WO2004003309A1 - Raumelement zur verbesserung der wärmespeicherkapazität von räumen - Google Patents

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WO2004003309A1
WO2004003309A1 PCT/EP2003/007013 EP0307013W WO2004003309A1 WO 2004003309 A1 WO2004003309 A1 WO 2004003309A1 EP 0307013 W EP0307013 W EP 0307013W WO 2004003309 A1 WO2004003309 A1 WO 2004003309A1
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walls
heat storage
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PCT/EP2003/007013
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Armin Schwab
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Ingenieurbüro Dr. Armin Schwab
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/44—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose
    • E04C2/52—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose with special adaptations for auxiliary purposes, e.g. serving for locating conduits
    • E04C2/521—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the purpose with special adaptations for auxiliary purposes, e.g. serving for locating conduits serving for locating conduits; for ventilating, heating or cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a room element for improving the heat storage capacity of rooms according to the preamble of claim 1.
  • WO92 / 07150 describes such a room element, which can be designed as a wall panel, suspended ceiling panel or top ceiling panel and can be filled with water. The water is circulated at the desired speed and flows through the room element. In addition to the function of water as heating or as cooling of the room element, the additional function of water becomes Improvement of acoustic insulation and for fire retardancy mentioned.
  • the invention has for its object to propose a space element with which the energy consumption can be reduced, especially in summer.
  • the invention is based on the idea to design a space element for improving the heat storage capacity of rooms, having at least one fillable with water or other fluid or material as a filling medium cavity of fixed walls ⁇ 'ofrang ⁇ ementes is limited so that the filling medium serves as a heat storage medium.
  • the filling medium makes a considerable contribution to the total heat storage capacity of the room element filled with filling medium.
  • the filling medium is specifically selected and used in order to achieve the object on which the invention is based with its high heat storage capacity.
  • the heat storage capacity is understood to mean the product of mass and heat capacity.
  • the proportion of the heat storage capacity of the filling medium in the total heat storage capacity of the spatial element filled with filling medium is preferably at least 30%, preferably at least 50%, more preferably at least 75% and most preferably at least 90%. If the preferred percentages are above 50%, the product of the mass and heat capacity of the water is higher than the product of the mass and heat capacity of the masses of the space element surrounding the cavity when the space element is filled with water.
  • the masses surrounding the cavity should be understood to mean that not only the masses surrounding walls, but also a possible mass in which the walls are embedded is included. If, for example, metal pipes are cast in a concrete block, the masses surrounding the cavity are formed both from the metal pipes and from the concrete block.
  • the walls or the surrounding masses of the room element also have heat storage capacity, but the essence of the invention lies in the fact that certain filling media, such as water, are better suited for this than the masses of the room element surrounding the cavity.
  • the filling medium water proposed as an example has, for example, a high heat storage capacity with a comparatively low weight.
  • Such a room element can reduce the risk of overheating in air-conditioned rooms. This is particularly important in the non-residential area in summer. For example, be provided to the interior of the building and thus the buildings are cooled during the night and in particular the space element are cooled in offices for access' cool night air. If there is strong sunshine during the day, a relatively high total amount of heat can then be stored in the room element and, as a result of the desired high heat storage capacity of the filling medium (eg water), the room element can be "refueled” as it were. This means that the temperature effects are dampened throughout the day, both in strong sunshine and when cooling down at night, which means that the cooling loads in air-conditioned rooms can be reduced in summer. In view of the fact that cooling energy in particular is very expensive, this measure can reduce energy consumption in summer.
  • the filling medium eg water
  • the room elements according to the invention can also act to increase the heating requirement during the night in rooms that are less exposed to direct sunlight, or during the transition seasons Reduce.
  • the space element according to the invention can reduce the energy requirement by taking advantage of the balancing effect between day and night already described above by increasing the heat storage capacity of the entire space.
  • the room element is preferably a partition, a suspended ceiling element, a double floor or a decorative room object.
  • a partition it is preferably made to be floor-high, but space-dividing heights, as is customary in open-plan offices, are also conceivable.
  • the increase in the heat storage capacity of the room is important in the room element according to the invention, so that, in contrast to conventional radiators, there are no comparable requirements in terms of arrangement in the room or design with a high heat transfer surface.
  • the space element can thus be made very variable, as long as there is the possibility of providing a sufficiently high storage volume for the filling medium.
  • the space element can preferably be filled with water as the filling medium. It should be clear that this does not have to be chemically pure water. As will be explained later, the water can be mixed with various additives to improve the chemical properties, but also where this is useful and desirable to improve the visual appearance.
  • water in connection with the filling medium should therefore be understood to mean that water is the main component of the Cavity of the space element contained heat storage fluid.
  • the room element is a ceiling element, this can be assembled from individual elements that can be combined with one another and / or with lighting units and / or sound-absorbing elements and / or cable ducts.
  • the room elements designed as ceiling elements can thus be combined with other functional ceiling elements within the framework of a modular ceiling structure.
  • the outer surface of the walls is highly heat-absorbing and / or highly emissive.
  • the walls do not have the function of storing heat, but serve to transport the heat between the room and the water as a heat storage medium.
  • the walls of the room element can consist of metal, in particular steel, aluminum, copper or brass. Alternatively, it is also possible to e.g. made of plastic or glass.
  • steel If steel is used, it can be coated, in particular in order to achieve a decorative effect. In the same way, the use of galvanized steel is also possible. When using stainless steel, it can be bright rolled, blasted, pickled or electrolytically colored. Stainless steel can also be closed coat and provide it with a desired design surface. When using aluminum, an anodized surface is recommended. Aluminum can also be coated and provided with a desired structure, such as ribs, or a design surface.
  • the surface of the walls is sound-absorbing. In this way, in addition to the main function as a heat storage element, another desired property of the room element can be achieved.
  • the walls of the cavities may include, for example horizontally or vertically arranged tubes connected to each other and preferably • welded together or glued or inserted into each other.
  • This design has the advantage that the heat storage mass is surrounded by a relatively large surface and thus the heat transport into and out of the heat storage mass is increased. Furthermore, by dividing the water volume into smaller chambers, the hydrostatic pressures and the measures required to absorb them can be reduced.
  • the cavities are filled with liquid as the filling medium and open at the top, or if the surfaces are open to diffusion, humidification of the room air can be achieved in a simple manner.
  • the spatial elements can also comprise walls which are designed as a cover surface and are connected to one another in a positive or non-positive manner, glued or inserted.
  • the spatial elements can also comprise walls which are designed as a cover surface and are connected to one another in a positive or non-positive manner, glued or inserted.
  • the at least one cavity has an inflow and outflow, which can also be designed as a combined inflow and outflow opening.
  • static systems these serve to empty the room elements in order to empty the content of filling medium so that fresh filling medium can be filled into the room element through the feed line.
  • the feed line also serves to replace evaporated water.
  • the room elements can be connected to a water circuit via the inlet and outlet. The advantage over static elements is that a more targeted energy distribution within a building is possible.
  • energy can also be distributed from the sun-heated side of the building to an unheated side.
  • This measure allows the entire available storage capacity to be used even more effectively because the heat flow into the room elements is proportional to the driving temperature gradient and therefore, with increasing heating of the room elements, less heat is transported into the filling medium serving as a heat store.
  • the heat can be most effectively absorbed at the position in the building with the highest energy input, which not only benefits in terms of optimal energy utilization, but also the feeling of comfort in the building Room.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a spatial element composed of individual vertical tubes
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of a
  • Space element consisting of horizontal tubes shows
  • Fig. 4a and 4b shows alternatives in which way
  • Pipe bundles of existing spatial elements according to FIGS. 2 and 3 can be fluidly connected to one another;
  • Fig. 5 shows a sectional view of a ceiling structure.
  • Fig. 1 shows schematically a trough-shaped room element, which is intended to represent an example of a partition between rooms.
  • the partition wall can have a variable height and can be configured as high as a storey.
  • the partition stands on the stand elements 12 and is divided into individual chambers 14a, 14b, 14c and 14d.
  • the individual chambers are arranged one above the other, but are not hydraulically connected to one another. This has the advantage that the hydrostatic pressure only works for each individual element.
  • the individual chambers can be completely filled with water, but it is also possible to fill them only partially, as shown by the chamber 14d.
  • the chamber 14d could also be an open trough, while the other chambers are closed cavities.
  • Fig. 1 is shown so strongly schematically to be able to explain a further variant based on this figure, which is a single, open-top tub, which are provided with stiffeners 16 for absorbing pressure.
  • a similar element as shown in FIG. 1 can also be used as a ceiling panel or floor structure, the standing element 12 being omitted.
  • Suspended ceilings or floors can also be assembled from basic shapes and, as explained above, the individual room elements can also be coupled with other functional elements such as lighting units, cable routes, smoke detectors or sound-absorbing elements.
  • the smoke detectors integrated in the cover elements can comprise a wax valve, the outlet opening of which is exposed for the filling medium at a suitable ambient temperature, so that water can spray out of the ceiling element for a short time as if from a sprinkler. Spraying can also be assisted with the help of a gas under pressure.
  • a gas under pressure for example, in addition to extinguishing liquid, air can also be arranged under pressure in the ceiling element and support the spraying out of extinguishing liquid from one or more valves at the same time.
  • the liquid contained in a ceiling or wall element is to be used for extinguishing purposes, it can also be mixed with suitable additives, which are particularly suitable for fire fighting.
  • the element shown in FIG. 1 can also be integrated in an office furniture in the same way or can be arranged as a double-walled wall element in the room. It is also possible to clad office furniture with water-filled panels.
  • forced air convection can be generated, which can be carried out with the aid of a suitable element, e.g. a fan is guided over the room element.
  • the panels can have any shape as long as the basic requirement is met to absorb the hydrostatic pressure of the water.
  • the panels can consist of two cover plates with welded edges and the cover plates can be smooth or ribbed.
  • the panels can also consist of trapezoidal surfaces.
  • FIG. 2 shows a spatial element that includes ⁇ a vertically disposed tube register.
  • the individual tubes 18 can be hermetically sealed or open at the top. There is also variability in the shape of the individual tubes. So it can be round tubes. Trade rectangular tubes or oval tubes. 2 does not show how the individual tubes are connected to one another. This can be done by welding or gluing the individual pipes together, but also by opening pipes with deflection pieces on both sides connected, which can be plugged or squeezed onto the pipe ends. Deviating from this, of course, all alternatives known in technology are conceivable for producing a firm connection between the pipes.
  • Fig. 3 also shows schematically a pipe register consisting of horizontally arranged pipes.
  • the pipe register can be provided with planking, not shown in FIG. 3.
  • the individual pipes filled with water can be closed at the end, but also, as can be seen from the schematic illustration in FIGS. 4a and 4b, have a common inlet area 20 and outlet area 22.
  • the individual tubes 18 must be in fluid communication with one another, for which purpose, as shown in FIG Drain channel 26 or, according to FIG. 4b, two adjacent pipe ends are connected to one another via a pipe deflection. 4a and 4b would be operated as a dynamic system and the filling medium would flow through them, in the embodiment according to FIG.
  • FIGS. 4a and 4b there would be a flow through each tube, which from left to right in the plane of the drawing according to FIG 4a runs.
  • each pipe arranged above it in the drawing plane according to FIG. 4b would be flowed through in the opposite direction of flow, starting at the inlet area 20, until the filling medium flows out of the outlet area 22 at the pipe located at the top.
  • the reference to a dynamic system in connection with FIGS. 4a and 4b is only intended to clarify the connection of the individual tubes. It can of course be a static system in the same way as the connection of the individual, 4a and 4b tubes arranged side by side is not limited to tubes arranged horizontally. Any pipe register may be connected to one another in one of the ways shown in FIGS. 4a and 4b if it is desired that only a single cavity or a plurality of interconnected cavities be formed.
  • the heat-storing filling medium in the room element can be normal tap water.
  • tap water is cheap.
  • demineralized water or similar The disadvantage, however, is that such water is more expensive and it is important in the spatial element according to the invention to provide as large a volume of water as possible.
  • the walls of which consist entirely or partially of glass, colored or suspended water can also be used to achieve special visual effects.
  • FIG. 5 shows a sectional view of a ceiling structure in which, with the interposition of an insulation layer 28, a space element is fastened to the ceiling, which has various chambers 30, each of which is filled with water as the filling medium.
  • the shape of the water-filled spatial element results in a rib structure with ribs running perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 5, which can be arranged in the longitudinal direction continuously or else interrupted or offset from one another. It is too possible to arrange the water-filled chambers so that a structure similar to a cassette ceiling results.
  • intermediate spaces 32 which can additionally be provided with openings 34 to the insulation layer in order to further improve the acoustic insulation, which is already improved by the structured surface.
  • An embodiment not shown in the figures relates to the design of a room element that is integrated in a radiator.
  • a "double radiator” can consist of two parts, one part being connected to the heating system of the building like a conventional radiator and, if necessary, hot water flowing through it as the heat transfer medium.
  • the second part of the "double radiator” corresponds to the space element according to the invention and contains a water storage device in which the water does not have the function of a heat transfer medium, as in the first-mentioned part, but the function of a heat storage medium.
  • the essence of the invention is that the filling medium contained therein is used as a heat storage medium and thus increases the overall heat storage capacity of the room.

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Abstract

Ein Raumelement zur Verbesserung der Wärmespeicherkapazität von Räumen umfasst mindestens einen Hohlraum, der von festen Wandungen des Raumelementes begrenzt ist und mit einem Füllmedium befüllbar ist, wobei das Füllmedium als Wärmespeichermedium eingesetzt ist. In dem mit Füllmedium befüllten Zustand des Raumelementes leistet das Produkt aus Wasser und Wärmekapazität des Füllmediums einen beträchtlichen Beitrag am gesamten Wärmespeichervermögen des mit Füllmedium gefüllten Raumelements.

Description

Raumβlement zur Verbesserung der Wärmespeicherkapazität von Räumen
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Raumelement zur Verbesserung der Wärmespeicherkapazität von Räumen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Die Verwendung von wasserdurchströmten Leitungen für Heiz- und Kühlzwecke ist bereits seit der Antike bekannt. Bei diesen Systemen, die vergleichbar heutigen Zentralheizungen mit wasserdurchströmten Heizkreisläufen sind, wird das Wasser als Wärmeübertragungsmedium verwendet. Gleiches gilt für Klimaanlagen, bei denen Raumelemente von Wasser durchströmt werden und dabei Wärme vom Wasser aufgenommen und abtransportiert wird.
Im Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, bei denen jeweils Heiz- und/oder Kühlleitungen in Raumelemente integriert sind. In all diesen Fällen liegt nur ein kleines Wasservolumen vor und Beton oder ein anderer Baustoff bildet die eigentliche Speichermasse. Die Wasserleitungen dienen dazu, der Speichermasse Wärme zu liefern oder von dieser abzuziehen.
Die WO92/07150 beschreibt ein derartiges Raumelement, das als Wandpaneel, Unterdeckenpaneel oder Oberdeckenpaneel ausgestaltet sein kann und mit einer Wasserfüllung versehen werden kann. Das Wasser wird mit gewünschter Geschwindigkeit zirkuliert und durchströmt dabei das Raumelement. Neben der Funktion des Wassers als Heizung oder als Kühlung des Raumelementes wird die zusätzliche Funktion des Wassers zur Verbesserung der Akustikdämmung und für die Feuerhemmung erwähnt .
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Raumelement vorzuschlagen, mit dem insbesondere im Sommer der Energieverbrauch gesenkt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Raumelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung folgen aus den übrigen Ansprüchen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Raumelement zur Verbesserung der Wärmespeicherkapazität von Räumen, das mindestens einen mit Wasser oder einem anderen Fluid oder Stoff als Füllmedium befüllbaren Hohlraum besitzt, der von festen Wandungen■' des Räumeϊementes begrenzt ist, so auszugestalten, dass das Füllmedium als Wärmespeichermedium dient. Das Füllmedium leistet einen beträchtlichen Beitrag am gesamten Wärmespeichervermögen des mit Füllmedium gefüllten Raumelementes. In anderen Worten wird das Füllmedium gezielt ausgewählt und eingesetzt, um mit seinem hohen Wärmespeichervermögen die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen. Unter dem Wärmespeichervermögen wird dabei das Produkt aus Masse und Wärmekapazität verstanden. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Wärmespeichervermögens des Füllmediums am gesamten Wärmespeichervermögen des mit Füllmedium gefüllten Raumelementes mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50%, mehr bevorzugt mindestens 75% und am meisten bevorzugt mindestens 90%. Liegen die bevorzugten Prozentanteile über 50%, so ist in dem mit Wasser befüllten Zustand des Raumelements das Produkt aus Masse und Wärmekapazität des Wassers höher ist als das Produkt aus Masse und Wärmekapazität der den Hohlraum umgebenden Massen des Raumelements. Unter den den Hohlraum umgebenden Massen soll verstanden werden, dass nicht nur die den Hohlraum umgebenden Wandungen, sondern auch eine mögliche Masse, in welche die Wandungen eingebettet sind, mit umfasst ist. Sind beispielsweise Metallrohre in einem Betonblock eingegossen, so sind die den Hohlraum umgebenden Massen sowohl aus den Metallrohren als auch dem Betonblock gebildet. Es ist offensichtlich, dass auch die Wandungen bzw. umgebenden Massen des Raumelementes Wärmespeichervermögen besitzen, doch liegt der Kern der Erfindung darin, dass bestimmte Füllmedien, wie Z.B. Wasser hierfür besser geeignet sind, als die den Hohlraum umgebenden Massen des Raumelementes . Das beispielhaft vorgeschlagene Füllmedium Wasser besitzt z.B. eine hohe Wärmespeicherkapazität bei vergleichsweise geringem Gewicht .
Durch ein derartiges Raumelement lässt sich in klimatisierten Räumen das Überhitzungsrisiko reduzieren. Dies ist insbesondere im Nichtwohnungsbereich im Sommer wichtig. So kann beispielsweise in Büroräumen für den Zutritt' kühler Nachtluft zum Gebäudeinneren gesorgt werden und somit während der Nachtstunden das Gebäude abgekühlt werden und insbesondere das Raumelement abgekühlt werden. Bei starker Sonneneinstrahlung während des Tages kann anschließend wieder eine relativ hohe Gesamtwärmemenge im Raumelement gespeichert werden und, durch die angestrebte hohe Wärmespeicherkapazität des Füllmediums (z.B. Wasser), das Raumelement gleichsam "aufgetankt" werden. Es findet somit über den Tag verteilt eine Dämpfung der Temperatureffekte sowohl bei starker Sonneinstrahlung wie auch bei der- Abkühlung nachts statt, wodurch sich im Sommer die Kühllasten in klimatisierten Räumen reduzieren lassen. Im Hinblick darauf, dass insbesondere die Kühlenergie sehr teuer ist, lässt sich durch diese Maßnahme der Energieverbrauch im Sommer reduzieren.
In gleicher Weise können die erfindungsgemäßen Raumelemente aber auch dahingehend wirken, um in Räumen, die direkter Sonneinstrahlung weniger ausgesetzt sind, oder aber während der ÜbergangsJahreszeiten den Heizbedarf während der Nacht zu vermindern. So kann es beispielsweise in Mitteleuropa oder anderen gemäßigten Zonen im Frühling oder Herbst häufig vorkommen, dass sich Räume tagsüber so stark aufheizen, dass die entstehende Wärme durch das Öffnen der Fenster abgeführt werden muss, während die Nächte kalt sind und Heizenergie zugeführt werden muss . Auch in diesem Fall kann das erfindungsgemäße Raumelement den Energiebedarf vermindern, indem durch die Erhöhung der Wärmespeicherkapazität des gesamten Raumes der bereits oben beschriebene ausgleichende Effekt zwischen Tag und Nacht zunutze gemacht wird.
Vorzugsweise ist das Raumelement eine Trennwand, ein abgehängtes Deckenelement, ein Doppelboden oder ein dekoratives Raumobjekt. Im Falle einer Trennwand wird diese vorzugsweise geschosshoch ausgeführt, doch sind auch raumteilende Höhen, wie in Großraumbüros üblich, denkbar. Wie oben beschrieben wurde, kommt es bei dem erfindungsgemäßen Raumelement auf die Erhöhung der Wärmespeicherkapazität des Raumes an, so dass, anders als bei herkömmlichen Radiatoren, weder in Bezug auf die Anordnung im Raum noch auf die Gestaltung mit einer hohen Wärmeübertragungsoberfläche vergleichbare Erfordernisse bestehen. Das Raumelement kann somit sehr variabel gestaltet werden, solange die Möglichkeit besteht, ein ausreichend hohes Speichervolumen für Füllmedium vorzusehen.
Voranstehend wurde dargelegt, dass das Raumelement vorzugsweise mit Wasser als Füllmedium befüllbar ist, Es sollte deutlich sein, dass es sich hierbei nicht um chemisch reines Wasser handeln muss. Wie später dargelegt werden wird, kann das Wasser mit verschiedenen Zusätzen zur Verbesserung der chemischen Eigenschaften, aber auch wo dies sinnvoll und erwünscht ist, zur Verbesserung des optischen Erscheinungsbildes versetzt werden. Der Begriff "Wasser" im Zusammenhang mit dem Füllmedium sollte daher dahingehend verstanden werden, dass Wasser die Hauptkomponente der im Hohlraum des Raumelementes enthaltenen Wärmespeicherflüssigkeit ist.
Wenn das Raumelement ein Deckenelement ist, so kann dies aus Einzelelementen zusammensetzbar sein, die miteinander und/oder mit Leuchteneinheiten und/oder schallabsorbierenden Elementen und/oder Kabelkanälen kombinierbar sind. Die als Deckenelement gestalteten Raumelemente lassen sich somit im Rahmen eines modulartigen Deckenaufbaus mit anderen funktionalen Deckenelementen kombinieren.
Alternativ ist es auch möglich, dass die erfindungsgemäßen Raumelemente in einen funktionalen Einrichtungsgegenstand zu integrieren.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Außenoberfläche der Wandungen hoch wärmeabsorbierend und/oder hoch emittierend. Wie oben ausgeführt wurde, besitzen die Wandungen nicht die Funktion einer Wärmespeicherung, sondern dienen dazu, die Wärme zwischen dem Raum und dem Wasser als WärmeSpeichermedium zu transportieren. Zu diesem Zweck ist es natürlich vorteilhaft, die Wandungen so auszugestalten, dass sie sich durch hochwärmeabsorbierende und/oder hochemittierende Eigenschaften besonders gut für diese Aufgabe eignen.
Die Wandungen des Raumelementes können aus Metall bestehen, insbesondere aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder Messing. Alternativ ist es aber auch möglich, die Wandungen z.B. aus Kunststoff oder aus Glas vorzusehen.
Bei der Verwendung von Stahl kann dieser beschichtet sein, insbesondere um einen dekorativen Effekt zu erzielen. In gleicher Weise ist auch die Verwendung eines verzinkten Stahls möglich. Bei der Verwendung von Edelstahl kann dieser walzblank, gestrahlt, gebeizt oder auch elektrolytisch gefärbt sein. Auch bei Edelstahl ist es möglich, diesen zu beschichten und mit einer gewünschten Designoberfläche zu versehen. Bei der Verwendung von Aluminium bietet sich eine anodisierte Oberfläche an. Auch Aluminium kann beschichtet und mit einer gewünschten Struktur, wie z.B. Rippen, oder Designoberfläche versehen sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Oberfläche der Wandungen schallabsorbierend. Es lässt sich auf diese Weise neben der eigentlichen Hauptfunktion als Wärmespeicherelement noch eine weitere, gewünschte Eigenschaft des Raumelementes erzielen.
In Bezug auf die Gestaltung der Hohlräume sind verschiedene Konzepte denkbar.
So können beispielsweise die Wandungen der Hohlräume horizontal oder vertikal angeordnete Rohre umfassen, die miteinander verbunden und vorzugsweise miteinander • verschweißt oder verklebt oder ineinander gesteckt sind. Diese Gestaltung besitzt den Vorteil, dass die Wärmespeichermasse von einer relativ großen Oberfläche umgeben ist und somit der Wärmetransport in die Wärmespeichermasse und aus dieser heraus erhöht ist. Weiterhin lassen sich durch die Unterteilung des Wasservolumens in kleinere Kammern die hydrostatischen Drücke und die zu ihrer Aufnahme benötigten Maßnahmen reduzieren.
Wenn die Hohlräume mit Flüssigkeit als Füllmedium gefüllt und nach oben offen sind oder aber die Oberflächen diffusionsoffen sind, lässt sich auf einfache Weise eine Befeuchtung der Raumluft erzielen.
Alternativ zu der oben beschriebenen Variante, nach der die Wandungen Rohre umfassen, können die Raumelemente auch Wandungen umfassen, die als Deckfläche ausgestaltet sind und miteinander form- oder kraftschlüssig verbunden, verklebt oder gesteckt sind. Zur Unterteilung einzelner Kammern können hierbei vorteilhafterweise Zwischenstege vorhanden sein, die sich zwischen den zu dem mindestens einen Holraum gerichteten Flächen der Wandungen erstrecken.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der mindestens eine Hohlraum einen Zu- und Abfluss, der auch als kombinierte Zu- und Abflussöffnung ausgestaltet sein kann. Bei sogenannten statischen Systemen dienen diese dazu, die Raumelemente zu entleeren, um den Inhalt an Füllmedium zu entleeren, damit durch die Zuleitung frisches Füllmedium in das Raumelement eingefüllt werden kann. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform mit oben offenem Hohlraum und Wasser als Füllmedium dient die Zuleitung auch dazu, verdunstetes Wasser zu ersetzen. Bei dynamischen Elementen können die Räume!emente über die Zu- und Ableitung an einen Wasserkreislauf angeschlossen sein. Der Vorteil gegenüber statischen Elementen besteht darin, dass eine gezieltere Energieverteilung innerhalb eines Gebäude möglich ist. So kann beispielsweise neben der oben beschriebenen Funktion als Wärmespeicher zum Ausgleich der Temperatur in einem einzelnen Raum auch eine Energieverteilung von der sonnenerwärmten Seite des Gebäudes zu einer nicht erwärmten Seite erfolgen. Durch diese Maßnahme lässt sich die gesamte zur Verfügung stehende Speicherkapazität noch wirkungsvoller nutzen, weil der Wärmestrom in die Raumelemente proportional dem treibenden Temperaturgefälle ist und daher mit zunehmender Erwärmung der Raumelemente weniger Wärme in das als Wärmespeicher dienende Füllmedium transportiert wird. Indem durch einen Wasserkreislauf ein Ausgleich mit Wasser in einem anderen Raumelement hergestellt wird, lässt sich an der Position im Gebäude mit dem höchsten Energieeintrag die Wärme am wirkungsvollsten aufnehmen, was nicht nur Vorteile in Bezug auf die optimale Energieausnutzung, sondern auch das Komfortgefühl der in dem Raum befindlichen Personen hat . Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Beispiele für erfindungsgemäße Raumelemente rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein wannenförmiges Raumelement zeigt;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines aus einzelnen Vertikalrohren zusammengesetzten Raumelementes zeigt;
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform eines
Raumelementes bestehend aus Horizontalrohren zeigt;
Fig. 4a und 4b Alternativen zeigt, auf welche Weise aus
Rohrbündeln bestehende Raumelemente gemäß Fig. 2 und 3 miteinander strömungstechnisch verbunden sein können; und
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Deckenaufbaus zeigt.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In den nachfolgenden Figuren werden jeweils für identische oder einander entsprechende Bauelemente dieselben Referenzziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt schematisch ein wannenförmiges Raumelement, das beispielhaft eine Trennwand zwischen Räumen darstellen soll. Die Trennwand kann eine variable Höhe besitzen und maximal geschosshoch ausgestaltet sein. Die Trennwand steht auf den Standelementen 12 und ist in einzelne Kammern 14a, 14b, 14c und 14d unterteilt. Die einzelnen Kammern sind übereinander angeordnet, aber hydraulisch nicht miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass der hydrostatische Druck nur für jedes Einzelelement wirkt. Indem nicht nur die Höhe sondern auch die Breite (in Fig. 1 nicht dargestellt) aus mehreren Elementen zusammengesteckt wird, lässt sich die Trennwand leicht aufbauen und variabel an die Raumverhältnisse anpassen. Die einzelnen Kammern können vollständig mit Wasser gefüllt sein, doch ist es auch möglich, diese nur teilweise zu füllen, wie anhand der Kammer 14d dargestellt ist. Es könnte sich bei der Kammer 14d auch um eine offene Wanne handeln, während die anderen Kammern geschlossene Hohlräume , sind.
Fig. 1 ist so stark schematisch dargestellt, um anhand dieser Figur auch eine weitere Variante erläutern zu können, bei der es sich um eine einzelne, oben offene Wanne handelt, die mit Wandaussteifungen 16 zur Druckaufnahme versehen sind.
Eine ähnliches Element wie es in Fig. 1 dargestellt ist, kann auch als Deckenpaneel oder Fußbodenaufbau verwendet werden, wobei das Standelement 12 entfallen würde. Auch abgehängte Decken oder Fußböden können aus Grundformen zusammensetzbar sein und es können, wie vorstehend erläutert wurde, die einzelnen Raumelemente auch mit anderen funktionalen Elementen wie Leuchteneinheiten, Kabeltrassen, Rauchmeldern oder schallabsorbierenden Elementen gekoppelt sein.
Die in die Deckelemente integrierten Rauchmelder können ein Wachsventil umfassen, dessen Austrittsöffnung für das Füllmedium bei entsprechender Umgebungstemperatur freigelegt wird, so dass Wasser wie aus einem Sprinkler kurzfristig aus dem Deckenelement aussprühen kann. Das Aussprühen kann auch mit Hilfe eines Gases unter Druck unterstützt werden. Beispielsweise kann neben Löschflüssigkeit auch Luft unter Druck im Deckenelement angeordnet sein und das Aussprühen von Löschflüssigkeit aus einem oder aber mehreren Ventilen gleichzeitig unterstützen. In gleicher Weise ist es auch möglich, mehrere Deckenelemente so miteinander zu verbinden, , dass die einzelnen Hohlräume miteinander verbunden sind. Wenn somit nur ein einziges Ventil auslöst, steht durch die miteinander verbundenen Hohlräume an dieser Stelle eine größere Menge Fluid zur Verfügung, um einen Brandherd bereits im Entstehen bekämpfen zu können. Wenn die in einem Decken-- oder Wandelement enthaltene Flüssigkeit für Löschzwecke eingesetzt werden soll, kann diese auch mit geeigneten Zusätzen versetzt sein, welche zur Brandbekämpfung besonders geeignet sind.
Das in Fig. 1 dargestellte Element kann in gleicher Weise auch in ein Büromöbel integriert sein oder als zweischaliges Wandelement im Raum angeordnet sein. Auch ist es möglich, Büromöbel mit wassergefüllten Paneelen zu bekleiden.
Um die Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe des wassergefüllten Raumelementes zu erhöhen, kann eine Luftzwangskonvektion erzeugt werden, die mit Hilfe eines geeigneten Elementes, wie z.B. eines Ventilators über das Raumelement geführt wird.
Die Paneele gemäß Fig. 1 können eine beliebige Form haben, solange die Grundanforderung erfüllt ist, den hydrostatischen Druck des Wassers aufzunehmen. Die Paneele können aus zwei Deckblechen mit Randverschweißung bestehen und die Deckbleche können glattflächig oder gerippt sein. Weiterhin können die Paneele aus Trapezflächen bestehen.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt ein Raumelement, das ■ ein vertikal angeordnetes Rohrregister umfasst. Die einzelnen Rohre 18 können dabei hermetisch abgeschlossen oder aber nach oben offen sein. Auch in Bezug auf die Formgebung der einzelnen Rohre besteht Variabilität. So kann es sich um Rundrohre . Rechteckrohre oder Ovalrohre handeln . In Fig. 2 ist nicht dargestellt, auf welche Weise die einzelnen Rohre miteinander verbunden sind. Dies kann durch Verschweißen oder Verkleben der einzelnen Rohre miteinander erfolgen, aber auch indem auf beiden Seiten offene Rohre mit Umlenkstücken verbunden werden, die auf die Rohrenden gesteckt oder gequetscht werden können. Abweichend hiervon sind selbstverständlich sämtliche in der Technik geläufigen Alternativen denkbar, um einen festen Verbund zwischen den Rohren herzustellen.
Fig. 3 zeigt ebenfalls schematisch ein Rohrregister bestehend aus horizontal angeordneten Rohren. Das Rohrregister kann mit einer in Fig. 3 nicht dargestellten Beplankung versehen sein. Die einzelnen, mit Wasser gefüllten Rohre können stirnseitig geschlossen sein, aber auch, wie dies anhand der schematischen Darstellung in Fig. 4a und 4b ersichtlich ist, einen gemeinsamen Einlaufbereich 20 sowie Auslaufbereich 22 besitzen. Damit dies möglich ist, müssen die einzelnen Rohre 18 miteinander in Flüssigkeitsverbindung stehen, wozu entweder, wie in Fig. 4a dargestellt ist, alle nebeneinander angeordneten stirnseitigen Enden der Rohre 18 an einem gemeinsamen Einlaufkanal 24 angeordnet werden und die am entgegengesetzten Ende befindlichen Rohrenden mit einem Ablaufkanal 26 oder aber gemäß Fig. 4b jeweils zwei benachbarte Rohrenden über eine Rohrumlenkung miteinander verbunden werden. Würden die Rohrregister nach Fig. 4a und 4b als dynamisches System betrieben werden und von dem Füllmedium durchströmt werden, so würde bei der Ausführungsform nach Fig. 4a jeweils eine Strömung durch jedes Rohr stattfinden, die von der linken zur rechten Seite in der Zeichenebene nach Fig. 4a verläuft. Bei der Ausführungsform nach Fig.. 4b würde jedoch beginnend an dem Einlaufbereich 20 jedes in der Zeichenebene nach Fig. 4b darüber angeordnetes Rohr in jeweils entgegengesetzter Strömungsrichtung durchströmt werden, bis das Füllmedium an dem am weitesten oben angeordneten Rohr aus dem Auslaufbereich 22 ausströmt. Der Verweis auf ein dynamisches System in Zusammenhang mit den Fig. 4a und 4b soll allerdings nur die Verbindung der einzelnen Rohre verdeutlichen. Es kann sich selbstverständlich in gleicher Weise um ein statisches System handeln, wie auch die Verbindung der einzelnen, nebeneinander angeordneten Rohre nach Fig. 4a und 4b nicht auf horizontal angeordnete Rohre beschränkt ist. Jegliches Rohrregister kann auf eine der in Fig. 4a und 4b dargestellten Weise miteinander verbunden werden, wenn es erwünscht ist, dass nur ein einziger Hohlraum bzw. eine Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen ausgebildet wird.
Das in dem Raumelement vorhandene wärmespeichernde Füllmedium kann normales Leitungswasser sein. Der Vorteil besteht darin, dass Leitungswasser billig ist. Nachteilig ist allerdings, dass sich Ablagerungen aufgrund der im Leitungswasser gelösten Salze bilden können. Derartige Ablagerungen führen zu einer Verschlechterung des Wärmeüberganges zwischen der Wandung und dem Wasservolumen. Dem kann dadurch begegnet werden, dass voll entsalztes (VE) Wasser oder ähnliches eingesetzt wird. Der Nachteil besteht allerdings darin, dass derartiges Wasser teurer ist und bei dem erfindungsgemäßen Raumelement es gerade darauf ankommt, möglichst große Volumina an Wasser vorzusehen. Darüber hinaus ist es möglich, chemisch behandeltes Wasser einzusetzen, damit es zu keinem unerwünschten Algenbefall oder ähnlichem kommt.
Bei der Verwendung eines Raumelementes, dessen Wandungen ganz oder teilweise aus Glas bestehen, kann auch farbiges oder mit Schwebestoffen versetztes Wasser eingesetzt werden, um besondere optische Effekte zu erzielen.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines Deckenaufbaus bei dem unter Zwischenschaltung einer DämmstoffSchicht 28 ein Raumelement an der Decke befestigt wird, das verschiedene Kammern 30 aufweist, welche jeweils mit Wasser als Füllmedium gefüllt sind. Durch die Formgebung des wassergefüllten Raumelements folgt eine Rippenstruktur mit senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 5 verlaufenden Rippen, die in Längserstreckung durchlaufend oder aber auch unterbrochen oder versetzt zueinander angeordnet sein können. Auch ist es möglich, die wassergefüllten Kammern so anzuordnen, dass sich eine Struktur ähnlich einer Kassettendecke ergibt. Zwischen den mit Wasser gefüllten Bereichen des Raumelements befinden sich Zwischenräume 32, die zusätzlich mit Öffnungen 34 zur DämmstoffSchicht hin versehen sein können, um die durch die strukturierte Oberfläche ohnehin schon verbesserte Akustikdämmung noch weiter zu verbessern.
Eine nicht in den Figuren dargestellte Ausführungsform betrifft die Ausgestaltung eines Raumelementes, das in einen Heizkörper integriert ist. Ein derartiger "Doppelheizkörper" kann aus zwei Teilen bestehen, wobei ein Teil wie ein üblicher Radiator an dem Heizsystem des Gebäudes angeschlossen ist und bei Bedarf von heißem Wasser als Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird. Der zweite Teil des "Doppelheizkörpers" entspricht dem erfindungsgemäßen Raumelement und beinhaltet einen Wasserspeicher, in dem das Wasser nicht, wie im erstgenannten Teil die Funktion eines Wärmeübertragungsmediums besitzt, sondern die Funktion eines Wärmespeichermediums .
Ungeachtet der speziellen Ausführungsform des Raumelementes sowie des Einsatzes als Büromöbel, zweischaliges Wandelement, Deckenelement oder Trennwand besteht der Kern der Erfindung jeweils darin, dass das darin enthaltene Füllmedium als Wärmespeichermedium eingesetzt wird und somit die gesamte Wärmespeicherkapazität des Raumes erhöht.

Claims

Patentansprüche
1. Raumelement zur Verbesserung der Wärmespeicherkapazität von Räumen, umfassend:
mindestens einen Hohlraum, der von festen Wandungen des Raumelementes begrenzt ist; und
mit Füllmedium befüllbar ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllmedium als Wärmespeichermedium eingesetzt ist; und einen beträchtlichen Beitrag am gesamten Wärmespeichervermögen des mit Füllmedium gefüllten Raumelements besitzt.'
2. Raumelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Wärmespeichervermögens des Füllmediums am gesamten Wärmespeichervermögen des mit Füllmedium gefüllten Raumelements mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50%, mehr bevorzugt mindestens 75% und am meisten bevorzugt 90% beträgt.
3. Raumelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Raumelement eine vorzugsweise geschosshohe Trennwand, ein abgehängtes Deckenelement, ein Doppelboden oder aber ein dekoratives Raumobjekt ist.
4. Raumelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Raumelement ein Deckenelement ist, das aus Einzelelementen zusammensetzbar ist, die miteinander und/oder mit Leuchteneinheiten und/oder Kabelkanälen und/oder schallabsorbierenden Elementen kombinierbar sind.
5. Raumelement nach Anspruch 1 oder Anspruch- 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumelement ein bifunktionaler Heizkörper ist mit einem vorzugsweise im Winter durchströmbaren Abschnitt und einem vorzugsweise im Sommer verwendbaren Wärmespeicherabschnitt .
6. Raumelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Raumelement in einen funktionalen Einrichtungsgegenstand integriert ist.
7. Raumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche der Wandungen hoch wärmeabsorbierend und/oder hoch emittierend ist.
8. Raumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen des Raumelementes aus Metall bestehen, insbesondere aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder Messing.
9. Raumelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen aus Kunststoff bestehen.
10. Raumelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen aus Glas bestehen.
11. Raumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Wandungen schallabsorbierend ist.
12. Raumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume nach oben offen sind.
13. Raumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen nebeneinander angeordnete Rohre umfassen, die miteinander verbunden und vorzugsweise miteinander verschweißt oder verklebt oder ineinander gesteckt sind.
14. Raumelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumelemente Paneele sind mit Wandungen, die als Deckbleche ausgestaltet sind und miteinander verklebt oder zusammengesteckt sind.
15. Raumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumelement Zwischenstege umfasst, die sich zwischen den zu dem mindestens einen Hohlraum gerichteten Flächen der Wandungen erstrecken.
16. Raumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum einen Zufluss und einen Abfluss besitzt.
17. Raumelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumelement mehrere miteinander in Flüssigkeitsverbindung stehende Hohlräume aufweist.
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