar zu einzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Tragkonstruktion dazu eingerichtet ist, zu Zeiten, in denen die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen einen Sollwert überschreitet, einen Druck innerhalb der Tragkonstruktion zu erzeugen, sodass die Tragkonstruktion Druckluft speichert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Tragkonstruktion eine Energierückgewinnungsvorrichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei im Innern der Tragkonstruktion zumindest ein Zirkulationselement 10 angeordnet ist.
Verfahren zum Einstellen einer Grundtemperatur in zumindest einem Innenraum 6 eines Gebäudes 11 mittels einer Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend die folgenden Schritte:
S01 Ermitteln einer Innentemperatur im Innenraum 6 des Gebäudes 11

S02 Abgleich der ermittelten Innentemperatur mit einer Solltemperatur

S03 Einstellen, insbesondere Erhöhen oder Reduzieren, eines Innendrucks der Tragkonstruktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16

S04 Wiederholen der Schritte S01 bis S03 bis zum Erreichen der Solltemperatur.
Verfahren gemäß Anspruch 13, aufweisend den folgenden Schritt:
S05 Verteilen eines erwärmten Fluids innerhalb der Tragkonstruktion,

wobei der Schritt S05 vor und/oder nach dem Schritt S03 erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, aufweisend den folgenden Schritt:
S06 Verteilen eines gekühlten Fluids innerhalb der Tragkonstruktion,

wobei der Schritt S06 vor und/oder nach dem Schritt S03 erfolgt.