WO2011101439A2 - GEBÄUDEAUßENELEMENT - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an external building element for receiving a solar element for collecting and / or converting solar energy with at least one frame based on concrete.
- the building exterior element can accommodate both solar elements that convert sunlight into heat and solar elements that convert sunlight into electricity.
- a receiving body for a solar element wherein the receiving body is made of concrete. In order to fasten the receiving body to a building, additional fastening sections are necessary. In addition, the receiving body must be integrated with other means form-fitting at a mounting location.
- the object of the invention is at least partially to solve the problems described with reference to the prior art and in particular to provide a building exterior element for receiving a large-area solar element, which offers only low attack surfaces for snow and wind loads, low in its production and easy is to be integrated at a place of installation.
- the objects are achieved with a building exterior element according to claim 1. Further advantageous embodiments of the building exterior element are given in the dependent formulated claims and described in more detail below. The features listed individually in the claims and the description can be combined with one another in any technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description, whereby further embodiments of the invention are shown.
- a building exterior element for receiving a solar element for collecting and / or converting solar energy with at least one frame based on concrete, wherein the frame is formed as a one-piece, self-supporting molded body, both in its outer shape to the installation site is adapted in its inner shape to the male components and a translucent cover.
- Solar elements include thermosolar systems or solar cells that convert sunlight into heat or electricity and deliver it to a consumer.
- a combination of thermal solar systems and solar cells arranged in the building exterior element also encompasses the invention.
- a heat insulation layer is provided on the side facing away from the cover side of the solar element.
- the molded body is preferably cast from concrete, so that a simple production, especially in mass production, is possible at low cost.
- the external shape of the molded body can be adapted to the installation location.
- the exterior shape can be designed such that the building exterior element rests on and / or under the adjacent roof tiles.
- the dimension of the Building exterior element designed so that a certain number of roof tiles is replaced by the building exterior element without adjacent roof tiles must be edited later.
- fastening devices may be provided on the underside of the molding.
- a flat roof holding elements for example in the form of recesses on the back, be provided for a frame in the molding.
- the outer shape can be designed with a flat surface profile.
- the inner shape of the male components can be designed.
- accommodating possibilities for fastening means of the solar elements can be preformed or recesses for receiving heat exchanger tubes, in particular in meandering form, can be provided.
- the shaped body is designed in such a way that a light-permeable cover can be received in a dimensionally accurate manner.
- the translucent cover allows an almost unimpaired entry of sunlight into the building exterior element, which is preferably designed as a glass pane. Since glass and concrete have similar coefficients of expansion, there are no critical stresses in the materials even with temperature fluctuations.
- the exterior building element according to the invention can be adapted to different uses by simple measures during the manufacturing process.
- the building exterior element can be provided only for the use of solar thermal systems or solar cells be, but also for a combined application of the two solar element designs.
- the building exterior element can also be poured into a concrete wall. It is also preferable that the outer building element is designed in its outer shape so that it can be walled into a wall.
- the shaped body has at least one first groove with an elastic seal, which forms the seal between the translucent cover and the frame.
- the elastic seal which can also independently of the groove form a connection between the molded body and the translucent cover, which preferably consists of a silicone, is at least partially embedded in the first groove and completely circumscribing the molded body.
- the translucent cover is held by the permanently elastic seal on the molding and provides a connection between the molding and translucent cover, so that penetration of liquid through the joint between the molding and cover is not possible.
- the insertion of a cover in a not yet solidified sealing material, in particular silicone or a permanently elastic silicone adhesive is possible and can be used for easy attachment of the cover. It is advantageous if the molded body is made of a glass fiber reinforced concrete with a bending / tensile strength of 6 to 12 N / mm 2 and a compressive strength of 70 to 90 N / mm 2 is equipped.
- glass fiber reinforced concrete it is meant that from 0.5 volume to 3 volume of the concrete mix consists of an alkali resistant glass fiber.
- the glass fibers are usually present as short fibers with a length of, for example, a few millimeters. With glass fiber reinforced concrete also stable wall thickness of only a few millimeters can be achieved.
- Concrete as a material has the advantage that it is weather-resistant for at least 50 years and it absorbs moisture within certain limits or lets through, so that, for example, moisture can be removed from the interior to the outside. Due to the mechanical properties of the concrete, the exterior building element according to the invention is self-supporting.
- the building exterior element has no electrical conductors on its outer shell.
- electrical conductors such as the cable carrying electricity generated by solar cells when leaving the building exterior element at least in the mounted state accordingly insulated. If a building constructed with such a building exterior element having solar cells burns, no electrical potential can be applied to the outside of the building exterior element. Damage to the insulation caused by a fire can only be expected, if at all, after a long exposure time of the fire. A safe extinguishing of the burning building is thus possible.
- the electrically non-conductive design of the outer shell of the building exterior element the risk of lightning is greatly reduced in such a building exterior element.
- Concrete is also dyeable in different colors and can be aesthetically adapted to the intended location.
- a concrete building exterior element is comparatively heavier than an element with an aluminum frame
- the load on a roof construction for in-roof installation can be of the same order as for a lighter element mounted on the roof, since the roof tiles can be replaced by the building exterior element .
- solar cells can be arranged on a side of the molded body facing the sun.
- the glass-fiber-reinforced concrete proposed here can be formed with a particularly smooth surface, so that solar cells can be applied directly to it.
- Solar cells are usually sensitive to unevenness of their surface on which they are mounted and in particular concrete elements for receiving solar cells could not previously be produced with sufficiently smooth surfaces.
- the building exterior element according to the invention this disadvantage can be overcome.
- solar cells are arranged on the side facing the building exterior element side of the translucent cover.
- the molded body is made with a continuous floor. A continuous floor protects the exterior of the building from the ingress of moisture from the back and provides additional stability.
- the shaped body is reinforced in partial areas, in particular at its bottom with a glass fiber fabric.
- Glass fiber fabric further increases the bending / tensile strength compared to the short fibers blended into the concrete.
- a molded body with even lower wall thickness is possible with similar mechanical properties.
- At least one cable for transmitting the energy generated by solar cells is arranged completely in the molded body, in particular cast in, at least in partial sections.
- the cable can be arranged completely in the shaped body, wherein only the cable ends are led out for the connection of further components from the shaped body.
- the fire load of the building exterior element is reduced compared to conventional solar modules.
- the arrangement of plastic insulated cables in the concrete prevents the plastic from burning quickly in a fire. In this way, the fire load is further reduced and reduces the emission of harmful gases.
- the connectors are provided on the sides of the molding, which allow the simplest possible and space-saving mating of modules.
- mutually plug and socket can be seen provided on the molding, which then allow a direct mating of the solar modules.
- the connectors are preferably movable in three spatial directions.
- the plug connections are designed so that no water can get to electrically conductive parts and the parts and / or connectors used for this are flame retardant and electrically non-conductive.
- the risk of electric shock for firefighters is prevented by the ingress of extinguishing water in case of fire.
- This also ensures that the building exterior element has no electrically conductive parts on its outer shell.
- a terminal box is provided in each solar module, in which a desired interconnection of the interconnected modules can be made.
- a terminal box receptacle is provided in the molded body of the building exterior element, which can be configured as a suitably shaped cavity.
- the connection box receptacle can also be open to the sun facing side of the building exterior element and be limited by the translucent cover, If necessary, a junction box is integrated into this cavity and protected by a cover against fire and spray.
- the terminal box which may also contain electronic components, serves as a connection point between solar cells in the building exterior element and other building exterior elements or consumers.
- the connection box can thus also be attachable to solar cells, which are attached to the translucent cover.
- Its sheltered housing reduces the fire load and the risk of electrical shock from fire extinguishing in case of fire.
- the building exterior element according to the invention can thus be provided an array of solar cells, which does not pose a threat to firefighters by electric shock in case of fire.
- a receiving element for an absorption body is integrated in the shaped body.
- a receiving element is for example a cylindrical exception in the context of the shaped body, through which a line for the solar element can be placed.
- Such a receiving element is integrated directly during the manufacturing step during casting. But it can also be a hook integrated into the molding, so that a solar element can be fixed to these hooks later in the building exterior element.
- a line of the solar element for a heat transfer medium is arranged completely in the molded body, in particular cast.
- the line of a thermosolar element can be cast in particular in a layer of concrete, so that even in the production of the molded body, the solar element is integrated in the building exterior element.
- a modular exterior building element it is also possible and advantageous for a modular exterior building element to design a line cast in a concrete envelope as an absorption module for insertion into the shaped body. Then it can be decided as needed whether an absorption module and / or a photovoltaic module is used.
- a pipe z. B. is cast in steel or a plastic.
- the dimensioning of the pipeline is designed so that under laboratory conditions at a radiation of 1000 W / m 2 with a sun-like spectral distribution a heat output of at least 550 W / m 2 is absorbed by flowing in the pipes heat medium, ie at a surface of Building exterior element of z. B. 3 m 2 , the pipes are designed for heat dissipation of over 1500 W.
- Steel has the particular advantage that it has a coefficient of expansion similar to that of concrete. It is also advantageous if the layer surrounding the pipe concrete to the bottom of the molded body is additionally protected by an insulating layer from heat loss.
- At least one ventilation opening is integrated into the molded body, preferably an adjustable ventilation opening.
- an adjustable ventilation opening makes it possible to supply ambient air or specially cleaned and dehumidified air to the interior of the building exterior element. respectively.
- Adjustable ventilation openings can be arranged both in the frame and in the bottom of the molded body.
- the shaped body has a height of less than 120 mm, preferably less than 100 mm.
- Flat building exterior elements provide a low contact surface for wind and snow loads and can be produced in particular by the use of concrete.
- At least one height-adjustable support element is arranged below the shaped body.
- Such a support element supports the molding after installation and thus prevents bending of the molding.
- This is particularly useful when the building exterior element is constructed as an in-roof variant, where it replaces a large number of roof tiles and extends over several rows of roof tiles. In this case, it may be that the roof is slightly curved and thus the building exterior element does not rest evenly. Support demente in this case evenly distribute the loads acting on the roof.
- the cover has a coating which has a transmission which depends on the irradiation intensity for at least certain spectral regions of the sunlight, in particular for infrared radiation or ultraviolet radiation.
- a coating of the cover prevents excessive heating of the building exterior element with very large solar radiation.
- At least one second groove is formed in the shaped body, which is suitable as a receptacle for fastening means and / or sheet metal coverings.
- a groove for example, a clip can intervene, the building redesignele- ment connects with a building.
- sheet metal covering is meant a sheet metal element that connects the exterior building element with roof tiles, bridging gaps between the building exterior element and the building and thus reducing attacking a wind or snow load. Furthermore, penetration of rainwater under the building exterior element is avoided by such a sheet metal element.
- the shaped body is designed at an upper edge so that it can be fastened under an upwardly adjacent row of roof tiles.
- a so arranged below the roof tiles exterior building element provides weather-related influences little resistance. Rain and snow can pass from the adjacent row of roof tiles on the building exterior element without increased resistance.
- the shaped body is designed at a lower edge so that it can be fastened above a row of roof tiles adjoining the lower edge.
- the shaped body is designed at lateral edges so that they can be fastened above and / or below laterally adjacent rows of roof tiles.
- Such an embodiment allows a perfect integration of the building exterior element in a rooftop roof, without this provides increased resistance to wind loads. In this way, the building exterior element used as a roof element barely offers additional attack surfaces for snow and wind loads. Due to the possibility of replacing a conventional roof covering with a building exterior element, there is also an aesthetically more beautiful integration of the building exterior element into a roof structure.
- the use of the exterior building element according to the invention is proposed at least as a roofing element, roofing element, on control element on a flat roof or facade element
- Fig. 4 Part of a cross section of an embodiment of the building exterior element according to the invention.
- FIG. 8 shows a perspective connection box on the underside of a
- Fig. 10 Section of a roof with building exterior elements.
- Fig. 1 shows schematically the top view of a building exterior element 1 with a frame 3, which is formed from a shaped body 4.
- the molded body 4 has an outer mold 41 and an inner mold 42, which can be adapted to the installation location or to the male components.
- the molded body 4 shown here has an upper edge 47, which is arranged at an in-roof mounting below a top adjacent row roof tiles.
- a lower edge 48 is configured to be disposed above a lower adjacent row of tiles.
- the lateral edges 49 have a shape such that they can be arranged above or below the laterally adjacent roof tiles.
- the molded body 4 is designed with a bottom 44, in which an adjustable ventilation openings 50 is integrated.
- a molded body 4 has on its outer mold 41 a second groove 46, can engage in the fastener.
- the molded body 4 On the side opposite the outer mold 41, the molded body 4 has an inner mold 42, which can be adapted to the male components, in particular an absorption body 9.
- the shaped body 4 On the upper side facing the sun, the shaped body 4 has a first groove 43, in which a seal 6 is arranged.
- the molded body 4 is covered on its upper side by a light-permeable cover 5 which, with the gasket 6, forms part of the building exterior element element. is sealed.
- the building exterior element has a height H.
- FIG. 3 schematically shows a part of a cross section of a further embodiment of the building exterior element 1.
- the building exterior element shown here is similar to the building exterior element 1 of FIG. 2, so that only the differences are discussed here, wherein identical reference symbols describe the same elements.
- the building exterior element 1 has on its lower side a height-adjustable support element 7, which offers a further support surface for the building exterior element on a roof covering, a roof beam or a roof batten.
- a solar element 2 is arranged, in this case a thermosolar system having a tube. In the tube circulates a heat transfer medium, which may be connected to an external heat exchanger, so that a consumer medium can be heated.
- the tube is arranged in the concrete so that the solar element 2 can be integrated into the exterior building element 1 during the manufacturing process.
- an insulating layer 8 is arranged between the solar element 2 and the bottom 44, which prevents heat transfer from the solar element 1 to the environment.
- the molded body 4 has in this embodiment, a bottom 44 which extends over the entire bottom of the molding.
- FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the building exterior element 1 in a partial cross section. Again, only the differences from the embodiment according to FIG. 2 are pointed out.
- the molded body 4 has on a lateral edge 49 on an outer mold 41, which makes it possible laterally adjacent roof tiles on the lateral edge 49 and the outer mold 41 store so that an integration of the building exterior element in a roof covering a roof is made possible.
- a receiving element 45 is integrated in the molded body 4, which is adapted to receive solar elements.
- Fig. 5 shows yet another embodiment of the building exterior element 1 in a partial cross-section.
- the external building element 1 shown in FIG. 5 is similar to that in FIG. 3, so that only the differences are described here.
- FIG. 5 shows that only the differences from the embodiment according to FIG. 2 are pointed out.
- the molded body 4 has on a lateral edge 49 on an outer mold 41, which makes it possible laterally adjacent roof tiles on the lateral edge 49 and the outer mold 41 store so that an integration of the building exterior element in
- this exterior building element 1 has no insulation layer 8.
- solar cells 10 are arranged, which convert sunlight into electrical energy.
- the tube 2 may also carry a coolant that keeps the solar cells 10 at the lowest possible temperature.
- An additional heat exchanger 50 which is not shown here, can furthermore be connected to an additional heat exchanger, to which the air heated in the external building element 1 is supplied, as a result of which the energy balance is further increased.
- FIG. 6 shows an upper section of a further exemplary embodiment of a building exterior element 1 according to the invention with a frame 3 made of a shaped body 4 in a perspective representation.
- the inner mold 42 has reinforcing structures 16 at the bottom 44, which give the building exterior element 1 a higher mechanical rigidity and can serve as a support surface for solar elements 2.
- the inner mold has a connection box receptacle 14, wherein a connection box 13 for electrical connections is arranged on an outer side of the building exterior element 1 in the connection box receptacle 14.
- recesses 17 are arranged in the connection box receptacle 14.
- a cable receptacle 15 leads to the lateral edges of the building exterior element 1.
- a cable 11 is arranged, in particular cast.
- a non-illustrated connector 12 is mounted, which is movable in the three spatial directions to compensate for a relative movement of two connected building exterior elements 1 can.
- the connector 12 is preferably designed as a built-in frame 3 jack, so that a building exterior element 1 can be easily connected to other building exterior elements by not shown double-sided connector.
- Solar cells can thus be arranged in the building exterior element 1, wherein the electrical connections are guided through recesses 17 to a connection box 13, in which electrical circuits can be arranged.
- a connection box 13 in which electrical circuits can be arranged.
- the terminal box 13 and thus the solar elements 2 are electrically connected to other building exterior elements or consumers.
- FIG. 7 and 8 show detailed views of the embodiment of the building exterior element 1 according to FIG. 6.
- FIG. 7 shows the corner of an exterior building element 1 with a frame 3 made of a shaped body 4.
- the inner mold 42 has a cable receptacle 15 in which at least one cable 11 is guided.
- the cable 11 is arranged with its insulation in the cable receptacle 15.
- a connector 12 is attached, via which the building exterior element 1 can be electrically connected to other building exterior elements.
- the connector 12, not shown, should permit movement in three spatial directions to compensate for relative movements of adjacent exterior building elements.
- the inner mold 42 also has a fastener 18 for receiving a tubular absorbent body 9, which can be performed by passage 19 from the building exterior element 1 and connected to other building exterior elements 1 or a consumer. In or at the passage 19 may also be a ventilation opening, possibly provided with a holder for a filter element.
- the fastener 18 is as a projection in the inner mold 42 executed with a tubular recess. In the tubular recess is a radially encircling groove, wherein in the groove, a holding element such as a spring is arranged.
- the illustration shows that the building exterior element 1 can be designed with simple means during production for different types of solar modules. When molding the frame 3, by inserting or omitting certain inserts as needed, cables can be cast in and connectors prepared or not. The same applies to the connection box recess and hydraulic connections or ventilation openings.
- connection box receptacle 14 shows a detailed view of the connection box receptacle 14, which is arranged in the inner form 42 of the building exterior element 1.
- electrical lines can be performed by a solar element 2 to the junction box 13.
- the electrical connection box 13 can in turn provide a connection possibility on the outside of the building exterior element 1 via cable 11 in the cable receptacle 15.
- the terminal box receptacle 14 is a recess in the bottom 44 and thus also in the outer mold 41 of the building exterior element 1.
- the terminal box 13 may comprise electronic circuits which is connected to a solar element 2 on the inside of the building exterior element 1.
- the connection box 13 can be contacted via cable 11 from outside the building exterior element 1. The cables 11 are guided in the cable receptacle 15 to the outside of the building exterior element 1.
- the terminal box receptacle 14 can be closed with a protective element, not shown, so that at least no splash water can penetrate to the terminal box 13.
- a section of a roof 20 with six exterior building elements 1 is shown as in-roof elements.
- the building exterior elements 1 are designed so that they replace part of the roof tiles 21 and thus form part of the roof covering.
- the exterior building elements 1 are for this purpose at their upper, lower and lateral edges shaped so that they can be mounted below or above an adjacent row of roof tiles 21 or another building exterior element 1.
- the exterior building element according to the invention allows use as a roofing element, roofing element, facade element or Aufstellele- ment on a flat roof, where it is weather resistant due to its materials and cost in its production.
- concrete the fire load of a building with a building exterior element according to the invention is reduced on the one hand.
- the arrangement of the cables with their insulation in the frame prevents the insulation from burning, so that the emission of harmful gases is reduced and in the event of a fire, electrically conductive surfaces which could come into contact with the extinguishing water are not quickly exposed ,
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gebäudeaußenelement (1) zur Aufnahme eines Solarelementes (2) zum Sammeln und/oder Umwandeln von Sonnenenergie mit zumindest einem Rahmen (3) auf der Basis von Beton. Der Rahmen (3) ist als einstückiger, selbsttragender Formkörper (4) ausgebildet, der sowohl in seiner Außenform (41) an den Einbauort als auch in seiner Innenform (42) an die aufzunehmenden Komponenten und einer lichtdurchlässigen Abdeckung (5) angepasst ist. Der Formkörper (4) weist mindestens eine erste Nut (43) mit einer elastischen Dichtung (6) auf, die die Abdichtung zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckung (5) und dem Rahmen (3) bildet. Bei einer Herstellung des Gebäudeaußenelementes (1) durch Gießen aus glasfaserverstärktem Beton können verschiedene Komponenten direkt mit eingegossen werden, insbesondere Durchführungen, Leitungen für Wärmeträgerfluid, Halterungen und dergleichen. Das erfindungsgemäße Gebäudeaußenelement erlaubt eine Anwendung als Indachelement, Aufdachelement, Fassadenelement oder Aufstellelement auf einem Flachdach, wobei es aufgrund seiner Materialien für mindestens 50 Jahre witterungsbeständig und kostengünstig in seiner Herstellung ist. Durch die Verwendung von Beton statt Kunststoff oder Leichtmetall wird zum einen die Brandlast eines Gebäudes mit einem erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelement reduziert. Zum anderen wird durch Eingießen von Kabeln mit ihrer Isolation in den Rahmen (3) und durch geschützte Steckverbindungen das Verbrennen der Isolation und damit auch der Zutritt von Löschwasser verhindert, so dass im Brandfalle die Emission von gesundheitsgefährdenden Gasen vermieden und die Gefahr eines Stromschlags beim Löschen mit Wasser reduziert wird.
Description
Gebäudeaußenelement Die Erfindung betrifft ein Gebäudeaußenelement zur Aufnahme eines Solarelementes zum Sammeln und/oder Umwandeln von Sonnenenergie mit zumindest einem Rahmen auf der Basis von Beton. Das Gebäudeaußenelement kann sowohl Solarelemente aufnehmen, die Sonnenlicht in Wärme umwandeln, als auch Solarelemente, die Sonnenlicht in Strom um- wandeln.
Heute marktgängige Solarmodule enthalten eine der Sonne zugewandte transparente Abdeckung, einen Absorber, der die Sonnenstrahlen in thermische Energie oder elektrische Energie umwandelt, sowie eine unter dem Absorber angeordnete Isolationsschicht. Diese Schichtstruktur wird an ihrer äußeren Umrandung durch einen Rahmen getragen, der zumeist aus Aluminiumstrangpressprofilen besteht. Diese Art der Bauweise weist einige Nachteile auf. Die ganze Last auf ein solches Solarmodul durch Eigengewicht, Wind, Schnee und andere wirkende Kräfte wird von dem Rahmen aufgenommen, welcher daher eine solide und verwindungssteife Konstruktion aufweist. Unter anderem aufgrund der Verwendung von Aluminiumstrangpressprofilen sind die Kosten für solche Solarmodule hoch. Bei großflä- chigen Solarmodulen kann die Lastaufnahme eventuell zu einer Durchbiegung führen.
Ein weiteres Problem entsteht bei der Montage von Solarmodulen oberhalb einer Dacheindeckung, meist unter Abstützung auf der Dacheinde- ckung. Übliche Solarmodule weisen eine Höhe von bis zu 14 cm auf und durch seitliche Flächen sind Angriffsflächen für witterungsbedingte Kräfte wie Schnee und Wind gegeben. Die Schnee- und Windlasten führen zu einer erhöhten Krafteinwirkung auf die Rahmenstruktur und können zu
einem Versagen der Rahmenstruktur führen und zu einer hohen Beanspruchung an Verbindungsstellen mit der Dacheindeckung.
Heutige Solarmodule weisen erhebliche Nachteile bei einem Brand auf. So tragen bspw. alle brennbaren Elemente eines Solarmoduls zur Bandlast eines Gebäudes insbesondere eines Daches bei. Insbesondere Kunststoffe können gesundheitsgefährdende Dämpfe bei einem Brand emittieren. Zum anderen liegen bei in Reihe geschalteten Solarzellen bis zu einige Hundert Volt Gleichspannung an den Anschlussstellen der Solarzellen an. Diese hohen Gleichspannungen stellen ein Gefährdungspotential für Feuerwehrleute und andere Helfer dar, insbesondere, wenn ein Brand mit Wasser bekämpft wird. Die Feuerwehr ist daher manchmal sogar gezwungen, ein brennendes Gebäude mit auf dem Dach angeordneten Solarmodulen kontrolliert abbrennen zu lassen, anstatt das Feuer zu löschen. Im Brandfall können daher an Gebäuden mit Solarmodulen höhere Schäden entstehen als an anderen Gebäuden.
Durch die Verwendung von elektrisch leitenden Materialien als Rahmen ist zudem die Gefahr gegeben, dass ein Blitz in ein solches Solarmodul einschlagen kann.
Aus der EP 2 088 387 A2 ist ein Aufnahmekörper für ein Solarelement bekannt, wobei der Aufnahmekörper aus Beton beschaffen ist. Um den Aufnahmekörper an einem Bauwerk zu befestigen sind zusätzliche Befes- tigungsabschnitte notwendig. Zudem muss der Aufnahmekörper mit weiteren Mitteln formschlüssig an einem Einbauort integriert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Gebäudeaußenelement zur Aufnahme eines großflächigen Solarelementes zu schaffen, welches nur geringe Angriffsflächen für Schnee- und Windlasten bietet, günstig in seiner Herstellung ist und einfach an einem Einbauort zu integrieren ist.
Die Aufgaben werden gelöst mit einem Gebäudeaußenelement gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gebäudeaußenelements sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben und im Folgenden näher beschrieben. Die in den Ansprüchen und der Beschrei- bung einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wodurch weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. Die Aufgaben werden gelöst durch ein Gebäudeaußenelement zur Aufnahme eines Solarelementes zum Sammeln und/oder Umwandeln von Sonnenenergie mit zumindest einem Rahmen auf der Basis von Beton, wobei der Rahmen als einstückiger, selbsttragender Formkörper ausgebildet ist, der sowohl in seiner Außenform an den Einbauort als auch in seiner Innenform an die aufzunehmenden Komponenten und eine lichtdurchlässige Abdeckung angepasst ist.
Unter Solarelementen sind unter anderem Thermosolaranlagen oder Solarzellen zu verstehen, die Sonnenlicht in Wärme oder Strom umwandeln und diese einem Verbraucher zuführen. Auch eine Kombination von in dem Gebäudeaußenelement angeordneten Thermosolaranlagen und Solarzellen umfasst die Erfindung. Bevorzugt ist auf der von der Abdeckung abgewandten Seite des Solarelements eine Wärmeisolationsschicht vorgesehen.
Der Formkörper wird bevorzugt aus Beton gegossen, so dass eine einfache Herstellung, insbesondere bei Serienfertigung, kostengünstig möglich ist. Über die Gestaltung des Gussformkörpers ist eine weite Variation der Form und des Oberflächenprofils des Formkörpers möglich. Die Außen- form des Formkörpers kann an den Einbauort angepasst werden. Insbesondere kann bei einer Indachvariante, bei der das Gebäudeaußenelement einen Teil der Dachpfannen eines Daches ersetzt, die Außenform so gestaltet sein, dass das Gebäudeaußenelement auf und/oder unter den angrenzenden Dachpfannen anliegt. Insbesondere ist die Abmessung des
Gebäudeaußenelements so ausgelegt, dass eine gewisse Anzahl Dachpfannen durch das Gebäudeaußenelement ersetzt wird, ohne dass angrenzende Dachpfannen nachträglich bearbeitet werden müssen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, spezielle, zu einem Dachpfannen- System passende Übergangspfannen zu benutzen, um einen dichten und optisch einwandfreien Anschluss eines Gebäudeaußenelementes an das übrige Dach zu ermöglichen.
Bei einer Aufdachanbringung des Gebäudeaußenelementes, also der Anordnung auf den Dachpfannen eines Daches, können Befestigungsvorrichtungen auf der Unterseite des Formkörpers vorgesehen sein. Bei der Aufstellung des Gebäudeaußenelementes auf einem Flachdach können Halteelemente, beispielsweise in der Form von Aussparungen auf der Rückseite, für ein Gestell in dem Formkörper vorgesehen sein. Soll das Gebäudeaußenelement als Fassadenelement eingesetzt werden, so kann die Außenform mit einem ebenen Oberflächenprofil gestaltet werden. Ebenso kann die Innenform für die aufzunehmenden Komponenten gestaltet werden. Zum einen können Aufnahmemöglichkeiten für Befestigungsmittel der Solarelemente vorgeformt werden oder Vertiefungen für die Aufnahme von Wärmetauscherrohren insbesondere in Mäanderform vorgesehen sein.
Der Formkörper ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass eine lichtdurchlässige Abdeckung formgenau aufgenommen werden kann. Die lichtdurchlässige Abdeckung ermöglicht ein fast ungeschwächtes Eintreten von Sonnenlicht in das Gebäudeaußenelement, die bevorzugt als Glasscheibe ausgeführt ist. Da Glas und Beton ähnliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, kommt es auch bei Temperaturschwankungen zu keinen kritischen Spannungen in den Materialien.
Das erfindungsgemäße Gebäudeaußenelement kann durch einfache Maßnahmen während des Herstellungsprozesses an verschiedene Verwendungszwecke angepasst werden. So kann das Gebäudeaußenelement nur für den Einsatz von Thermosolaranlagen oder Solarzellen vorgesehen
sein, aber auch für eine kombinierte Anwendung der beiden Solarelementausführungen.
Bevorzugt kann das Gebäudeaußenelement auch in eine Betonwand ein- gegossen werden. Bevorzugt ist auch, dass das Gebäudeaußenelement in seiner Außenform so ausgeführt ist, dass es in eine Wand eingemauert werden kann.
Vorzugsweise weist der Formkörper mindestens eine erste Nut mit einer elastischen Dichtung auf, die die Abdichtung zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckung und dem Rahmen bildet. Die elastische Dichtung, die auch unabhängig von der Nut eine Verbindung zwischen Formkörper und der lichtdurchlässigen Abdeckung herstellen kann, die bevorzugt aus einem Silikon besteht, ist zumindest teilweise in die erste Nut eingelassen und umläuft den Formkörper vollständig. Die lichtdurchlässige Abdeckung wird durch die dauerelastische Dichtung an dem Formkörper gehalten und stellt eine Verbindung zwischen Formkörper und lichtdurchlässiger Abdeckung dar, so dass ein Eindringen von Flüssigkeit durch die Verbindungsstelle zwischen Formkörper und Abdeckung nicht möglich ist. Das Einsetzen einer Abdeckung in ein noch nicht verfestigtes Dichtmaterial, insbesondere Silikon oder ein dauerelastischer Silikonkleber, ist möglich und kann zur einfachen Befestigung der Abdeckung genutzt werden. Vorteilhaft ist es, wenn der Formkörper aus einem glasfaserverstärkten Beton mit einer Biege-/Zugfestigkeit von 6 bis 12 N/mm2 und einer Druckfestigkeit von 70 bis 90 N/mm2 ausgestattet ist.
Mit glasfaserverstärktem Beton ist gemeint, dass 0,5 Vol.- bis 3 Vol.- der Betonmischung aus einer alkaliresistenten Glasfaser besteht. Die Glasfasern liegen meist als Kurzfasern mit einer Länge von z.B. wenigen Millimetern vor. Mit glasfaserverstärktem Beton sind auch stabile Wandstärken von nur einigen Millimetern erreichbar.
Beton als Werkstoff hat den Vorteil, dass er für mindestens 50 Jahre witterungsbeständig ist und er Feuchtigkeit in gewissen Grenzen aufnimmt bzw. durchlässt, so dass beispielsweise Feuchtigkeit aus dem Innenraum nach außen abgeführt werden kann. Durch die mechanischen Eigenschaf- ten des Betons ist das erfindungsgemäße Gebäudeaußenelement selbsttragend.
Mit Beton als Werkstoff ist es zudem bevorzugt möglich, dass das Gebäudeaußenelement an seiner äußeren Hülle keine elektrischen Leiter auf- weist. Insbesondere sind an Stellen, an denen elektrische Leiter, wie etwa die von Solarzellen erzeugten Strom führenden Kabel beim Austritt aus dem Gebäudeaußenelement zumindest im montierten Zustand entsprechend isoliert. Sollte ein mit einem solchen, Solarzellen aufweisendes Gebäudeaußenelement ausgeführtes Gebäude brennen, kann kein elektri- sches Potential außen an dem Gebäudeaußenelement anliegen. Eine Beschädigung der Isolation durch ein Feuer ist, wenn überhaupt, erst nach langer Einwirkzeit des Feuers zu erwarten. Ein sicheres Löschen des brennenden Gebäudes ist somit möglich. Zudem ist durch die elektrisch nichtleitende Ausbildung der äußeren Hülle des Gebäudeaußenelements die Blitz einschlaggefahr in ein solches Gebäudeaußenelement stark reduziert.
Beton ist zudem in verschiedenen Farben einfärbbar und kann so an den vorgesehenen Einsatzort auch ästhetisch angepasst werden.
Zwar ist ein Gebäudeaußenelement aus Beton vergleichsweise schwerer als ein Element mit einem Aluminiumrahmen, doch kann die Belastung einer Dachkonstruktion bei einer Indachmontage in der gleichen Größenordnung liegen wie bei einem auf dem Dach montierten leichteren Ele- ment, da die Dachpfannen durch das Gebäudeaußenelement ersetzt werden können. Bei einer Aufstellung auf einem Flachdach, bei dem ein Gebäudeaußenelement mit einem Gestell zur Sonne ausgerichtet werden muss, benötigt man bei dem erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelement
eine geringere zusätzliche Last, um es gegen mögliche angreifende Kräfte, wie Wind, vor Umfallen oder Verschieben zu schützen.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn auf einer der Sonne zugewandten Seite des Formkörpers Solarzellen anordenbar sind. Der hier vorgeschlagene glas- faserverstärkte Beton kann mit einer besonders glatten Oberfläche geformt werden, so dass auf dieser direkt Solarzellen aufbringbar sind. Solarzellen sind in der Regel empfindlich gegenüber Unebenheiten ihrer Unterlage, auf der sie montiert sind und insbesondere Betonelemente zur Aufnahme von Solarzellen konnten bisher nicht mit genügend glatten Oberflächen hergestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelement kann dieser Nachteil überwunden werden. Alternativ wird vorgeschlagen, dass auf der zum Gebäudeaußenelement hingewandten Seite der lichtdurchlässigen Abdeckung Solarzellen angeordnet sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Formköper mit einem durchgehenden Boden gefertigt. Ein durchgehender Boden schützt das Gebäudeaußenelement vor Eindringen von Feuchtigkeit von der Rückseite und bewirkt eine zusätzliche Stabilität. Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Formkörper in Teilbereichen, insbesondere an seinem Boden mit einem Glasfasergewebe verstärkt ist. Glasfasergewebe erhöht im Vergleich zu dem Beton zugemischten Kurzfasern die Biege-/Zugfestigkeit weiter. Somit ist ein Formkörper mit noch geringerer Wandstärke bei ähnlichen mechanischen Eigenschaften möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Gebäudeaußenelementes für die Erzeugung elektrischer Energie ist zumindest ein Kabel zur Übertragung der von Solarzellen erzeugten Energie zumindest in Teilabschnitten vollständig in dem Formkörper angeordnet, insbesondere eingegos- sen. Insbesondere kann das Kabel vollständig in dem Formkörper angeordnet sein, wobei lediglich die Kabelenden zum Anschließen weiterer Komponenten aus dem Formkörper herausgeführt sind.
Durch die Verwendung von Beton wird die Brandlast des Gebäudeaußenelementes gegenüber herkömmlichen Solarmodulen reduziert. Darüber
hinaus wird durch die Anordnung von mit Kunststoff isolierten Kabeln in dem Beton verhindert, dass der Kunststoff bei einem Brand schnell verbrennt. Auf diese Weise wird die Brandlast weiter reduziert und die Emission von gesundheitsgefährdenden Gasen verringert.
In den meisten Fällen werden mehrere Solarmodule auf einem Dach neben und/oder übereinander angeordnet. Bevorzugt werden daher solche Steckverbindungen an den Seiten des Formkörpers vorgesehen, die ein möglichst einfaches und platzsparendes Zusammenstecken von Modulen erlauben. Dies betrifft elektrische Verbindungen, aber auch hydraulische Anschlüsse. Grundsätzlich gibt es die Möglichkeit nur Buchsen an den Verbindungsstellen in dem Formkörper vorzusehen, die dann durch geeignete doppelseitige Steckverbinder verbunden werden. Alternativ können auch wechselseitig Stecker und Buchsen an dem Formkörper vorge- sehen werden, die dann ein direktes Zusammenstecken der Solarmodule ermöglichen. Um Längenausdehnungen der miteinander verbundenen Gebäudeaußenelemente aufgrund von Witterungsschwankungen zu kompensieren sind die Steckverbindungen bevorzugt in drei Raumrichtungen beweglich. Es ist zudem besonders vorteilhaft, wenn die Steckverbindun- gen so ausgeführt sind, dass kein Wasser an elektrisch leitende Teile gelangen kann und die dazu verwendeten Teile und/oder Steckverbindungen schwer entflammbar und elektrisch nicht leitend sind. In diesem Fall wird die Gefahr eines Stromschlages für Feuerwehrleute durch Eindringen von Löschwasser im Brandfall vermieden. Es liegen auch keine Kabel mehr offen, die bei einem Brand entzündet werden und ihre Isolierung verlieren könnten. Somit wird aber auch gewährleistet, dass das Gebäudeaußenelement keine elektrisch leitende Teile an seiner Außenhülle hat. Durch die beschriebenen Steckverbindungen können mehrere Solarmodule miteinander elektrisch verbunden werden, jedoch lässt sich damit al- lein eine komplexe Zusammenschaltung in Reihe und/oder parallel und eine Verbindung mit anderen elektrischen oder elektronischen Bauteilen nicht verwirklichen. Daher wird in jedem Solarmodul ein Anschlusskasten vorgesehen, in dem eine gewünschte Zusammenschaltung der untereinander verbundenen Module vorgenommen werden kann. Um auch die-
sen Anschlusskasten im Brandfall vor Wasser zu schützen, ist in dem Formkörper des Gebäudeaußenelementes eine Anschlusskastenaufnahme vorgesehen, die als geeignet geformter Hohlraum ausgestaltet sein kann. Alternativ kann die Anschlusskastenaufnahme auch zur Sonne zuge- wandten Seite des Gebäudeaußenelements geöffnet sein und durch die lichtdurchlässige Abdeckung begrenzt sein, Bei Bedarf wird in diesen Hohlraum ein Anschlusskasten integriert und durch einen Deckel gegen Feuer und Spritzwasser geschützt. Der Anschlusskasten, der auch elektronische Bauteile enthalten kann, dient als Verbindungsstelle zwischen Solarzellen im Gebäudeaußenelement und weiteren Gebäudeaußenelementen oder Verbrauchern. Der Anschlusskasten kann somit auch an Solarzellen befestigbar sein, die an der lichtdurchlässigen Abdeckung angebracht sind. Durch seine geschützte Unterbringung wird die Brandlast und die von den elektrischen Anschlüssen ausgehende Gefahr für einen Stromschlag bei Löscharbeiten im Brandfall vermindert. Mit dem erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelement kann somit eine Anordnung von Solarzellen bereitgestellt werden, die im Brandfall keine Gefährdung für Feuerwehrleute durch einen Stromschlag darstellt. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn ein Aufnahmeelement für einen Absorptionskörper in dem Formkörper integriert ist. Ein Aufnahmeelement ist beispielsweise eine zylinderförmige Ausnahme im Rahmen des Formkörpers, durch die eine Leitung für das Solarelement gelegt werden kann. Ein solches Aufnahmeelement wird während des Herstellungsschrittes beim Gießen direkt integriert. Es kann aber auch ein Haken in den Formkörper integriert werden, so dass ein Solarelement an diesen Haken nachträglich in dem Gebäudeaußenelement fixiert werden kann.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn eine Leitung des Solarelementes für ein Wärmeträgermedium zumindest in Teilabschnitten vollständig in dem Formkörper angeordnet, insbesondere eingegossen ist. Die Leitung eines Thermosolarelementes kann insbesondere in einer Schicht Beton eingegossen sein, so dass schon bei der Herstellung des Formkörpers das Solarelement in dem Gebäudeaußenelement integriert ist.
Alternativ ist es auch möglich und vorteilhaft für ein modular aufgebautes Gebäudeaußenelement, eine in eine Betonumhüllung eingegossene Leitung als Absorptionsmodul zum Einlegen in den Formkörper auszuge- stalten. Dann kann je nach Bedarf entschieden werden, ob ein Absorptionsmodul und/oder ein photovoltaisches Modul zur Anwendung kommt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in den Boden des Formkörpers eine Rohrleitung z. B. aus Stahl oder einem Kunststoff eingegossen ist. Die Dimensionierung der Rohrleitung ist dabei so ausgelegt, dass unter Laborbedingungen bei einer Einstrahlung von 1000 W/m2 mit einer sonnenähnlichen spektralen Verteilung eine Wärmeleistung von mindestens 550 W/m2 durch ein in den Rohrleitungen fließendes Wärmemedium aufgenommen wird, d. h. bei einer Fläche des Gebäudeaußenelementes von z. B. 3 m2 sind die Rohrleitungen für eine Wärmeabfuhr von über 1500 W ausgelegt . Stahl hat den besonderen Vorteil, dass er einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie Beton aufweist. Es ist ferner vorteilhaft, wenn die die Leitung umgebende Schicht Beton zum Boden des Formkörpers hin zusätzlich durch eine Isolationsschicht vor Wärmeverlusten ge- schützt wird. Sofern eine Fluidleitung vollständig in den Boden des Formkörpers eingegossen wird, lässt sich wiederum eine glatte Oberfläche herstellen, die dann zusätzlich Solarzellen tragen kann. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl eine Thermosolaranlage, die in dem Boden des Formkörpers integriert sein kann, als auch eine Photovoltaikanlage gleichzeitig in dem Gebäudeaußenelement zu betreiben. Dabei können verschiedene Synergieeffekte genutzt werden, um eine Überhitzung der jeweiligen Systeme zu vermeiden, aber trotzdem möglichst viel Sonnenenergie zu nutzen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Belüftungsöffnung in den Formkörper integriert, vorzugsweise eine einstellbare Belüftungsöffnung. Eine solche einstellbare Belüftungsöffnung ermöglicht es, Umgebungsluft oder besonders gereinigte und entfeuchtete Luft dem Inneren des Gebäudeaußenelements zu-
zuführen. Auf diese Weise kann beispielsweise in den Morgenstunden kondensierte Feuchtigkeit aus dem Gebäudeaußenelement entfernt werden oder bei drohender Überhitzung kühlere Umgebungsluft eingeleitet werden. Einstellbare Belüftungsöffnungen können sowohl in dem Rahmen als auch im Boden des Formkörpers angeordnet sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Formkörper eine Höhe von weniger als 120 mm, bevorzugt weniger als 100 mm, aufweist. Flache Gebäudeaußenelemente bieten eine geringe Angrifffläche für Wind und Schneelasten und sind insbesondere durch die Verwendung von Beton herstellbar.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens ein höhenverstellbares Stützelement unterhalb des Formkörpers angeordnet ist. Ein solches Stützelement stützt den Formkörper nach der Installation ab und verhindert somit ein Durchbiegen des Formkörpers. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Gebäudeaußenelement als Indachvariante aufgebaut wird, wobei es eine Vielzahl von Dachpfannen ersetzt und sich über mehrere Reihen Dachpfannen erstreckt. In diesem Fall kann es nämlich sein, dass das Dach leicht gewölbt ist und somit das Gebäudeaußenelement nicht gleichmäßig aufliegt. Stütz demente verteilen in diesem Falle die auf das Dach wirkenden Lasten gleichmäßig.
Besonders vorteilhaft ist es zudem, wenn die Abdeckung eine Beschich- tung aufweist, die eine von der BeStrahlungsintensität abhängige Trans- mission für zumindest bestimmte Spektralbereiche des Sonnenlichts, insbesondere für Infrarot- Strahlung oder Ultraviolett- Strahlung, aufweist. Eine solche Beschichtung der Abdeckung verhindert eine übermäßige Aufheizung des Gebäudeaußenelementes bei besonders großer Sonneneinstrahlung.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine zweite Nut im Formkörper ausgebildet ist, die als Aufnahme für Befestigungsmittel und/oder Blecheindeckungen geeignet ist. In eine solche Nut kann beispielsweise eine Klammer eingreifen, die das Gebäudeaußenele-
ment mit einem Gebäude verbindet. Mit Blecheindeckung ist ein Blechelement gemeint, das das Gebäudeaußenelement mit Dachpfannen verbindet, Lücken zwischen Gebäudeaußenelement und Gebäude überbrückt und so ein Angreifen einer Wind- oder Schneelast mindert. Ferner wird ein Eindringen von Regenwasser unter das Gebäudeaußenelement durch ein solches Blechelement vermieden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Formkörper an einem oberen Rand so gestaltet, dass dieser unter einer oben angrenzenden Reihe von Dachpfannen befestigt werden kann. Ein so unterhalb der Dachpfannen angeordnetes Gebäudeaußenelement bietet witterungsbedingten Einflüssen kaum Widerstand. Regen und Schnee können von der oben angrenzenden Reihe Dachpfannen auf das Gebäudeaußenelement ohne erhöhten Widerstand gelangen.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Formkörper an einem unteren Rand so gestaltet, dass dieser oberhalb einer an den unteren Rand angrenzenden Reihe von Dachpfannen befestigt werden kann. Eine solche Anordnung des Gebäudeaußen- dementes bezüglich der unten angrenzenden Dachpfannen erlaubt es, dass Regen und Schnee von dem Gebäudeaußenelement ohne erhöhten Widerstand auf die Dachpfannen abgeleitet werden. Ein so vollkommen in eine Dacheindeckung integriertes Gebäudeaußenelement bietet auch Windlasten nur geringsten Widerstand.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Formkörper an seitlichen Rändern so gestaltet, dass diese oberhalb und/oder unterhalb seitlich angrenzender Reihen von Dachpfannen befestigt werden können. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine voll- kommene Integration des Gebäudeaußenelementes in ein mit Dachpfannen belegtes Dach, ohne dass dieses erhöhten Widerstand für Windlasten bietet.
Auf diese Weise bietet das als Dachelement eingesetzte Gebäudeaußenelement kaum noch zusätzliche Angriffsflächen für Schnee- und Windlasten. Durch die Möglichkeit, eine konventionelle Dacheindeckung durch ein Gebäudeaußenelement zu ersetzen, ist zudem eine ästhetisch schönere Integration des Gebäudeaußenelements in eine Dachstruktur gegeben.
Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelements zumindest als Indachelement, Aufdachelement, Auf Stellelement auf einem Flachdach oder Fassadenelement vorgeschlagen
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
Fig. 1: Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Gebäudeaußenelement,
Fig. 2: Teil eines Querschnitts durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelementes,
Fig. 3: Teil eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelementes,
Fig. 4: Teil eines Querschnitts einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelementes, und
Fig. 5: Teil eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelements, perspektivisch ein oberes Ende einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelements,
Fig. 7: perspektivisch einen Verbindungsbereich eines Gebäudeaußenelements,
Fig. 8: perspektivisch einen Anschlusskasten auf der Unterseite eines
Gebäudeaußenelements,
Fig. 9: Detailansicht einer Anschlusskastenaufnahme,
Fig. 10: Ausschnitt eines Daches mit Gebäudeaußenelementen.
Fig. 1 zeigt schematisch die Aufsicht auf ein Gebäudeaußenelement 1 mit einem Rahmen 3, der aus einem Formkörper 4 gebildet ist. Der Formkörper 4 weist eine Außenform 41 und eine Innenform 42 auf, die an den Einbauort bzw. an die aufzunehmenden Komponenten angepasst werden können. Der hier dargestellte Formkörper 4 weist einen oberen Rand 47 auf, der bei einer Indachmontage unterhalb einer oben angrenzenden Reihe Dachpfannen angeordnet wird. Ein unterer Rand 48 ist so gestaltet, dass er oberhalb einer unten angrenzenden Reihe Dachpfannen angeordnet werden kann. Ferner weisen die seitlichen Ränder 49 eine solche Ge- stalt auf, dass sie oberhalb bzw. unterhalb der seitlich angrenzenden Dachpfannen angeordnet werden können. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Formkörper 4 mit einem Boden 44 ausgeführt, in dem eine einstellbare Belüftungsöffnungen 50 integriert ist. Fig. 2 zeigt einen Teil eines Querschnitts durch eine Ausführungsform des Gebäudeaußenelementes 1. Ein Formkörper 4 weist auf seiner Außenform 41 eine zweite Nut 46 auf, in die Befestigungsmittel eingreifen können. Auf der der Außenform 41 gegenüber liegenden Seite weist der Formkörper 4 eine Innenform 42 auf, die an die aufzunehmenden Kom- ponenten, insbesondere einen Absorptionskörper 9, angepasst werden kann. Auf der der Sonne zugewandten oberen Seite weist der Formkörper 4 eine erste Nut 43 auf, in der eine Dichtung 6 angeordnet ist. Der Formkörper 4 wird auf seiner Oberseite durch eine lichtdurchlässige Abdeckung 5 abgedeckt, die mit der Dichtung 6 zum Gebäudeaußenelementin-
neren abgedichtet wird. Das Gebäudeaußenelement weist eine Höhe H auf.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Teil eines Querschnitts einer weiteren Aus- führungsform des Gebäudeaußenelementes 1. Das hier dargestellte Gebäudeaußenelement ist dem Gebäudeaußenelement 1 der Fig. 2 ähnlich, so dass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente beschreiben. Das Gebäudeaußenelement 1 weist an seiner unteren Seite ein höhenverstellbares Stützele- ment 7 auf, welches, eine weitere Auflagefläche für das Gebäudeaußenelement auf einer Dacheindeckung, einem Dachbalken oder einer Dachlatte bietet. Auf der Innenseite ist ein Solarelement 2 angeordnet, in diesem Fall eine Thermosolaranlage, welche ein Rohr aufweist. In dem Rohr zirkuliert eine Wärmeübertragungsmedium, das an einen externen Wärme- tauscher angeschlossen sein kann, so dass ein Verbrauchermedium erwärmt werden kann. Das Rohr ist in dem Beton angeordnet, so dass das Solarelement 2 während des Herstellungsprozesses in das Gebäudeaußenelement 1 integriert werden kann. Bevorzugt ist zwischen dem Solarelement 2 und dem Boden 44 eine Isolationsschicht 8 angeordnet, die eine Wärmeübertragung vom Solarelement 1 an die Umgebung verhindert. Der Formkörper 4 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Boden 44 auf, der sich über die komplette Unterseite des Formkörpers erstreckt.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gebäudeaußenelemen- tes 1 in einem teilweisen Querschnitt. Es wird wiederum lediglich auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 hingewiesen. Der Formkörper 4 weist an einem seitlichen Rand 49 eine Außenform 41 auf, die es ermöglicht, seitlich angrenzende Dachpfannen auf den seitlichen Rand 49 bzw. die Außenform 41 abzulegen, so dass eine Integration des Gebäudeaußenelementes in eine Dachbedeckung eines Daches ermöglicht wird. Ferner ist in der Innenform 42 ein Aufnahmeelement 45 in dem Formkörper 4 integriert, der dazu geeignet ist, Solarelemente aufzunehmen.
Fig. 5 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gebäudeaußenelements 1 in einem teilweisen Querschnitt. Das in Fig. 5 dargestellte Gebäudeaußenelement 1 ist dem in Fig. 3 ähnlich, so dass an dieser Stelle lediglich die Unterschiede beschrieben werden. Im Gegensatz zu der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform weist dieses Gebäudeaußenelement 1 keine Isolationsschicht 8 auf. Auf der der Sonne zugewandten Seite des Absorptionskörpers 9, der ein Rohr 2 für eine Thermosolaranla- ge enthält, sind Solarzellen 10 angeordnet, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Das Rohr 2 kann auch ein Kühlmittel führen, dass die Solarzellen 10 auf einer möglichst niedrigen Temperatur hält. Mit einer solchen Ausführungsform des Gebäudeaußenelements ist es möglich, elektrische Energie und/oder thermische Energie für Verbraucher aus dem Sonnenlicht zu erzeugen. Eine höhere Effizienz der Energieumwandlung kann somit erreicht werden. An einer hier nicht dargestellten ein- stellbaren Belüftungsöffnung 50 kann ferner ein zusätzlicher Wärmetauscher angeschlossen werden, dem die in dem Gebäudeaußenelement 1 erwärmte Luft zugeführt wird, wodurch die Energiebilanz weiter erhöht wird. Fig. 6 zeigt einen oberen Abschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelements 1 mit einem Rahmen 3 aus einem Formkörper 4 in einer perspektivischen Darstellung. Die Innenform 42 weist am Boden 44 Verstärkungsstrukturen 16 auf, die dem Gebäudeaußenelement 1 eine höhere mechanische Steifigkeit verleihen und als Auflagefläche für Solarelemente 2 dienen können. Zudem weist die Innenform eine Anschlusskastenaufnahme 14 auf, wobei ein Anschlusskasten 13 für elektrische Anschlüsse an einer Außenseite des Gebäudeaußenelements 1 in der Anschlusskastenaufnahme 14 angeordnet ist. Zur Durchführung von elektrischen Leitungen von einem Solarelement 2 zu dem Anschlusskasten 13 sind Aussparungen 17 in der Anschlusskastenaufnahme 14 angeordnet. Von der Anschlusskastenaufnahme 14 führt eine Kabelaufnahme 15 zu den seitlichen Rändern des Gebäudeaußenelements 1. In der Kabelaufnahme 15 ist ein Kabel 11 angeordnet, insbesondere eingegossen. An dem aus dem Rahmen 3 austretenden Ende des
Kabels 11 ist eine nicht näher dargestellte Steckverbindung 12 angebracht, die in die drei Raumrichtungen bewegbar ist, um eine Relativbewegung von zwei verbundenen Gebäudeaußenelementen 1 ausgleichen zu können. Die Steckverbindung 12 ist bevorzugt als in den Rahmen 3 integrierte Buchse ausgeführt, so dass ein Gebäudeaußenelement 1 mit weiteren Gebäudeaußenelementen einfach durch nicht dargestellte doppelseitige Steckverbinder verbunden werden kann.
Solarzellen können somit in dem Gebäudeaußenelement 1 angeordnet werden, wobei deren elektrische Anschlüsse durch Aussparungen 17 zu einem Anschlusskasten 13 geführt werden, in dem elektrische Schaltungen angeordnet sein können. Über die Kabel 11 kann der Anschlusskasten 13 und somit die Solarelemente 2 elektrisch mit weiteren Gebäudeaußenelementen bzw. Verbrauchern verbunden werden.
Fig. 7 und 8 zeigen Detailansichten des Ausführungsbeispiels des Gebäudeaußenelements 1 gemäß Fig. 6. In Fig. 7 ist die Ecke eines Gebäudeaußenelements 1 mit einem Rahmen 3 aus einem Formkörper 4 dargestellt. Die Innenform 42 weist eine Kabelaufnahme 15 auf, in der mindestens ein Kabel 11 geführt wird. Das Kabel 11 ist mit seiner Isolierung in der Kabelaufnahme 15 angeordnet. An dem aus dem Gebäudeaußenelement 1 austretenden Ende des Kabels 11 ist eine Steckverbindung 12 angebracht, über die das Gebäudeaußenelement 1 mit weiteren Gebäudeaußenelementen elektrisch verbunden werden kann. Die nicht dargestellte Steckver- bindung 12 sollte eine Bewegung in drei Raumrichtungen zum Ausgleich von Relativbewegungen benachbarter Gebäudeaußenelemente zulassen.
Die Innenform 42 weist zudem ein Befestigungselement 18 zur Aufnahme eines rohrförmig ausgeführten Absorptionskörpers 9 auf, der durch Durchführung 19 aus dem Gebäudeaußenelement 1 geführt und so mit anderen Gebäudeaußenelementen 1 oder einem Verbraucher verbunden werden kann. In oder an der Durchführung 19 kann auch eine Belüftungsöffnung, ggf. mit einer Halterung für ein Filterelement, vorgesehen werden. Das Befestigungselement 18 ist als Vorsprung in der Innenform
42 mit einer rohrförmigen Aussparung ausgeführt. In der rohrförmigen Aussparung befindet sich eine radial umlaufende Nut, wobei in der Nut ein Halteelement wie eine Feder angeordnet ist. Aus der Darstellung geht hervor, dass das Gebäudeaußenelement 1 mit einfachen Mitteln während der Herstellung für verschiedene Typen von Solarmodulen ausgelegt werden kann. Beim Formgießen des Rahmens 3 können durch Einfügen oder Weglassen bestimmter Einsätze je nach Bedarf Kabel mit eingegossen und Steckverbindungen vorbereitet werden oder nicht. Das gleiche gilt für die Anschlusskastenaussparung und hydraulische Anschlüsse oder Belüftungsöffnungen.
Fig. 8 zeigt eine Detailansicht der Anschlusskastenaufnahme 14, die in der Innenform 42 des Gebäudeaußenelements 1 angeordnet ist. Durch die Aussparungen 17 in der Anschlusskastenaufnahme 14 können elektrische Leitungen von einem Solarelement 2 zu dem Anschlusskasten 13 geführt werden. Der elektrische Anschlusskasten 13 kann wiederum über Kabel 11 in der Kabelaufnahme 15 eine Anschlussmöglichkeit an der Außenseite des Gebäudeaußenelements 1 bieten.
Fig. 9 zeigt eine Detailansicht der Anschlusskastenaufnahme 14 auf der Rückseite des Gebäudeaußenelements 1 der Ausführungsform in Fig. 6. Die Anschlusskastenaufnahme 14 stellt eine Aussparung in dem Boden 44 und somit auch in der Außenform 41 des Gebäudeaußenelements 1 dar. In der Anschlusskastenaufnahme 14 ist der Anschlusskasten 13 z. B. kraftschlüssig und/oder formschlüssig befestigt. Der Anschlusskasten 13 kann elektronische Schaltungen aufweisen, die mit einem Solarelement 2 auf der Innenseite des Gebäudeaußenelements 1 verbunden ist. Ferner ist der Anschlusskasten 13 über Kabel 11 von außerhalb des Gebäudeaußen- elements 1 kontaktierbar. Die Kabel 11 werden dazu in der Kabelaufnahme 15 zu der Außenseite des Gebäudeaußenelements 1 geführt. Die Anschlusskastenaufnahme 14 ist mit einem nicht dargestellten Schutzelement verschließbar, so dass zumindest kein Spritzwasser zu dem Anschlusskasten 13 vordringen kann.
In Fig. 10 ist ein Ausschnitt eines Daches 20 mit sechs Gebäudeaußenelementen 1 als Indachelemente dargestellt. Die Gebäudeaußenelemente 1 sind so ausgebildet, dass sie einen Teil der Dachpfannen 21 ersetzen und somit einen Teil der Dachbedeckung bilden. Die Gebäudeaußenelemente 1 sind dazu an ihren oberen, unteren und seitlichen Rändern so geformt, dass diese unter bzw. über einer angrenzenden Reihe von Dachpfannen 21 oder einem weiteren Gebäudeaußenelement 1 befestigt werden können. Die Solarelemente der Gebäudeaußenelemente 1 sind, wie bereits oben beschrieben, über hier nicht sichtbare Steckverbindungen 12 miteinander verbunden.
Das erfindungsgemäße Gebäudeaußenelement erlaubt eine Anwendung als Indachelement, Aufdachelement, Fassadenelement oder Aufstellele- ment auf einem Flachdach, wobei es aufgrund seiner Materialien witterungsbeständig ist und kostengünstig in seiner Herstellung. Durch die Verwendung von Beton wird zum einen die Brandlast eines Gebäudes mit einem erfindungsgemäßen Gebäudeaußenelement reduziert. Zum anderen wird durch die Anordnung der Kabel mit ihrer Isolation in dem Rah- men das Verbrennen der Isolation verhindert, so dass die Emission von gesundheitsgefährdenden Gasen reduziert wird und bei einem Brand nicht schnell elektrisch leitfähige Flächen freigelegt werden, die mit Löschwasser in Kontakt geraten könnten.
Bezugszeichenliste
I Gebäudeaußenelement
2 Solarelement
3 Rahmen
4 Formkörper
5 Abdeckung
6 Dichtung
7 Stützelement
8 Isolationsschicht
9 Absorptionskörper
10 Solarzelle
II Kabel
12 Steckverbindung
13 Anschlusskasten
14 Anschlusskastenaufnahme
15 Kabelaufnahme
16 Verstärkungsstruktur
17 Aussparung
18 Befestigungselement
19 Durchführung
20 Dach
21 Dachpfanne
41 Außenform
42 Innenform
43 erste Nut
44 Boden
45 Aufnahmeelement
46 zweite Nut
47 oberer Rand
48 unterer Rand
49 seitliche Ränder
50 einstellbare Belüftungsöffnungen H Höhe
Claims
Gebäudeaußenelement (1) zur Aufnahme eines Solarelementes (2) zum Sammeln und/oder Umwandeln von Sonnenenergie mit zumindest einem Rahmen (3) auf der Basis von Beton, wobei der Rahmen
(3) als einstückiger, selbsttragender Formkörper (4) ausgebildet ist, der sowohl in seiner Außenform (41) an den Einbauort als auch in seiner Innenform (42) an die aufzunehmenden Komponenten und einer lichtdurchlässigen Abdeckung (5) angepasst ist.
Gebäudeaußenelement (1) nach Anspruch 1, wobei der Formkörper
(4) mindestens eine erste Nut (43) mit einer elastischen Dichtung (6) aufweist, die die Abdichtung zwischen der lichtdurchlässigen Abdeckung (5) und dem Rahmen (3) bildet.
Gebäudeaußenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (4) aus einem glasfaserverstärkten Beton mit einer Biege-/Zugfestigkeit von 6 bis 12 N/mm2 und einer Druckfestigkeit von 70 bis 90 N/mm2 ist.
Gebäudeaußenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper (4) mit einem durchgehenden Boden (44) gefertigt ist.
Gebäudeaußenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Kabel (11), insbesondere zur Übertragung der von Solarzellen erzeugten elektrischen Energie, zumindest in Teilabschnitten vollständig in dem Formkörper (4) angeordnet, insbesondere eingegossen, ist.
Gebäudeaußenelement (1) nach Anspruch 5, wobei mindestens eine elektrische Steckverbindung (12) an einer Austrittsstelle des Kabels (11) aus dem Formkörper (4) angeordnet ist, insbesondere eine gegen Spritzwasser geschützte und schwer entflammbare.
7. Gebäudeaußenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei ein von außen zugänglicher elektrischer Anschlusskasten
(13) in eine Anschlusskastenaufnahme (14) des Formkörpers (4) integriert ist, insbesondere gegen Spritzwasser und Feuer geschützt.
8. Gebäudeaußenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei eine Leitung des Solarelements (2) für ein Wärmeträger- medium zumindest in Teilabschnitten vollständig in dem Formkörper (4) angeordnet, insbesondere eingegossen, ist.
9. Gebäudeaußenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei mindestens eine zweite Nut (46) im Formkörper (4) ausgebildet ist, die als Aufnahme für Befestigungsmittel und/oder Blecheindeckungen geeignet ist.
10. Gebäudeaußenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das als Dachelement geeignet ist, wobei der Formkörper (4) an einem oberen und/ oder unteren Rand (47, 48) so gestaltet ist, dass dieser unter bzw. über einer oben bzw. unten angrenzenden Reihe von Dachpfannen befestigt werden kann.
11. Gebäudeaußenelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das Gebäudeaußenelement (1) an seiner äußeren Hülle nur elektrisch nicht leitende Materialien aufweist.
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