WO2014072384A1 - Gebäudehülle und verfahren zur temperatureinstellung in einem gebäude - Google Patents

Gebäudehülle und verfahren zur temperatureinstellung in einem gebäude Download PDF

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WO2014072384A1
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Julian BERCHTOLD
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Iis Institute For Independent Studies Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a building envelope, in particular a building wall, a floor and / or a roof, of a building with at least two spaced apart shells, one with the exception of supporting and / or building elements substantially empty or at least partially filled with porous, porous material , enclosed between the exterior and interior of the building sealed space between them. It further relates to a method for controlling the internal temperature in a building, which in particular has a building envelope of the type mentioned.
  • the function of a building envelope is the separation of a building between the building interior and its surroundings.
  • the inner boundary conditions consist of the use such as apartment, office, server room, machinery and equipment, the time course of the heating and cooling loads and their cycles as well as the specifications for indoor climate with respect to temperature, humidity and sound.
  • the outer boundary conditions consist of building statics, dynamics and mechanical influences, influences due to weather and climate as well as their temporal processes such as weather phases, climatic phases, day and night cycles.
  • the relevant building physics variables are heat, humidity and sound, their time course as well as the
  • vacuum insulation In addition to conventional insulating materials such as stone and glass wool, fiber and foam, systems with evacuated layers, so-called vacuum insulation, are increasingly being used. These are characterized by a small layer thickness with very high thermal insulation performance and form under difficult geometrical conditions good solutions with low
  • Cooling energy requirement can be reduced.
  • the invention is based on the object, a developed
  • the invention has for its object to provide an improved method for adjusting the internal temperature in a building, which is also characterized by high overall energy efficiency. This task is in accordance with relatively independent manifestations of
  • the invention seeks to achieve access to overcoming the building physics challenges through a control and control philosophy. An attempt is made not to prevent the effects, but to integrate them into the concept of a building shell and control it in a controlled manner.
  • the building physics effects are coupled to the system and their handling is provided decentrally. Furthermore, the variable and dynamic intrinsic conditions and the inner and outer boundary conditions for the heat balance of a building are exploited.
  • Hulls that have a variety of functions to perform and / or are exposed to extreme external and internal conditions. These can external influences such as weather, climate or mechanical loads or from internal influences through processes or processes
  • a double-shell construction is the preferred solution for developing the degree of decoupling as a separating component between the outside and inside climate of a building.
  • the newly occurring static and dynamic loads within the building envelope require a high-performance building material that allows a versatile construction in an economical manufacturing process.
  • the system requires a control method that has a large number of newly emerging effects, such as temperature gradients,
  • the system presented here is optimized to the specifications of use (internal loads) and location (climate zone). This reduces the conventional Building technology. Furthermore, existing and induced physical effects within the building envelope are exploited by decentralized coupling to the building technology for the operation of the heat balance of a building.
  • the system summarizes the components 1. Vacuum Systems, 2. Active
  • the concept describes a building envelope / façade system and includes a two-or multi-shell construction, a supply technique and a method that allows for any alteration, control and control of the heat transfer through the building envelope (no curtain panels).
  • a vacuum can optionally be applied in the intermediate space of the construction, which is either formed as a cavity or filled with suitable, porous, open-pored materials.
  • joint and surface seals must be redeveloped, materialized and dimensioned.
  • a novel supply technology is needed, which attempts to integrate building services components of existing systems.
  • the system presented here directly influences the heating and cooling requirements via the building envelope and also allows the connection to conventional building services components.
  • additional effects temperature gradients within the walls, phase transitions in the gap
  • the building is considered as a system, whereby the building envelope, consisting of construction, supply technology and control procedure, forms a system component. This includes the approach of additional degrees of freedom via integrated capacities (heat, vacuum) and
  • Heat transfer media air, gas, liquids
  • This allows the maximum utilization of the system states for the heat balance of a building.
  • the present invention is not specifically concerned with ventilation, airflow or back ventilation, but is concerned with passive or active heat transfer through a wall construction by means of the devices and structures discussed in detail below to influence or control. It's not about heating or cooling a wall shell (and then "waiting" as heat flows inside the building envelope), but controlling the heat from outside to inside (active or passive)
  • closed systems that have closed circuits.
  • the present subject matter deals with an adaptation to a specific use or
  • climate zone taking into account that in principle there is a conflict regarding the concrete construction and a heating or cooling function (which will be explained in detail below). It should also be noted that the present invention does not deal with heat storage within a wall but with heat transfer from outside to inside (for example, from an external heat collector to a building interior).
  • the construction basically consists of (at least) two spaced shells which define a space fixed at a distance. This is filled by means of a porous, open-pore material or forms by means of spacers a cavity.
  • the intermediate space can optionally be evacuated (vacuum), ventilated with air or a gas, or with a
  • the shells which form a wall, ceiling or floor construction in structures or a housing of a plant or machine are made of a previously loose, flowable or liquid, shortly after installation in a shaping formwork /
  • Gussform solidifying building material made, which hardens after a certain time and its full strength (powder, pellets, dust, concrete, synthetic resin, etc.).
  • the structural shells are mainly used for statics and dynamic loads, but they can also carry a variety of other functions such as transport, storage and exchange of heat and moisture or protection against mechanical impact. To improve the static and dynamic
  • the full-surface material on the one hand include inclusions, pores or bulges or be provided with a porous, open-cell binding material, a non-woven or fine mesh grid.
  • the static, dynamic connection is created by the fact that the building material flows into the open pores during the installation process, hardens and bonds with the full-surface material.
  • this type of reinforcement can also be used to create this type of reinforcement.
  • the construction can be further prestressed by means of a steel reinforcement. This serves on the one hand to improve the static and
  • the steel reinforcement with a
  • heat-insulating surface paint and heated prior to the installation process (e.g., by electrical current).
  • a temperature difference between the building material and the steel reinforcement must be maintained until the building material begins to build up strength. Due to the subsequent, delayed cooling of both media can be achieved due to different length expansions a bias.
  • the construction consists of a
  • Heat transport in insulating materials takes place via the air / gas contained, by convection, gas heat conduction and free molecular flow.
  • Damping material (in this case we refer to it as support material) evacuated, the relationship between thermal conductivity of the porous, open-pored insulation / support material and the internal air and / or gas pressure must be considered.
  • the relation between pore size and internal gas pressure of the support material and the resulting thermal conductivity on the one hand should be designed and optimized with the use and climate exposure of the building on the other hand.
  • the intermediate space of the two-shell or multi-shell construction can now basically be formed in various ways.
  • Interspace be filled with a porous, open-pored insulation / support material, which is connected to train and pressure with the shells. If the gap is additionally evacuated, the
  • the porous, open-pored Support material in the space may consist of prefabricated panels of a rigid foam or a composite material made of fibers (glass fibers, synthetic fibers) and a binder / adhesive (concrete, synthetic resin), which is applied in a manner (in plate form or directly on the
  • this in order to increase the heat conduction by means of heat conducting liquid in the intermediate space and to allow a rapid change of states in the intermediate space, this can be formed as a cavity which is stabilized and fixed by means of spacers at a distance. The resulting forces due to negative pressure and overpressure in the gap determine dimensioning, materialization and the distribution of the spacers per m 2 in the area.
  • this can sleeves, solid or hollow rods made of a material with the highest possible strength and as low as possible
  • the spacer as a so-called.
  • Spacer be formed.
  • This can e.g. a previously evacuated, resin-sealed rigid foam, which has the required strength and has a low heat transfer coefficient.
  • the anchoring of the spacers in the shells by means of a previously built into the shells anchoring body, which is fixed by the installation of the building material through this.
  • the spacers must take on the following functions: On the one hand, they must absorb the static and dynamic tensile and compressive forces, which arise due to the different physical conditions in the intermediate space, and fix the shells at a distance. Because the
  • Spacers form a constant thermal bridge in the construction, they should on the other hand have the lowest possible thermal conductivity and form point-like contacts with the shells. This is achieved with a material with high strength and low thermal conductivity in order to make the execution as slim as possible.
  • the spacers must additionally the formwork / mold during the
  • a third variant for the formation of the gap is a combination of the two previous types of construction. This is now performed with a slotted or folded porous, open-pored support material, which thereby also has cavities for evacuation or filling with a liquid. This type of construction allows to induce different and mixed states in the space to the gas and
  • Gap can be achieved as a cavity. However, if this is evacuated, only a moderate thermal insulation value results due to the geometry. If, on the other hand, the intermediate space is filled with a porous, open-pored supporting material in order to minimize the heat transfer and evacuated, the states in the intermediate space can only be changed slowly due to the pore size. In addition, the introduction of a heat transfer fluid is limited, since it is difficult to completely remove (residual moisture). This inevitably means that the system must be specially designed in terms of use and climate zone. The choice and determination of the pore size of the support material and the
  • Design of the gap is to be determined and optimized on the basis of energy estimates for use and climate zone, so that an optimal U-value bandwidth is achieved.
  • the forces acting on the shells and spacers which are caused by the different states in the intermediate space, are at a maximum of 10 Mp / m 2 under pressure and 1 Mp / m 2 in tension per meter of water column. Added to this are dynamic loads caused by the alternation of vacuum, gas and fluid. In any case, the distance-stabilizing and fixing material in the space (support material, spacers) must absorb the resulting forces. In order to be able to further increase the heat transfer through the construction, the heat transfer (the heat absorption or heat release) of the
  • the gap is thus divided by means of a construction aid into individual compartments and sectors, which are separated from each other and their inner states in the intermediate space varies independently can be (vacuum, gas, bossitminutekeit). This serves the
  • the surfaces corresponding to the individual sectors can be applied with the measures to increase the heat transfer on the building surface as described in the previous section.
  • the interface between the gap and the shells may be sealed with a foil or plastic sheet, a sheet, with a resin or adhesive, or with a face seal that bonds to the building material.
  • a further embodiment of the construction involves a pipe circuit laid in one or both shells (eg Aluplast underfloor heating pipes) which can be traversed by a heat transfer fluid by means of liquid or circulating pumps to exchange heat in the shells and utilize their heat storage effective mass for the heat balance of the structure ,
  • the tubes may be arranged in a star, circle, spiral or loop shape in the shells of the construction.
  • the released heat of evaporation can also be utilized for the heat balance of the building.
  • the permeable tubes can also be placed in the space embedded in the support material. In this version, they can on the one hand as a feeder be used to regulate the air or gas pressure.
  • moisture can also be introduced into the support material through it. This induces physical effects such as increased heat conduction, better heat radiation behavior and a higher heat capacity within the support material.
  • a building shell is proposed, in particular a building wall, a floor or a roof of a building, with at least two spaced-apart shells, one with the exception of carrying and / or Gebburgetechnik instituten substantially empty or at least partially with porous, porous material sealed, sealed against the exterior and interior of the building space between them, wherein in the space a plurality of first part pipes is arranged, with a heat collector on the outside facing shell are connected and end in the space.
  • a plurality of first part pipes is arranged, with a heat collector on the outside facing shell are connected and end in the space.
  • Intermediate space arranged a plurality of second partial tubes, which are connected to the inner region facing shell, in particular a heat collector on the inner region facing shell and in
  • a central idea of this aspect is that through the sub-pipes a (adjustable) heat transfer from the outside and inside (and vice versa) can take place. It is essential here that a gap is sealed. As a result, a (heat-conducting) fluid can be introduced into the intermediate space. In combination with the (heat-conducting) fluid, an (adjustable) heat conduction can be made possible by filling the (heat-conducting) fluid into the intermediate space so that it can be connected to the first sub-pipe or the heat pipe (comprising the first and second sub-pipes ) adjoins.
  • the present aspect is therefore not concerned with providing pipes to allow heat storage within the building envelope, but rather to a heat transfer from an outside area (in particular outer heat collector) to an inner area (in particular inner
  • the two associated sub-pipes are therefore designed as two intermeshing sub-tubes.
  • an end section of a respective second sub-pipe is arranged within an end section of an associated first sub-pipe (non-contact).
  • an end section of each of a first sub-pipe can be arranged within an end section of an associated second sub-pipe (non-contact).
  • the partial tubes preferably engage with each other. A spacing of the assigned end sections from one another is preferred. This leaves a connection space through the
  • Spacing of the end portions is formed, preferably free (so that the associated end portions do not touch).
  • a (heat-conducting) fluid can penetrate into the sub-pipes via the connecting space, so that a heat-conducting connection between the end sections is realized.
  • the regulation of the heat conduction then preferably takes place in that the connecting space is thermally bridged by the (heat-conducting) fluid, in particular a heat-conducting fluid (or not - by removing the fluid).
  • connection space also have a (heat-insulating) seal.
  • a fluid-conducting connection between the associated sub-pipes is made possible, so that the corresponding heat pipe can realize a fluid transport (in particular a fluid circuit).
  • a liquid pump may be arranged in the first and / or second part of the tube, via the one
  • one end section of a second sub-pipe is arranged concentrically within an associated end section of a first sub-pipe.
  • a first part of the tube concentric within an associated end portion of an associated end portion of a second sub-pipe may be arranged.
  • a fluid circuit interacting with the outer and inner shell is realized by the heat pipe.
  • the heat pipe can have a central pipe section, which preferably lies within a double-walled second pipe section (for returning a circulating fluid).
  • a regulation of the heat transmission can be carried out as follows.
  • the (heat-conducting) fluid can be introduced to increase the heat transmission in associated sub-pipes.
  • a liquid surface of a fluid formed as fluid can be adjusted at the level of (associated with) sub-pipes or above the (associated with) sub-pipes or above the (associated with) sub-pipes.
  • a (heat conducting) fluid can be removed from the sub-pipes.
  • a liquid surface of a fluid formed as a fluid at the level of (associated) sub-tubes or above (the associated with each other) sub-tubes can be adjusted.
  • a further embodiment of the construction includes so-called heat pipes or heat pipes, which can further increase the heat transfer through the construction.
  • the heat collectors (made of a highly thermally conductive sheet), arranged on the outside of the structure, are now in direct heat exchange with the immediate environment and Also, the heat of direct sunlight can be transmitted to the connected pipe projecting into the shells and the gap. As long as the gap is evacuated, there is no heat-conducting connection between the two tubes. Will now the
  • Thermal fluid in the space of the construction If the level is below the heat pipes, there is no increased heat transfer. If the level is above the heat pipes, there is an increased heat transfer. For improved emptying of the heat pipes by the heat transfer fluid, these can be provided either conically or with drain holes. In order to improve and increase the heat transfer through the rondleitminutekeit, this can be mixed with a beideleitmaterial and enriched. It is advisable to carry out the spacer in conjunction with the heat pipe. In order to increase the heat transfer of the heat collectors, the above measures for increasing the
  • Heat transfer can be applied to the surfaces.
  • Heat exchanger units as sources and / or sinks by the transport of a coolant and / or compression refrigeration and heat pumps.
  • Heat absorption and heat dissipation are integrated into the heat pipes at the surfaces and with a heat-minimized construction method. These can also be connected to the building services
  • the heat pipes serve a decentralized increase in the heat transfer in the building envelope. Coupling with conventional building technology can further increase the degree of decentralization.
  • the following measures increase the functionality and efficiency of the heat pipes:
  • their surfaces may be formed by rib or corrugated profiles.
  • these can be wrapped in spots or sections with a heat conduction (copper, aluminum) and connected to the heat pipe pipes or their heat collectors.
  • these can be additionally coupled to specially mounted heat sinks or heat-absorbing materials.
  • the geometry of the building surface must be optimized. If the focus is on low heating demand, the building architecture must form the smallest possible building surface. If the focus is on low cooling power requirements, the building surface should be maximized. The same applies to applications for machines and
  • the construction connections such as joints, joints, transitions or
  • Penetrations (pipes, pipes, cables) basically have the function of sealing individual components against one another, against the intermediate space, against the inner and / or outer space, against the building material or a metal sheet, a foil or a sealing sheet. Tightness must be achieved against vacuum, gas and liquid. It is clear that the system, extended to a whole structure, can never be made completely "tight.” The aim is not complete tightness, but a controllable, fixed leak rate, which can be optimized and minimized by means of the process For applying and maintaining the necessary vacuum and the resulting U-value bandwidth compared with the heating / cooling energy consumption in relation to the corresponding U-value bandwidth and energetically optimized ..
  • sealing points such as lip seals or O-rings
  • a simple example of a sealing point that can be subsequently influenced from the outside is, for example, the application of bitumen (in Form of geomembranes or roofing felt) above a groove, nose or simple increase between concrete and a sheet o .ä. If the sheet is heated from the outside, now the bitumen melts, flows into the hollow spaces, the groove or the like and seals the sealing point when cooling down. This process can be repeated as often as required, thus enabling control of the sealing point.
  • the disadvantage of this solution is that the bitumen flows only down. Sealing points can thus not be sealed “upwards.” A sealing material is thus forced on, which under outer
  • Window gap to prevent the passage of heat and smoke. It can z. As heat, electromagnetic radiation, chemicals or mechanical forces can be exploited as a means of external influence.
  • the effect of heat on the sealing point can be done on the one hand by means of built-in construction leitblechen that allow the heat transfer from an externally accessible point or within the construction up to the sealing point.
  • the action on the sealing point now takes place by heating the leitbleches from outside the construction or by heating the same by means of the leitenbergkeit in the space or the pipe circuit in the shells.
  • heating wires can be integrated into the sealing material, which also from outside the
  • Construction can be operated. In this case, even a variable, controllable leak rate can be achieved. At the effect of
  • Electromagnetic radiation must be ensured that, externally applied, it is not shielded by the materials of construction.
  • either fine, permeable tubes may be incorporated into the sealant or the chemicals may be introduced directly into the gap of the design. In all these applications, cycle life must be ensured for repeated use.
  • the sealing material in the increase in volume a resin o. that would harden and so the sealing point further improved. This process should be repeated as often as you like.
  • the various construction connections are now designed so that an external impact on the sealing point is possible. Finally, the sealing process in three stages
  • the contact and sealing surfaces are joined together and possibly glued. They are then connected under the pressure of the shuttering pressure during the installation process (in certain cases, the sealing points can be acted upon during the installation process).
  • the design details describe how windows, doors, passages, connections and penetrations such as pipes and pipes on the one hand and steps, corners and ends on the other hand are integrated into the construction. They show how the problem of sealing is solved in every single case.
  • the various types of construction space with support material, designed as a cavity or folded support material
  • Thermal bridges are.
  • the surfaces can then be divided into sectors, as desired.
  • the components can be designed in a conical shape.
  • the transition or Completion of the construction may be closed or open in such a way that the cavity is closed to the entire cross-section with a sealing frame forming a reduced thermal bridge.
  • Gradients are actively influenced within the construction.
  • the heat transfer can be influenced and controlled.
  • the vapor pressure can be counteracted on the one hand with a vapor barrier (sheet metal, foil) on the inside of the intermediate space in order to prevent the condensation of moisture within the structure.
  • the accumulating moisture can be absorbed within the structure and actively transported by the system or used for the heat balance of the building. Due to the
  • the dew point is always outside the range in which moisture accumulates and could condense. It protects the system from moisture damage.
  • the design of the construction is designed for the use of the building and the climatic zone, it includes an optimized "pore size" of the support medium, which can range from a nanometer scale to the open cavity, which can also be surfaces, ie the gap
  • the design-related effects such as low gas thermal conductivity in small pores or improved heat transfer fluid exchange rate for large pores, have to be estimated, weighed and optimized against each other.
  • the internal and external physical conditions of the manufacturing process are the same conditions as those of the liquid phase of water.
  • the building material should have the highest possible gas and vacuum tightness and a good heat and moisture management.
  • the introduction process of the flowable building material can either be done from above through the formwork / mold or pressed up from below and closed by impact slide.
  • the flowable building material is either with a pump (concrete pump) or with the help of a
  • Pressure equalization tank installed by means of hydrostatic pressure.
  • the second method may be necessary in certain cases, as the
  • Construction is to build a formwork / mold for each individual shell, on site or in elementary construction, and then to fill this with the building material.
  • the goal, however, is the construction and its
  • Support medium during the installation process liquid, sand, granules achieved in the space.
  • the levels of the Support medium and the liquid building material at any time at the same height Basically, the material density of the support medium must be in the order of the density of the liquid phase of the building material. Due to inertia, internal friction or frictional resistance on the surfaces, deviations in the density of the supporting medium can be imposed. If the support medium is a loose solid, it is not the density of the solid but its bulk density that determines how the manufacturing process is carried out. If a support liquid is used, an additive can be added which, when removed from the space, seals the inner surfaces of the shells. In order not to affect the heat transfer through the separating layer between the shells of the construction and the gap, this should be carried out with a material which has a good heat transfer. Below are various manufacturing and
  • Support material is filled, it is possible to dispense with a separation layer between the space and the shells, so that the building material in the installation process in the open pores of the
  • Incorporate support material can connect with this and solidify.
  • the separation layer between the shells of the construction and the open pores of the support material is formed on the penetration depth of the building material in the support material. It must be ensured that the composite of the support material with the solidified building material can absorb the resulting surface forces (train, pressure). Since the separation layer forms the sealing surface between the support material and shells of the construction, it must achieve as high a tightness as possible.
  • the enforced with the cured building material solid state scaffold prevents and prevents the formation of cracks in the mentioned area.
  • the tightness of the separating layer can be further increased, if any additives are added to the concrete (synthetic resin, silicone, oil or similar). In this case there are two possibilities. On the one hand, the chemical and physical properties of the additive (density,
  • the additive is now again at the liquid front and can thus form the release layer by curing at a certain penetration depth.
  • the penetration depth can be determined by the pore size of the support material, the
  • Formwork pressure or the viscosity of the liquid building material or additive are controlled. If the separation layer is formed in this way, in addition also creates an increased steam or moisture brake.
  • fine metal flakes for example of a foil or aluminum
  • whose size is smaller than the pore size of the support material should be added to the additive.
  • Support material penetrates into the space, the building material, a setting or hardening accelerating additive can be added, which is activated upon contact with the surface of the support material.
  • the additive may also be a two-component chemical.
  • the first component is previously applied to the support material, wherein during the installation process the second component comes into contact with the first, can react and harden.
  • the gap is formed as a cavity, there are several possibilities for its production. On the one hand, on the
  • Reinforcement of a shell a solid support material are applied over its entire surface, whose strength corresponds to the distance of the gap.
  • This support material has the property that, after the insertion process of the building material in the formwork / mold whose chemical or physical properties can be changed in a way from the outside, so that it becomes fluid or liquid and in this way the space of
  • Support material can be emptied. It can do this e.g. a wax or the like, which can be melted out by raising the temperature in the bowls (possibly a salt or ice can be used).
  • the support material can also be a compacted, in plate form
  • Sand that is shaken out / vibrated or a material (Styrofoam o. ⁇ .) Which can be rendered fluid with a liquid (aussatz).
  • Another installation method requires the possibility of using a
  • Solidification process of the building material at the interface to the gap to be able to influence and accelerate this. This presupposes that the building material, in the flowable phase, solidifies faster or immediately in contact with a solidification-accelerating liquid / substance (hardener, setting accelerator, solidification accelerator).
  • a solidification-accelerating liquid / substance hardener, setting accelerator, solidification accelerator
  • hydrostatic pressure of the building material is introduced, is now offset with the solidification accelerating substance. It is introduced during the installation process at the same speed as the flowable building material. It should be noted that the level of the building material at any time is slightly above the level of the supporting liquid. The flowable building material permeates Now during the installation process, the fleece / net and get in contact with the
  • the fleece / net can be wetted or impregnated beforehand with the hardening accelerating liquid ("hardener") During the installation process, the flowable building material then solidifies as it passes through the fleece / net.
  • hardener the hardening accelerating liquid
  • a support liquid can be used to control the penetration depth of the flowable building material into the pores of the support material.
  • An alternative production method uses a granulate (granules, glass beads or the like) as a support medium, which has a low indoor or
  • the release layer is formed as above or it must be between the shells and the gap a sheet, foil, fleece or a surface seal that connects to the building material attached.
  • the support medium an oil or similar. be added so that the granules do not adhere to the release layer, or it can be intentionally incorporated into the release layer.
  • the advantage of this method is that the appropriate density, in this case the bulk density, is easy to achieve.
  • Construction apply. On the one hand, it can be made entirely in elemental construction, the size and weight of the elements being determined by their transportability.
  • the advantage of the element construction lies in the good control of the quality of the
  • the disadvantage is many and long sealing points of the elements with each other when mounting the building envelope on the site, which has a negative effect on the leak rates.
  • the construction can be fully assembled and fabricated on-site.
  • the advantage in this lies in the reduction of the number of sealing points.
  • the disadvantage is the difficult control of the quality of workmanship within the building envelope and difficult conditions on the building site.
  • Manufacture of the construction is a process that takes place between the element construction and the construction on site.
  • the construction is in so-called.
  • the supply technology which accomplishes the function and the operation of the system, consists on the one hand of machines and aggregates, which produce vacuum, convey and compress air or a gas or pump and circulate liquids (vacuum pumps, compressors, liquid and circulating pumps).
  • piping and piping systems are required, which can be equipped with valves, controlled and switched on and off.
  • gauges and sensors temperature, pressure, humidity, etc.
  • the supply technology includes storage tanks, such as simple water and liquid storage tanks, which are conventionally used in building technology.
  • the supply technology includes storage tanks, such as simple water and liquid storage tanks, which are conventionally used in building technology.
  • Vacuum storage tank needed to increase and generalize the function and efficiency of vacuum pumps.
  • the transport and storage medium associated with storage containers generates static or mobile capacities of heat and vacuum which the system exploits to function.
  • apparatuses and devices of the supply technology can be coupled to conventional building services systems (heating, cooling, heat pumps, etc.) and thus exploiting newly resulting synergies for the heat balance of the building, structure, machine or plant.
  • the extension of the supply technology consists of permeable or air-, gas- or liquid-permeable pipes. These are star, circular, spiral or loop-shaped in the shells of the construction, in the
  • the tubes are used to apply the vacuum in the support material, they must be permeable to air or gas. In order to be able to further influence the thermal conductivity of the support material, moisture can also be added or removed with the permeable tubes.
  • the extension of the supply technology consists in a device that is installed in the storage tank (water, vacuum) and allows for a given constant pressure to allow a large volume change (inflow or outflow).
  • a part of the boundary surface of a storage container (end wall) is designed as a membrane, which is anchored with a mechanical power source (spring element).
  • the storage container can thus change its volume and this by means of the mechanical power source at a constant predetermined pressure (for example, depending on the force curve of the spring). This allows the exchange of a large volume of the storage medium (air, gas, liquid) at constant pressure (filling or draining) and is used to flush the space of the construction.
  • a vacuum capacity can be released without requiring a vacuum pump.
  • the procedure section describes their use in more detail.
  • the efficiency of the device is directly related to the ratio of the volumes to be exchanged.
  • the characteristic of the mechanical power source (spring element) can be chosen and designed so that they
  • pressure difference of the liquid column in the building compensates.
  • These pressure-controllable diaphragm storage containers can also be designed hydraulically or hydropneumatically and connected in parallel or in series.
  • the extension of the supply technology consists of a device which is placed in the space of the construction and allows the transport medium for heat (heat transfer fluid) over the inner surface the shells overflow in the intermediate space.
  • the device includes a pipe end piece which covers a certain area of the inner surface and distributes the liquid uniformly over the surface.
  • the device includes a collecting vessel, which catches the overflowing liquid again. The liquid flows from top to bottom over the surface.
  • the extension of the supply engineering consists of a device for installation of heat exchange units in the space of the construction; either in the cavity or embedded in the support material.
  • the extension includes fixtures and connectors to the
  • the method which handles the function and operation of the system of dynamic thermal insulation and heat exchange with the help of the supply technology, basically performs the following tasks.
  • the space of the construction evacuated and a full-surface, continuously variable
  • Vacuum applied This reduces the heat transfer through the construction and thus increases the thermal insulation of the building, structure or plant.
  • the respective construction design and the associated leakage rate of the construction connections determine which vacuums and thus which minimum heat transfer coefficients and U-values can be achieved with the building envelope.
  • the method accomplishes aerating, filling or pressurizing the gap with air, an air mixture or a gas. This can be done with the help of the extension of the supply technology at constant pressure. As a result, on the one hand increases the heat transfer through the construction and on the other hand, so the gap can either be enriched with moisture or rinsed and freed from it.
  • Storage fluid is introduced into the space of the construction and filled with it, which reduces the thermal insulation of the building.
  • Input signals of the measuring devices and sensors in output signals, which in turn control the components and elements of the supply engineering such as valves, pumps, etc.
  • control of the process is aimed at the planning of the building or the system as already explained on the internal use and on the climate zone and optimized.
  • control of the process is aimed at the planning of the building or the system as already explained on the internal use and on the climate zone and optimized.
  • the individual states can be converted into one another more energy-efficiently.
  • the method can be described with a basic cycle and its extensions.
  • the basic cycle begins with the evacuation of the gap and the application of the vacuum up to a certain predetermined value. Then the space with air, one
  • Air mixture (contained moisture) or a gas vented and
  • Filling process of the liquid can be done either by pumping or sucking in by means of vacuum.
  • To return to the initial state To return, the space is emptied of the heat transfer fluid. Since after emptying residual liquid in the form of drops and
  • the phase transition is induced either by a temperature or pressure difference. d.
  • the determination of the method depends on the design of the intermediate space of the construction. Two basic types of construction, the space formed with a support material or as a cavity are possible. Next play pore size and geometry down to the
  • Embodiment of the cavity a role. All of these aspects have a direct influence on how the control process is set up and thus how and what heat and moisture levels for the heat balance of a
  • the vacuum forms as well as the filling with air, a gas or the heat transfer fluid rather slowly.
  • the limiting factor of the cycle period is the pore size of the
  • the spacers, the heat pipes and the sector subdivision must be executed in concave or conical form or contain special holes that facilitate the emptying.
  • the surface tension of the heat transfer fluid should be reduced with special additives or external influences, which is the
  • the gap is made with a slotted, creased, porous or open-pored support material or the like, depending on the surface treatment of the separation layer toward the shells, two or more different physical states may be induced in the gap. This on the one hand due to the spatial arrangement and the Geometry and on the other hand due to the delays in the formation of the states.
  • This type of construction is suitable for special applications.
  • the expansion of the method refers to the extension of the construction (orientation-dependent sector subdivision of the building envelope) in the
  • the corners and transitions within the construction are evacuated or vented to a suitable extent, but not filled with the heat transfer fluid. If necessary, they can be executed with a different design type.
  • the extension of the method relates to the extension of the construction
  • any amount of heat can be displaced and transported within the building by heat transfer from the shells through the tubes to the heat transfer fluid.
  • this allows the inertia of the heat transfer due to the heat capacity of the building material to be bypassed or accelerated through the construction.
  • various resulting heat differences and temperature gradients in the shells of the construction for the heat balance of the building can be exploited.
  • the heat transfer can be increased in the same.
  • the extension of the process involves the extension of the design (heat pipes) in the control cycle.
  • the function of the heat pipes is based on two levels of heat transfer fluid in their immediate environment in the interspace. If the level is below or outside the heat pipe pipes, the heat transfer through the
  • the extension of the procedure relates to the extension of the
  • Coolant either in the pipes of the pipe circuit or directly in the space of the construction, be used for the exchange of heat amounts.
  • Design types and supply technology components can be combined with the control method arbitrarily and coupled together, which then results in a single extension of the process.
  • various control modes can be defined. These basically consist of a thermal insulation and a heat exchange mode. In this case, the thermal insulation or the heat exchange of the building envelope is increased by the control method in each case. The goal is to control and change the U-value bandwidth. Next offers a so-called. Rinse routine that removes moisture in an active process from the gap. On the one hand it may be moisture in the space of the construction, which has arisen due to condensation or by liquid residues of thetechnikleitminutekeit, which was previously removed from the space exist.
  • the control method in this case exchanges air or a gas in the space of the construction. In this case, pressure-controllable membrane storage containers (extension of the
  • the construction, the supply technology as well as the control procedure form parts of the building as a system.
  • the various extensions of the design, the supply technology and the control method form system degrees of freedom, which can be coupled, exploited or interconnected. In this way, the system of dynamic thermal insulation and heat exchange of structures and installations can exploit in different ways resulting effects for the heat balance.
  • the system presented here is energy-optimized prior to planning through validation and system design.
  • the parameters to be considered are use and climate exposure of the building on the one hand with the
  • FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a clam shell building wall
  • Fig. 2 shows a further partially cut perspective
  • Fig. 3 shows a further partially cut perspective
  • FIG. 4 is a partially sectioned perspective view of a clam shell building wall according to a
  • FIG. 5 is a partially cutaway perspective view of a clam shell building wall according to a
  • FIG. 6 is a partially cutaway perspective view of a clam shell building wall according to a
  • Fig. 7 is a schematic cross-sectional view of a
  • Fig. 8 is a schematic cross-sectional view of a
  • FIG. 8a is a simplified schematic cross-sectional view of the embodiment of the building envelope according to FIG. 8
  • Fig. 8 b is a schematic cross-sectional view of a
  • Fig. 8 c is a schematic cross-sectional view of a
  • FIGS. 1 to 3 show schematically in partially sectioned
  • Interspace 13, 23 and 33 enclose between them.
  • these each have a reinforcement, which is designated separately only in Fig. 2 with the numbers 21 c, 21 d.
  • the gap 13 is filled with a porous, open-pored insulation or support material 15, which also introduced in plate form and then at the same time a support function with respect to the wall shells 1 1 a, 1 1 b may have.
  • the gap 23 is substantially empty, except for a plurality of spacers 25, the wall shells 21 a, 21 b on on the
  • Building wall 30 of FIG. 3 contains in the space 33 slotted or rebated plates 35 of porous, open-pored support material.
  • FIG. 4 to 6 are each schematically illustrated embodiments of the invention, starting from the above-described constructions shown in FIG. 2 and the same elements with the same reference numerals as in Fig. 2.
  • intermediate space 23 of the construction as shown in FIG. 4, various sections are separated fluid tightly by partitions 27, and the individual sections (not separately designated) are provided with separately controllable conduits 28 for introducing or discharging a fluid and controlling the heat transfer or heat transfer through the Building envelope 20A provided in each of the sections.
  • FIG. 5 shows, as a further exemplary embodiment, a building envelope 20B in which both wall shells are thermally controllable or, for instance, as
  • Heat collectors usable wall shells 21 a ', 21 b' are modified, in which pipe coils 28 'are arranged for passing a heating or cooling liquid.
  • Fig. 6 shows a building envelope 20 c, in which a plurality of each one spacer element 25 associated, spaced heat pipes 29 is arranged between the two (by the
  • FIG. 7 shows a section of a building wall 70 of the basic type shown in FIG. 2, that is to say a two-shell wall construction with spacers.
  • Both wall shells 71, 72 each comprise a reinforcement 71 a, 72 a, in a building material 71 b, 72 b, inner coating 71 c, 72 c and finally an outer form or mold 71 d, 72d.
  • a shuttering anchor 75 which is fixed on both sides with a respective clamping nut 75a, 75b.
  • a normal O-ring 76a and on the other hand under a volume of external energy (heat, radiation o
  • Gap 73 inwardly and outwardly in the region of the penetration of the shells 71, 72 shown by the formwork anchor 75.
  • Fig. 8 shows another clam shell building envelope 80.
  • This structure is basically similar to that of the building wall 20C of Fig. 6, also here however, no reference is made to FIG. 6 in assigning reference numerals.
  • Two wall shells 81, 82 which enclose a gap 83 between them, are also held here by spacers 84 at a defined distance.
  • the wall shells 81, 82 each again have a reinforcement 81 a, 82 a in the building material 81 b, 82 b and have on the inside each a separating
  • each of the sub-pipes 85a, 85b is provided with a heat collector 85c, 85d on the respective wall outside of the shell 82, 81, respectively.
  • each of the sub-pipes 85a, 85b is associated with a rosette 85e or 85f, and each sealing and fastening rosette is opposite to the adjacent one
  • Inner wall coating of the respective wall shell with a volume-increasing seal 85 g or 85 h provided the above-mentioned type and function.
  • the seals already shown in FIG. 7 (O-ring or volume-increasing seal) on the spacer are also available in this embodiment; they are designated here by numbers 84a and 84b, respectively.
  • Fig. 8a is a simplified representation of the embodiment according to Figure 8 for further explanation of the essential features.
  • the sub-pipes 85a, 85b are concentrically arranged (at a predetermined interval) and guided into each other. As can be seen from FIG. 8 a, the sub-pipes 85 a and 85 b do not touch each other and protrude into the interspace 83 only to a certain extent.
  • the sub-pipes 85a, 85b may be made of a good heat-conducting material such as aluminum, copper or
  • the heat collectors 85 c, 85 b are on the outside of the heat collectors 85 c, 85 b (preferably made of a thermally conductive sheet) are on the outside of the heat collectors 85 c, 85 b (preferably made of a thermally conductive sheet) are on the outside of the heat collectors 85 c, 85 b (preferably made of a thermally conductive sheet) are on the outside of the heat collectors 85 c, 85 b (preferably made of a thermally conductive sheet) are on the outside of the
  • Construction arranged and in direct exchange with the immediate environment and can pass the heat from direct sunlight to the connected with them, in the shells and the gap x 82 projecting sub-tube.
  • Gap 82 is evacuated, there is no heat-conducting connection between the sub-pipes 85a, 85b. If now the intermediate space 83 is touched with a heat conducting liquid, this results in an increased heat transfer from one partial tube 85a to the other partial tube 85b. This creates a passive thermal bridge within the structure and increases (significantly) the heat transfer. Overall, the heat pipe 85 bridges the gap 83 between the wall shells 81, 82 and in particular the separating layers 81 and coatings 81 c, 82c. If the heat-conducting liquid is now emptied again from the intermediate space 83, the additional heat transfer within the construction is dispensed with. Since the sub-pipes 85a, 85b do not touch, there is no longer any thermal bridge within the structure (with the gap 83 empty).
  • the function of the sub-pipes 85a, 85b is thus dependent on two levels of a heat fluid in the intermediate space 83. If the level is below the
  • Partial pipes 85a, 85b (or the heat pipe 85) is not elevated
  • the spacer 84 may be designed in conjunction with the heat pipe 85.
  • FIG. 8b shows an alternative embodiment of a building envelope.
  • FIG. 8b Basically, the embodiment according to FIG. 8b is like the
  • a partition 86 is provided around the sub-pipes 85a, 85b.
  • the partition wall 86 is formed in a concrete case (other structures are possible) as a cylinder around the heat pipe 85 around.
  • the partition 86 is at sealing and
  • the (cylindrical) partition wall 86 defines a liquid reservoir 87 into which heat liquid can be introduced (and removed again).
  • a cross section of the partition wall 86 is double S-shaped.
  • the partition wall 86 may have a central portion which is offset from the edge portions radially inwardly.
  • FIG. 8c shows a further embodiment of a building envelope.
  • the embodiment has the structure of the embodiment according to FIG. 8b, in particular with regard to the partition wall 86.
  • the heat pipe 85 is formed differently from the embodiment according to FIG. 8b.
  • the sub-pipe 85a includes a sub-pipe section 85a1 and a sub-pipe section 85a2 disposed concentrically around the sub-pipe section 85a1.
  • the sub-pipe sections 85a1, 85a2 respectively project into the clearance 83 and are (partially) disposed within sub-pipe sections 85b1, 85b2 of the second sub-pipe 85b.
  • a distance between the sub-pipe sections 85a1 and 85b1 and 85a2 and 85b2 is sealed by sealing elements 86a, so that the sub-pipes 85a, 85b are fluid-tightly interconnected.
  • a liquid pump 88 is provided, which realizes a liquid circuit according to the arrows in Figure 8c.
  • FIGS. 8a, 8b use passive heat conduction.
  • the embodiment according to FIG. 8b is particularly advantageous when the intermediate space 83 is evacuated or filled with a porous, open-pored insulating / supporting material.
  • FIG. 8c operates with active heat conduction.
  • liquid is transported within the heat pipe 85 from the heat collector 85c via the double-walled design of the heat pipe 85 through the construction to the heat collector 85d (and via the sub-pipe sections 85b1 and 85a1 in the reverse direction).
  • Fig. 9 shows schematically in the manner of a simple flow chart, as
  • Embodiment of the method according to the invention a flow to achieve a used or increased heat exchange through a building envelope of the type described above.
  • the space of the construction has a specific configuration (porous, open-pored support material - cavity) and a specific
  • the initial state can also be inserted within the process sequence to define the gap for the
  • the step “apply vacuum” lowers the pressure in the intermediate space by means of a vacuum pump or by pressure equalization with a storage or pressure-controllable diaphragm storage container up to a predetermined value Depending on the moisture content of the air or gas contained, by the step “create vacuum” of Phase transition liquid-gas liquid are induced.
  • pressure controllable membrane storage container or by "sucking in” by the vacuum the space with the heat transfer medium.This may be air with a predetermined moisture content, a gas or a liquid.
  • the step "empty heat transfer medium” empties the intermediate space by means of pumps, by pressure equalization with a storage or pressure-controllable membrane storage container or by suction by means of another
  • FIG. 10 shows, in an analogous manner, the course of a rinsing routine with which the interstice of the building envelope is freed from a preceding process flow at constant pressure of moisture or residual gas and which can be inserted at various suitable points into process sequences.
  • the process starts with a step of determining the residual moisture in the gap and comparing it with a set point, in the result of which it is decided whether to execute a flushing routine. If this is the case, then a "apply vacuum” step follows (as described in the previous process.)
  • the “rinse” step exchanges the volume of air, gas or liquid in the gap at given, constant pressure conditions. This is e.g. with the help of previously evacuated or on certain
  • Pressure conditions prepared diaphragm storage containers executed that exchange the volume in the space one, two or more times under constant pressure. This is a pressure difference between
  • FIG. 11 shows a somewhat more complex process sequence in comparison with FIG. 9, in which a decision for one of the available options "reduce heat transfer?" Or “increase heat transfer?" Is given at the beginning. is taken. Both depending on the decision made subsequent sub-routines are shown here somewhat simplified, and the representation is essentially self-explanatory due to the label. It is also noted in the figure that expediently a flushing routine of the type outlined in FIG. 10 can be inserted at certain points.
  • Figures 12 and 13 show sections of a cross section of a
  • a gap 1 is filled with a porous, open-pored insulation / support material 15.
  • Additive 12 is used to form a release layer.
  • the additive 12 has a lower density than the building material (eg concrete) 3 and hardens relatively quickly. Due to its low density, the additive 12 remains above the building material 3.
  • the additive 12 penetrates a reinforcement 4, so that a separating layer 18 is formed in the intermediate space 1.
  • the reference numeral 5 denotes a formwork or casting mold.
  • the insulating / support material may comprise a plurality of plates, which are arranged side by side via a joint 16.
  • an air line 17 (as a recess in the insulation / support material) may be provided.
  • the separating layer 18 forms a surface seal between the im
  • Arm istgitter 4 is a fine-meshed nonwoven 2 on.
  • the building material 3 in its flowable phase
  • a supporting liquid or a granulate (added with setting-accelerating additive 8) solidifies he comparatively quickly.
  • the liquid 8 is introduced during manufacture at the same speed as the flowable building material 3, so that a liquid level 9 of the supporting liquid or of the granulate 8 is located a little below the level 10 of the building material 3.
  • Reference numeral 6 is characterized cured building material, which has penetrated the web 2.
  • the reference numeral 7 denotes a mirror plane of the figure of FIG. 13.
  • the reference numeral 5 denotes a formwork or mold.
  • Fig. 14a shows various schematic cross-sections of seals whose volume can be changed.
  • the schematic representation under (a) in Fig. 14a shows a seal 85g, the volume of which can be increased by heat through politiciansleitbleche 141, 142.
  • the heat conduction plate 141 is, for example, a heat conduction plate which is connected to the outside.
  • sauceleitblech 142 is for example a soupleitblech, the
  • Sector division is provided inside the construction.
  • the volume of the gasket 85g is increased by a heat effect resulting from the heating of an electric conductor 143 inside the gasket 85g.
  • the gasket 85g is enlarged by the action of a chemical contained within a (permeable) pipe 144.
  • the tube 144 is provided inside the gasket 85g.
  • Sealing material by the action of electromagnetic radiation increases.
  • Fig. 14b shows a section of a cross-section of a building envelope with several seals 85g.
  • the diameterleitbleche 141, 142 are sealed against each other via a seal 85g.
  • Further seals 85g are provided between sealing rosette 85e and reinforcement 82a. Still other seals 85g are on
  • 14c shows a section of a cross-section of a building wall with a seal 85g (for example for a sector subdivision) in a case in which the interspace 83 is filled with a porous, open-pored insulating / supporting material.

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Abstract

Gebäudehülle insbesondere Gebäudewand, Boden und/oder Dach, eines Gebäudes mit mindestens zwei voneinander beabstandeten, die einen mit Ausnahme von Trage- und/oder Gebäudetechnikelementen im Wesentlichen leeren oder mindestens abschnittsweise mit porösem, offenporigem Material gefüllten, gegenüber dem Außen- und Innenbereich des Gebäudes abgedichteten Zwischenraum zwischen sich einschließen, und Fluidzuführungs- und -abführungsmitteln zur gesteuerten Zuführung und Abführung eines den Wärmedurchgang durch die Gebäudehülle beeinflussenden oder einen Wärmetransport in die bzw. aus der Gebäudehülle bewirkenden Fluids in den bzw. aus dem Zwischenraum, wobei der Zwischenraum in Gebäudehüllen-Abschnitte unterteilt ist und den Abschnitten separat steuerbare Fluidzuführungs- und –abführungsmittel zur abschnitts-selektiven Steuerung des jeweiligen Wärmedurchgangs zugeordnet und die Gebäudehüllen-Abschnitte fluiddicht voneinander getrennt sind und/oder die separat steuerbaren Fluidzuführungs- und –abführungsmittel zur abschnitts-selektiven Steuerung des Wärmetransports ausgebildet sind.

Description

Gebäudehülle und Verfahren zur Temperatureinstellung in einem
Gebäude
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Gebäudehülle, insbesondere eine Gebäudewand, einen Boden und/oder ein Dach, eines Gebäudes mit mindestens zwei voneinander beabstandeten Schalen, die einen mit Ausnahme von Trage- und/oder Gebäudetechnikelementen im Wesentlichen leeren oder mindestens abschnittsweise mit porösem, offenporigem Material gefüllten, gegenüber dem Außen- und Innenbereich des Gebäudes abgedichteten Zwischenraum zwischen sich einschließen. Sie betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Steuerung der Innentemperatur in einem Gebäude, das insbesondere eine Gebäudehülle der genannten Art hat.
Stand der Technik Konventionelle Wärmedämmung von Gebäudehüllen ist statisch. Es wird versucht, maximale Dämmwerte bei minimalen Wandstärken zu erreichen. Dies entspricht einer maximalen Entkopplung zwischen Innenraumklima und der Gebäudeumgebung. In den meisten Klimazonen ist dies in Bezug auf den Wärmehaushalt und den Heiz/Kühlenergiebedarf eines Gebäudes nur wenige Tage pro Jahr der ideale Zustand der Gebäudehülle. Zustände entfernt vom Optimum erhöhen den Energie- und Ressourcenverbrauch, was heißt, dass in diesen Fällen Wärme und/oder Kälte über aufwendige, externe Systeme zwischen Innenraum und Umgebung zu- oder abgeführt werden muss. Erfahrungen mit hochwärmegedämmten Gebäuden haben gezeigt, dass die starke Entkopplung zwischen Innen- und Außenklima nicht automatisch zu energieeffizienteren Gebäuden führt. Die in den letzten Jahren unter
Fachleuten geführte Diskussion über hoch wärmegedämmte Gebäudehüllen bei Verwaltungsbauten kamen zum Schluss, dass diese bei hohen internen Lasten eine negative Auswirkung auf die Gesamtenergiebilanz haben können. Der hohe Entkopplungsgrad vom Innen- zum Außenklima führt zu einem überdurchschnittlich hohen Kühlbedarf und einem geringen Heizwärmebedarf. Die Gebäudekühlung erfordert aber - je nach verwendetem System - im Vergleich zum Heizen einen höheren Einsatz von Primärenergie, was zur Ineffizienz bei den meisten Gebäudekategorien beiträgt. Koppelt man jedoch im Kühllastfall das Innenklima an das Außenklima, kann ein Großteil der internen Lasten über die vermindert wärmegedämmte Gebäudehülle direkt und ohne großen technischen Aufwand an die Umgebung abgeführt werden.
Die Funktion einer Gebäudehülle besteht in der Abtrennung eines Gebäudes zwischen dem Gebäudeinnenraum und dessen Umgebung. Relevant sind somit zwei Randbedingungen. Die inneren Randbedingungen (IRB) bestehen aus der Nutzung wie Wohnung, Büro, Serverraum, Maschinen und Anlagen, dem zeitlichen Verlauf der Heiz- und Kühllasten und deren Zyklen sowie den Vorgaben zum Innenraumklima bezüglich Temperatur, Feuchtigkeit und Schall. Die äußeren Randbedingungen (ARB) bestehen aus Bauwerkstatik, Dynamik und mechanischen Einwirkungen, Einwirkungen aufgrund von Wetter und Klima sowie deren zeitlichen Verlaufe wie Wetterphasen, Klimaphasen, Tag- und Nachtzyklen. Die relevanten bauphysikalischen Größen sind Wärme, Feuchtigkeit und Schall, deren zeitlicher Verlauf sowie auch die
Gebäudegeometrie. Weiter sind intrinsische Bedingungen (IB) der
Gebäudehülle relevant. Diese bestehen aus dem Transmissions- und
Speichervermögen der bauphysikalischen Größen innerhalb der
Gebäudehülle. Für Wärme sind dies die Wärmedurchgangszahl und die
Wärmekapazität, für die Feuchtigkeit die Feuchttransportfähigkeit und dessen Feuchtspeichervermögen sowie für Schall das Transmissionsvermögen. Diese IB sind bestimmt durch Konstruktion, Geometrie und Materialisierung.
Konventionell wird den bauphysikalischen Herausforderungen mit einer
Verhinderungs- und Entkopplungsphilosophie begegnet. Dabei werden die bauphysikalischen Einwirkungen aus der Gebäudeumgebung durch die Gebäudehülle möglichst entkoppelt und das Raumklima im Innenraum gesondert über zentrale Systeme aufgebaut. Dies zeigen Forschungstrends, vgl. Proceedings of the 10th International Vacuum Insulation Symposium, Ottawa, CA (201 1 ), und Björn Petter Jelle, Arild Gustavsen, Rüben Baetens, The path to the high Performance thermal building insulation materials and Solutions of tomorrow, Journal of Building Physics 34 (2) 99, (2010), im Bereich Wärmedämmung und Feuchtigkeitsschutz. Dieser Zugang zur Handhabung der bauphysikalischen Einwirkungen verkennt jedoch den industriellen Trend der Dezentralisierung.
Nebst konventionellen Dämmmaterialien wie Stein- und Glaswolle, Faser- und Schaumstoffe werden vermehrt auch Systeme mit evakuierten Schichten, sog. Vakuumdämmungen, verwendet. Diese zeichnen sich durch eine geringe Schichtdicke bei sehr hoher Wärmedämmleistung aus und bilden bei schwierigen geometrischen Verhältnissen gute Lösungen mit geringer
Konstruktionsdicke. All diese Systeme sind jedoch statisch und verlieren aufgrund von Ausdünstungen, Feuchtigkeitseintrag, Verletzungen von deren Hüllen sowie Materialzersetzungen mit der Zeit ihre Dämmwirkung. Ansätze für Gebäudehüllen mit variablem Wärmedurchgang bestehen, vgl. US 3968831 A, DE 3625454 A1 , WO 200161 1 18 A1 , WO 2010122353 A1 , WO 201 1 146025 A1 , WO201 1 107731 A1 , CH703760 A2, DE 102008009553 A1 , DE 10006878 A1 . Diese können grundsätzlich in die Kategorien 1 . Vakuumsysteme, 2.
Aktiver Wärmeaustausch und 3. Wandheizungssysteme unterteilt werden. Weiter existieren Systeme mit variablem Wärmedurchgang, die meist nur mit baulichen Maßnahmen realisiert sind (variable Stören und Vordächer, polarisierte Fenstergläser mit sonnenstandabhängigem Wärmedurchgang).
Die zurzeit auf dem Markt befindlichen Systeme orientieren sich im
Wesentlichen am Heizwärmebedarf und sind gar nicht oder nur sehr begrenzt in der Lage, den Kühlbedarf zu reduzieren. Folgende Trends sind
auszumachen: Grundsätzlich versuchen alle Systeme den
Heiz/Kühlenergiebedarf zu reduzieren. Einerseits existiert eine Vielzahl von Konstruktionslösungen, die PCM (Phase Change Materials) einbeziehen. Anderseits wurden Systeme, hauptsächlich in Panel-Bauweise, vorgeschlagen, die einen Hohlraum zwecks Evakuation der Luft beinhalten, um so die
Dämmwirkung variieren zu können. Der technische Aufwand zur Realisierung dieser Systeme ist aber immer noch zu groß, um sich durch die gewonnene Reduzierung des Energiebedarfs zu automatisieren.
Bei Energiebetrachtungen schneidet konventionelle Wärmedämmung in Bezug auf die Graue Energie schlecht ab. Die Herstellung ist ressourcen- und sehr energieintensiv. Hinzu kommt ein volumenintensiver Transport, der wesentlich zur Verschlechterung der Energiebilanz beiträgt.
Betrachtet man die Entwicklung des Raumwärme- und Klimakältebedarfs von Bürobauten der letzten 40 Jahre, so wird klar, dass mit einer Gebäudehülle mit dynamischer Wärmedämmung ein großes Energiesparpotential vorhanden ist, vgl. Gasser, B. Kegel: Gebäudetechnik: Faktor 10. Bau + Architektur 4/5 (2005).
Durch die Verbesserung der Dämmung der Gebäudehülle und die
zunehmende Technisierung der Arbeitsplätze ist der Raumwärmebedarf im Sinken begriffen, und der Klimakältebedarf steigt. Es entsteht vermehrt der Zielkonflikt, dass im Winter eine gute Dämmung zur Vermeidung der
Transmissionsverluste gewünscht wird, während diese im Sommer
kontraproduktiv wirkt (verringerte Auskühlung des Gebäudes vor allem nachts). Durch die dynamische Wärmedämmung besteht die Möglichkeit jeweils den energetisch optimalen U-Wert für den Heiz- respektive Kühlbedarf anzufahren, womit gegenüber der heutigen Situation sowohl der Heiz- als auch der
Kühlenergiebedarf reduziert werden kann.
Fazit: Unter der Bedingung möglichst tiefer Heizkosten verschiebt sich für die meisten Gebäudekategorien das Verhältnis zwischen aufgewendeter Heiz- und Kühlenergie zusehends hin zu größerem Kühlenergieaufwand. Dieser erfordert aber einen höheren Einsatz von Primärenergie, was sich negativ auf die Energiekosten auswirkt. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiterentwickelte
Gebäudehülle anzugeben, welche insbesondere die Gesamt-Energiebilanz des Gebäudes verbessert. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Einstellung der Innentemperatur in einem Gebäude anzugeben, welches sich ebenfalls durch hohe Gesamt- Energieeffizienz auszeichnet. Diese Aufgabe wird gemäß relativ selbstständigen Ausprägungen der
Erfindung in ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Gebäudehülle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem Verfahrensaspekt durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Zweckmäßige
Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung sucht den Zugang zur Bewältigung der bauphysikalischen Herausforderungen über eine Kontroll- und Steuerungsphilosophie zu erreichen. Dabei wird versucht, die Auswirkungen nicht zu verhindern, sondern sie in das Konzept einer Gebäudehülle einzubinden und sie kontrolliert zu steuern. Die bauphysikalischen Auswirkungen sind an das System gekoppelt und deren Handhabung wird dezentral bereitgestellt. Weiter werden die variablen und dynamischen Intrinsischen Bedingungen und die inneren und äußeren Randbedingungen für den Wärmehaushalt eines Gebäudes ausgenutzt.
Der Anwendungsbereich einer solchen Gebäudehülle, die einen kontinuierlich steuerbaren Wärmedurchgang besitzt, liegt hauptsächlich in Bauwerken, Gebäuden und Anlagen mit komplexem und anspruchsvollem Wärmehaushalt oder mit erhöhter Schall-Exposition. Einerseits sind dies Bauten, Bauwerke, Gebäude oder Anlagen (auch Maschinenhüllen, in Extrema auch z.B.
Schiffsrümpfe), die eine Vielzahl an Funktionen zu erfüllen haben und/oder extremen äußeren und inneren Bedingungen ausgesetzt sind. Diese können externe Einwirkungen wie Wetter, Klima oder mechanische Belastungen beinhalten oder aus internen Einwirkungen durch Prozesse oder
Anwendungen mit starken Temperatur-, Feuchte-, Schall- oder
Staubeinflüssen bestehen. Speziell zu erwähnen sind Gebäudehüllen für mobile Systeme (im Gegensatz zu immobilen Systemen wie Bauwerke und Gebäude) wie modulare Rechenzentren, Serverräume und Labors, die auf einem Standard ISO-Container aufbauen oder eine ähnliche, modulare Geometrie besitzen. Die Anwendung der Gebäudehülle mit kontinuierlich steuerbarem
Wärmedurchgang für Maschinen und Anlagen ermöglicht es, deren Wärme- und Kühlleistungsbedarf direkt über ihre Hülle zu realisieren, die im
Wärmeaustausch mit der Umgebung steht. Damit können aufwendige externe Heiz- und Kühlsysteme auf ein Minimum reduziert werden. Weiter bietet die zwei- oder mehrschalige Ausführung der Konstruktion wesentliche Vorteile in Bezug auf Schalldämmung. In Kombination mit porösen Strukturen kann sie als Schutz- oder Sicherheitshülle von Gebäuden und Anlagen
(Explosionsschutz etc.) Anwendung finden. Eine weitere Optimierung dieses Systems einer Gebäudehülle, den
Heizwärmebedarf zu reduzieren, ergibt sich, indem der Wärmedurchgang durch sie hindurch als Ganzes gezielt gesteuert wird. Dadurch besteht im Heizbetrieb die Möglichkeit, Wärme von südorientierten, besonnten
Fassadenbereiche in das Gebäude zu leiten und bei nachlassendem
Wärmeeintrag die Gebäudehülle wieder optimal zu dämmen und vom
Außenklima zu entkoppeln. Weiter liefert die Integration des Systems in die konventionelle Gebäudetechnik ein weites Feld von Energiesparmöglichkeiten im Gebäudebereich. Aufgrund der Überlegung, ein System mit variablem und steuerbarem
Entkopplungsgrad als Trennbauteil zwischen Außen- und Innenklima eines Gebäudes zu entwickeln, ist aus heutiger Sicht eine zweischalige Konstruktion die bevorzugte Lösung. Für die Umsetzung des Systems werden einerseits neuartige Abdichtungssysteme für die Oberflächen und Anschlüsse benötigt, die vielfältige Anforderungen wie die Elastizität, der Haftverbund, die
Dauerhaftigkeit und Temperaturbeständigkeit zu erfüllen haben. Hinzu kommt die richtige Dimensionierung und Ausgestaltung der Abdichtungsstellen.
Anderseits erfordern die neu auftretenden statischen und dynamischen Lasten innerhalb der Gebäudehülle einen leistungsfähigen Baustoff, der eine vielseitige Konstruktion in einem wirtschaftlichen Herstellungsverfahren ermöglicht. Weiter benötigt das System ein Steuerungsverfahren, das eine Vielzahl an neu entstehenden Effekten wie Temperaturgradienten,
unterschiedliche Feuchtgehalte und Phasenübergänge innerhalb der
Gebäudehülle zur Handhabung des Wärmehaushalts eines Gebäudes auszunutzen vermag. All diese Aspekte, zusammengefasst in einem System mit dynamischer Wärmedämmung und Wärmeaustausch, können zu einer signifikanten Reduktion des Heiz- und Kühlenergiebedarfs eines Gebäudes führen.
Der grundsätzliche Innovationsgehalt dieses Systems einer Gebäudehülle liegt darin, durch die temporäre Erhöhung des Wärmedurchgangs in der
Gebäudehülle eines Bauwerks, den Heiz-/Kühlenergiebedarf generell zu senken. Der Wärmeaustausch wird direkt über die Oberfläche eines Gebäudes bewerkstelligt und für dessen Wärmehaushalt ausgenutzt. Das System besitzt einen variablen, kontinuierlich steuerbaren U-Wert und wirkt aktiv auf den Wärmehaushalt ein. Die anfallenden Feuchtigkeiten werden kontrolliert aus der Konstruktion entfernt und es bestehen keine negativen Einflüsse wie
Materialzersetzungen auf den Dämmwert. Es können durch die
orientierungsabhängige Aufteilung der Gebäudehülle in einzelne Sektoren eine Vielzahl an Effekten (z.B. Temperaturgradienten innerhalb der Gebäudehülle) für den Wärmehaushalt ausgenutzt werden. Das System ist durch die neuartige Kombination von verschiedenen Technologien und Verfahren realisiert.
Das hier vorgestellte System wird auf die Vorgaben von Nutzung (interne Lasten) und Standort (Klimazone) optimiert.. Dies reduziert die konventionelle Gebäudetechnik. Weiter werden für die Bedienung des Wärmehaushalts eines Gebäudes bestehende und induzierte physikalische Effekte innerhalb der Gebäudehülle durch dezentrale Kopplung an die Gebäudetechnik ausgenutzt. Das System fasst die Komponenten 1 . Vakuum Systeme, 2. Aktiver
Wärmeaustausch und 3. Wandheizungssysteme in verschiedenen Optionen zusammen und umfasst konkrete Lösungen zur Konstruktion, zur
Versorgungstechnik und zum Betrieb des Gebäudes.
Das Konzept beschreibt ein System einer Gebäudehülle/Fassade und beinhaltet eine zwei- oder mehrschalige Konstruktion, eine Versorgungstechnik sowie ein Verfahren, welches das beliebige Verändern, Kontrollieren und Steuern des Wärmedurchgangs durch die Gebäudehülle hindurch erlaubt (keine vorgehängten Panels). Im Zwischenraum der Konstruktion, der entweder als Hohlraum ausgebildet oder mit geeigneten, porösen, offenporigen Materialien ausgefüllt ist, kann wahlweise ein Vakuum angelegt
(Wärmedurchgang minimieren), Luft oder ein Gas eingeleitet
(Wärmedurchgang neutralisieren), oder eine Wärmeleitflüssigkeit eingebracht werden (Wärmedurchgang maximieren). Die dadurch realisierte Gebäudehülle mit dynamischem U-Wert besitzt einen variablen Entkopplungsgrad zwischen Innenraumklima und Umgebung. Der Wärmehaushalt kann damit direkt über die Gebäudeoberfläche bewerkstelligt werden. Die zu lösenden technischen Herausforderungen sind grundsätzlich das Dichten und Abdichten von
Flächen, Anschlüssen, Fugen und Durchdringungen. Dazu müssen Detail-, Fugen- und Flächendichtungen neu entwickelt, materialisiert und bemessen werden. Zusätzlich wird eine neuartige Versorgungstechnik benötigt, wobei versucht wird, Haustechnikkomponenten von bestehenden Systemen zu integrieren.
Das hier vorgestellte System nimmt über die Gebäudehülle direkt Einfluss auf den Heiz- und Kühlwärmebedarf und ermöglicht zudem die Kopplung an konventionelle gebäudetechnische Komponenten. Damit können zusätzliche Effekte (Temperaturgradienten innerhalb der Wände, Phasenübergänge im Zwischenraum) ausgenutzt werden, was das Energiesparpotential weiter erhöht und so dessen technischen Aufwand zur Realisierung lohnenswert macht. Das Gebäude wird als System betrachtet, wobei die Gebäudehülle, bestehend aus Konstruktion, Versorgungstechnik und Steuerungsverfahren, eine Systemkomponente bildet. Darin enthalten ist der Ansatz, zusätzliche Freiheitsgrade über integrierte Kapazitäten (Wärme, Vakuum) und
Wärmetransportmedien (Luft, Gas, Flüssigkeiten) zu erhalten. Dies erlaubt die maximale Ausnutzung der Systemzustände für den Wärmehaushalt eines Gebäudes. Im Allgemeinen soll an dieser Stelle klargestellt werden, dass sich die vorliegende Erfindung nicht konkret mit der Lüftung, dem Luftstrom oder einer Hinterlüftung befasst, sondern es darum geht, einen Wärmedurchgang durch eine Wandkonstruktion passiv oder aktiv mittels der weiter unten im Detail erläuterten Vorrichtungen und Strukturen zu beeinflussen bzw. zu steuern. Es geht nicht darum, eine Wandschale zu beheizen bzw. zu kühlen (und dann zu „warten", wie sich ein Wärmestrom innerhalb der Gebäudehülle ausbreitet), sondern der Wärme von außen nach innen soll (aktiv oder passiv) gesteuert werden. Es handelt sich also vorzugsweise um geschlossene Systeme, die geschlossene Kreisläufe aufweisen. Der vorliegende Erfindungsgegenstand beschäftigt sich mit einer Anpassung auf eine konkrete Nutzung bzw.
Klimazone, wobei berücksichtigt wurde, dass grundsätzlich ein Konflikt bzgl. der konkreten Konstruktion und einer Heiz- bzw. Kühlfunktion besteht (was weiter unten noch im Detail erläutert wird). Weiterhin sei angemerkt, dass es bei der vorliegenden Erfindung nicht um eine Wärmespeicherung innerhalb einer Wand geht, sondern um den Wärmetransport von außen nach innen (beispielsweise von einem äußeren Wärmekollektor in ein Gebäudeinneres).
Die folgenden Ausführungen zur Beschreibung des Systems können in zwei Aspekte unterteilt werden. Einerseits werden Lösungen zur Beeinflussung und Steuerung des Wärmedurchgangs (Erhöhen/Erniedrigen) durch die
Konstruktion hindurch beschrieben. Anderseits werden Maßnahmen und Vorrichtungen vorgestellt, die zur Erhöhung oder Erniedrigung des Wärmeübertrags (Wärmeaufnahme/Abgabe) an den Oberflächen der
Konstruktion mit der Umgebung beitragen.
Die Konstruktion besteht grundsätzlich aus (mindestens) zwei beabstandeten Schalen, welche einen auf Distanz fixierten Zwischenraum begrenzen. Dieser wird mittels eines porösen, offenporigen Materials ausgefüllt oder bildet mit Hilfe von Distanzhaltern einen Hohlraum. Der Zwischenraum kann wahlweise evakuiert (Vakuum), mit Luft oder einem Gas belüftet, oder mit einer
Wärmeleitflüssigkeit befüllt/entleert werden. Die Schalen, die eine Wand-, Decken- oder Boden konstruktion in Bauwerken oder ein Gehäuse einer Anlage oder Maschine bilden, sind aus einem vorgängig losen, fließfähigen oder flüssigen, sich kurz nach dem Einbau in eine formgebende Schalung/
Gussform verfestigenden Baustoff gefertigt, der nach einer gewissen Zeit aushärtet und seine volle Festigkeit erhält (Pulver, Pellets, Staub, Beton, Kunstharz etc.).
Auf diese Weise ist es möglich, die Konstruktion mit Hilfe einer Bewehrung (Verstärkung, Armierung) in nahezu beliebigen Bauformen und schlanken Bauweisen zu realisieren. Ebenso können Zubringerleitungen, Rohre, Kabel etc. sauber verlegt, eingegossen und verbaut werden. Im Endzustand muss der Baustoff mindestens luftdicht, besser aber vakuum-, gas- und
flüssigkeitsdicht sein. Er kann, mit speziellen Zusätzen versetzt, die
geforderten Eigenschaften erhalten. Spezielle Beachtung verdient die
Verhinderung oder Verminderung der Schwindrissbildung beim
Abbindeprozess. Die Schalen der Konstruktion dienen hauptsächlich der Statik und der Aufnahme der dynamischen Lasten, sie können aber auch eine Vielzahl an weiteren Funktionen wie Transport, Speicherung und Austausch von Wärme und Feuchtigkeit oder Schutz vor mechanischen Einwirkungen übernehmen. Zur Verbesserung der statischen und dynamischen
Eigenschaften kann der Baustoff entweder mit Fasern/Drähten oder mit Kunststoffen/Zusätzen versetzt oder mittels Bewehrung (Stahl, Stäbe aus verschiedenen Materialien) oder Spannkabel verstärkt werden. Da mit dem System vor allem der Bau von schlanken Konstruktionen sowie auch Hüllen für Maschinen und Anlagen beabsichtigt wird, muss eine weitere Bewehrungsart in Betracht gezogen werden - die statisch und dynamische Verbindung einer vollflächigen, äußeren Bewehrung mit dem Baustoff.
(Verbindung Blech - Beton). Dabei kann das vollflächige Material auf der einen Seite Einschlüsse, Poren oder Ausbuchtungen aufweisen oder mit einem porösen, offenporigen Bindematerial, einem Vlies oder feinmaschigen Gitter versehen werden. Die statisch, dynamische Verbindung entsteht nun damit, dass der Baustoff während dem Einbauprozess in die offenen Poren hinein fließt, aushärtet und sich mit dem vollflächigen Material verbindet. Nebst richtungsdefinierten Lasten kann diese Art der Bewehrung auch
richtungsundefinierte Lasten aufnehmen (Schwingungen, Vibrationen etc.) und so der Konstruktion weitere Festigkeit verleihen. Weiter bietet diese
Bewehrungsart Vorteile für die Anwendung der Vakuumtechnologie.
Die Konstruktion kann weiter mit Hilfe einer Stahlbewehrung vorgespannt werden. Dies dient einerseits der Verbesserung der statischen und
dynamischen Eigenschaften des Baustoffs oder trägt zur Verminderung der Schwindrissbildung bei. Dazu wird die Stahlbewehrung mit einem
wärmeisolierenden Oberflächenanstrich versehen und vor dem Einbauprozess aufgeheizt (z.B. durch elektrischen Strom). Beim Einbauprozess muss nun ein Temperaturunterschied zwischen dem Baustoff und der Stahlbewehrung solange aufrecht erhalten werden, bis der Baustoff beginnt, Festigkeit aufzubauen. Durch das darauffolgende, verzögerte Abkühlen beider Medien kann aufgrund von unterschiedlichen Längenausdehnungen eine Vorspannung erreicht werden.
In die zwei Schalen und/oder dem Zwischenraum werden Messapparaturen und Sensoren (Temperatur, Feuchtigkeit, Beschleunigung, Vibration etc.) verbaut, um Eingangssignale für die Steuerung des Systems zu erhalten (Steuerungsverfahren). Im Übrigen besteht die Konstruktion aus einem
Baustoff, versetzt mit speziellen Zusätzen und einer Bewehrung. Um die Funktionsweise und die Eigenheiten des Systems zu beschreiben, sei hier ein kurzer Überblick zum Aspekt der Wärmeleitung und Wärmedämmung angegeben. Der Wärmetransport in Dämmmaterialien erfolgt über die
Wärmeleitung a.) der enthaltenen Luft, Gas, b.) des Festkörpergerüsts des Dämmmaterials und c.) der Wärmestrahlung. Der Hauptanteil des
Wärmetransports in Dämmstoffen erfolgt über die enthaltene Luft/Gas, durch Konvektion, Gaswärmeleitung und freie Molekularströmung. Wird das
Dämmmaterial (in diesem Fall bezeichnen wir es als Stützmaterial) evakuiert, muss der Zusammenhang zwischen Wärmeleitfähigkeit des porösen, offenporigen Dämm-/Stützmaterial und dem inneren Luft- und/oder Gasdruck beachtet werden.
Wird der Wärmeleitungsanteil über die Gasphase durch Evakuieren stark verringert (Vakuumdämmungen mit tiefen Wärmeleitzahlen λ<0.01 W/mK), so kann der Anteil des Wärmetransports über die Wärmestrahlung nicht mehr vernachlässigt werden. In diesem Fall müssen spezielle Vorkehrungen zur Abschirmung der Wärmestrahlung unternommen werden. Die Wärmeleitung über das Festkörpergerüst des Dämmmaterials kann nur wenig beeinflusst werden. Die Möglichkeiten zur weiteren Reduktion des Wärmedurchgangs sind somit begrenzt.
Die Relation zwischen Porengrösse und innerem Gasdruck des Stützmaterials und der daraus resultierenden Wärmeleitfähigkeit einerseits soll mit der Nutzung und Klimaexposition des Gebäudes anderseits ausgelegt und optimiert werden soll. Der Zwischenraum der zwei- oder mehrschaligen Konstruktion kann nun grundsätzlich auf verschiedene Arten ausgebildet werden.
Um die Wärmeleitung durch Konvektion zu minimieren, kann der
Zwischenraum mit einem porösen, offenporigen Dämm-/Stützmaterial ausgefüllt werden, welches auf Zug und Druck mit den Schalen verbunden ist. Wird der Zwischenraum zusätzlich evakuiert, kann auch die
Gaswärmeleitfähigkeit signifikant verringert werden. Das poröse, offenporige Stützmaterial im Zwischenraum kann aus vorfabrizierten Platten aus einem Hartschaumstoff oder ein aus Fasern (Glasfasern, Kunstfasern) und einem Bindemittel/Kleber (Beton, Kunstharz) hergestellten Verbundmaterial bestehen, das in einer Weise aufgetragen wird (in Plattenform oder direkt auf die
Konstruktion, Bewehrung), dass das verfestigte Material die Lasten aufnehmen kann und offenporig ist. In Zukunft kann man sich auch ein additives Verfahren (3-D printing) zur Herstellung des porösen, offenporigen Stützmaterials vorstellen, um die aufgrund der Auslegung des Systems vorgegebene
Porengrösse zu erreichen. Während dem Einbringen des Baustoffs in die Schalung/Gussform muss sichergestellt werden, dass dieser nur soweit in die Poren des Distanz haltenden Stützmaterials eindringt, bis dass der
Haftverbund gewährleistet ist.
Um anderseits die Wärmeleitung mittels Wärmeleitflüssigkeit im Zwischenraum zu erhöhen und einen schnellen Wechsel der Zustände im Zwischenraum zu ermöglichen, kann dieser als Hohlraum ausgebildet werden, welcher mit Hilfe von Distanzhaltern auf Distanz stabilisiert und fixiert wird. Die aufgrund von Unter- und Überdruck im Zwischenraum resultierenden Kräfte bestimmen Dimensionierung, Materialisierung und die Verteilung der Distanzhalter pro m2 in der Fläche. Einerseits können dies Hülsen, Voll- oder Hohlstäbe aus einem Material mit möglichst hoher Festigkeit und möglichst geringer
Wärmeleitfähigkeit sein. Anderseits kann der Distanzhalter als ein sog.
Distanzkörper ausgebildet sein. Dies kann z.B. ein vorgängig evakuierter, mit Kunstharz versiegelter Hartschaumstoff sein, der die benötigte Festigkeit aufweist und einen geringen Wärmeleitkoeffizienten besitzt. Die Verankerung der Distanzhalter in den Schalen erfolgt mittels eines vorgängig in die Schalen eingebauten Verankerungskörpers, der nach dem Einbau des Baustoffs durch diesen fixiert ist. Die Distanzhalter müssen folgende Funktionen übernehmen: Einerseits müssen sie die statischen sowie dynamischen Zug- und Druckkräfte, die aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Zustände im Zwischenraum entstehen, aufnehmen und die Schalen auf Distanz fixieren. Da die
Distanzhalter eine konstante Wärmebrücke in der Konstruktion bilden, sollen sie anderseits eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen und möglichst punktförmige Kontakte mit den Schalen bilden. Dies wird mit einem Material mit hoher Festigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit erreicht, um die Ausführung möglichst schlank gestalten zu können. Darüber hinaus müssen die Distanzhalter zusätzlich die Schalung/Gussform während dem
Einbauprozess fixieren und die Schalungsdrücke des flüssigen Baustoffs und des Stützmediums aufnehmen.
Eine dritte Variante zur Ausbildung des Zwischenraumes ist eine Kombination der zwei vorhergehenden Konstruktionsarten. Dieser wird nun mit einem geschlitzten oder gefalzten porösem, offenporigen Stützmaterial ausgeführt, welches dadurch ebenfalls Hohlräume zum Evakuieren oder Befüllen mit einer Flüssigkeit besitzt. Diese Konstruktionsart erlaubt es, unterschiedliche und gemischte Zustände im Zwischenraum zu induzieren, um die Gas- und
Konvektionswärmeleitfähigkeit zu optimieren.
Es zeigt sich nun, dass sich das System Dynamische Wärmedämmung und Wärmeaustausch grundsätzlich in einem Zielkonflikt befindet. Einerseits wird versucht, den Wärmedurchgang durch die Konstruktion mittels Einbringung einer Wärmeleitflüssigkeit im Zwischenraum zu erhöhen und einen schnellen Wechsel der Zustände zu erreichen. Dies kann mit der Ausführung des
Zwischenraumes als Hohlraum erreicht werden. Wird dieser jedoch evakuiert, resultiert aufgrund der Geometrie nur ein moderater Wärmedämmwert. Wird anderseits der Zwischenraum mit einem porösen, offenporigen Stützmaterial zwecks Minimierung des Wärmedurchgangs ausgefüllt und evakuiert, können die Zustände im Zwischenraum aufgrund der Porengröße nur langsam verändert werden. Zusätzlich ist das Einbringen einer Wärmeleitflüssigkeit nur begrenzt angebracht, da diese nur schwer wieder vollständig entfernt werden kann (verbleibende Restfeuchtigkeit). Dies führt unweigerlich dazu, dass das System bezüglich Nutzung und Klimazone speziell ausgelegt werden muss. Die Wahl und Bestimmung der Porengröße des Stützmaterials sowie die
Ausgestaltung des Zwischenraumes soll aufgrund von Energieabschätzungen zu Nutzung und Klimazone bestimmt und optimiert werden, damit eine optimale U-Wertbandbreite erreicht wird. Die auf die Schalen und Distanzhalter wirkenden Kräfte, die durch die verschiedenen Zustände im Zwischenraum hervorgerufen werden, betragen bei Vakuum maximal 10 Mp/m2 auf Druck sowie 1 Mp/m2 auf Zug pro Meter Wassersäule. Hinzu kommen dynamische Lasten, die durch den Wechsel von Vakuum, Gas und Flüssigkeit hervorgerufen werden. In jedem Fall muss das distanzstabilisierende und fixierende Material im Zwischenraum (Stützmaterial, Distanzhalter) die resultierenden Kräfte aufnehmen. Um den Wärmetransport durch die Konstruktion hindurch weiter erhöhen zu können, muss auch der Wärmeübertrag (die Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe) von der
Gebäudehülle an die Umgebung verbessert werden. Dies geschieht
grundsätzlich mit der Erhöhung der Oberfläche. Im Falle, dass die Konstruktion mit Beton o. ä. ausgeführt ist, kann dieser in Waschbetonweise ausgeführt oder auch sandgestrahlt werden. Besteht die Oberfläche aus einem Blech o.ä., kann dieses als Ripp- oder Wellblech ausgeführt sein. Zusätzlich kann mit einem wärmeabsorbierenden oder wärmedesorbierenden Farbanstrich der Gebäudeoberfläche die Wärmeabgabe und den Wärmeübertrag beeinflusst werden (optimal sind farbwechselnde Anstriche). Weiter können mit dem Benetzen der Gebäudeoberfläche mit Wasser o. ä. die resultierenden
Wärmebeträge durch Verflüssigen/Verdampfen den Wärmeübertrag an der Oberfläche weiter erhöhen. In all diesen Fällen muss sichergestellt werden, dass die Gebäudeumgebung den Zugluft-Strom und den Austausch des Luftvolumens nicht beeinträchtigt. Eine Ausführung der Konstruktion besteht in der Untertrennung und
Unterteilung der Gebäudehülle eines Bauwerks oder einer Anlage in einzelne Sektoren oder orientierungsabhängige Teile und Flächen. Dabei kann sich die Ausgestaltung des korrespondierenden Zwischenraumes (Porengrösse
Stützmaterial, Geometrie) zwischen den einzelnen Sektoren unterscheiden.
Grundsätzlich wird damit der Zwischenraum mittels einer Konstruktionshilfe in einzelne Abteile und Sektoren unterteilt, die untereinander abgetrennt sind und deren innere Zustände im Zwischenraum unabhängig voneinander variiert werden können (Vakuum, Gas, Wärmeleitflüssigkeit). Dies dient dem
Ausnützen orientierungsabhängiger Ausrichtungen der Gebäudehülle
(Außenseite besonnt oder beschattet, unterschiedliche Nutzungen auf der Innenseite) und wird mit Hilfe des Steuerungsverfahrens für den
Wärmehaushalt des Bauwerks oder der Anlage ausgenutzt. Um die Effekte (gebäudehülleninterne Gradienten von Temperatur und Druck) noch weiter auszunutzen, können die zu den einzelnen Sektoren korrespondierenden Oberflächen mit den Maßnahmen zur Erhöhung des Wärmeübertrags an der Gebäudeoberfläche, wie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben, angewendet werden. Die Trennfläche zwischen dem Zwischenraum und den Schalen kann mit einer Folie oder Kunststoffbahn, einem Blech, mit einem Harz oder Kleber versiegelt oder mit einer Flächendichtung, die sich mit dem Baustoff verbindet, ausgeführt sein. Eine weitere Ausführung der Konstruktion beinhaltet ein in einer oder beiden Schalen verlegter Rohrkreislauf (z.B. Aluplast-Bodenheizungsrohre), der mit einer Wärmetransportflüssigkeit mittels Flüssigkeits- oder Umwälzpumpen durchströmt werden kann, um Wärme in den Schalen auszutauschen und deren wärmespeicherwirksame Masse für den Wärmehaushalt des Bauwerks auszunutzen. Die Rohre können stern-, kreis-, spiral- oder schlaufenförmig in den Schalen der Konstruktion angeordnet sein. Bei der Anordnung von mehreren, verschiedenen Kreisläufen innerhalb der Gebäudehülle können zusätzlich auftretende Temperaturgradienten gegeneinander ausgenutzt und als Wärmequellen oder Senken im Zusammenhang mit der Kopplung an die konventionelle Gebäudetechnik eingesetzt werden (Wärmepumpen,
Kühlanlagen).
Zusätzlich kann bei Verwendung von permeablen Rohren kontrolliert
Feuchtigkeit in die Konstruktion eingebracht werden, die bei Durchtritt an deren Oberfläche verdunstet. Die freiwerdende Verdunstungswärme kann zusätzlich für den Wärmehaushalt des Gebäudes ausgenutzt werden. Die permeablen Rohre können auch im Zwischenraum, eingebettet im Stützmaterial, angebracht werden. In dieser Ausführung können sie einerseits als Zubringer zum Regulieren des Luft- oder Gasdrucks verwendet werden. Anderseits kann durch sie auch Feuchtigkeit in das Stützmaterial eingebracht werden. Dies induziert physikalische Effekte wie eine erhöhte Wärmeleitung, ein besseres Wärmestrahlungsverhalten sowie eine höhere Wärmekapazität innerhalb des Stützmaterials.
Gem. einem unabhängigen Aspekt der Erfindung (der vorzugsweise mit dem bereits erläuterten Aspekten kombiniert werden kann) wird eine Gebäudehülle vorgeschlagen, insbesondere eine Gebäudewand, ein Boden oder ein Dach eines Gebäudes, mit mindestens zwei voneinander beabstandeten Schalen, die einen mit Ausnahme von Trage- und/oder Gebäudetechnikelementen im Wesentlichen leeren oder mindestens abschnittsweise mit porösem, offenporigen Material gefüllten, gegenüber dem Außen- und Innenbereich des Gebäudes abgedichteten Zwischenraum zwischen sich einschließen, wobei im Zwischenraum eine Vielzahl von ersten Teilrohren angeordnet ist, die mit einem Wärmekollektor auf der dem Außenbereich zugewandten Schale verbunden sind und im Zwischenraum enden. Vorzugsweise ist im
Zwischenraum eine Vielzahl von zweiten Teilrohren angeordnet, die mit der dem Innenbereich zugewandten Schale, insbesondere einem Wärmekollektor auf der dem Innenbereich zugewandten Schale verbunden sind und im
Zwischenraum enden, wobei ein erstes Teilrohr mit einem zweiten Teilrohr ein Wärmerohr ausbildet.
Ein Kerngedanke dieses Aspektes liegt darin, dass durch die Teilrohre ein (regulierbarer) Wärmetransport von dem Außen- und Innenbereich (und umgekehrt) erfolgen kann. Wesentlich ist hierbei, dass ein Zwischenraum abgedichtet ist. Dadurch kann ein (Wärmeleit-) Fluid in den Zwischenraum eingefüllt werden. In Kombination mit dem (Wärmeleit-) Fluid kann eine (regulierbare) Wärmeleitung ermöglicht werden, dadurch dass das (Wärmeleit- ) Fluid in den Zwischenraum eingefüllt wird, so dass es an das erste Teilrohr bzw. das Wärmerohr (umfassend das erste und zweite Teilrohr) angrenzt. Bei dem vorliegenden Aspekt geht es also nicht darum, Rohre vorzusehen, um eine Wärmespeicherung innerhalb der Gebäudehülle zu ermöglichen, sondern um einen Wärmetransport von einem Außenbereich (insbesondere äußeren Wärmekollektor) zu einem inneren Bereich (insbesondere inneren
Wärmekollektor) zu ermöglichen. Vorzugsweise sind die beiden einander zugeordneten Teilrohre daher als zwei ineinander greifende Teilrohre ausgebildet.
In einer konkreten Ausführungsform ist ein Endabschnitt je eines zweiten Teilrohrs innerhalb eines Endabschnitts eines zugeordneten ersten Teilrohres (berührungslos) angeordnet. Alternativ kann ein Endabschnitt je eines ersten Teilrohrs innerhalb eines Endabschnitts eines zugeordneten zweiten Teilrohres (berührungslos) angeordnet sein. Die Teilrohre greifen dabei vorzugsweise ineinander. Bevorzugt ist eine Beabstandung der zugeordneten Endabschnitte voneinander. Dadurch bleibt ein Verbindungsraum, der durch die
Beabstandung der Endabschnitte gebildet wird, vorzugsweise frei (so dass sich die zugeordneten Endabschnitte nicht berühren). In einem derartigen Fall ist es von Vorteil, wenn ein (Wärmeleit-) Fluid über den Verbindungsraum in die Teilrohre eindringen kann, so dass eine Wärmeleit-Verbindung zwischen den Endabschnitten realisiert ist. Die Regelung der Wärmeleitung erfolgt dann vorzugsweise dadurch, dass der Verbindungsraum wärmeleitmäßig durch das (Wärmeleit-) Fluid, insbesondere eine Wärmeleitflüssigkeit überbrückt wird (oder eben nicht - durch Entfernen des Fluids). In einer konkreten
Ausführungsform kann der Verbindungsraum auch eine (wärmeisolierende) Dichtung aufweisen. Dadurch wird eine fluidleitende Verbindung zwischen den einander zugeordneten Teilrohren ermöglicht, so dass das entsprechende Wärmerohr einen Fluidtransport (insbesondere einen Fluidkreislauf) realisieren kann. Insbesondere in einem solchen Fall kann im ersten und/oder zweiten Teilrohr eine Flüssigkeitspumpe angeordnet sein, über die eine
Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit und somit ein Wärmeübertrag geregelt werden kann. In einer konkreten strukturellen Ausführungsform ist je ein Endabschnitt eines zweiten Teilrohres konzentrisch innerhalb eines zugeordneten Endabschnitts eines ersten Teilrohres angeordnet. Umgekehrt kann auch je ein Endabschnitt eines ersten Teilrohres konzentrisch innerhalb eines zugeordneten Endabschnitts eines zugeordneten Endabschnitts eines zweiten Teilrohres angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform wird durch das Wärmerohr ein mit der äußeren und inneren Schale wechselwirkender Fluidkreislauf realisiert. Das Wärmerohr kann einen zentralen Rohrabschnitt aufweisen, der vorzugsweise innerhalb eines doppelwandigen zweiten Rohrabschnitts (zur Rückführung eines zirkulierenden Fluids) liegt. In verfahrensmäßiger Hinsicht kann eine Regelung der Wärmedurchleitung folgendermaßen erfolgen. Das (Wärmeleit-) Fluid kann zur Erhöhung der Wärmedurchleitung in einander zugeordneten Teilrohren eingebracht werden. Alternativ und zusätzlich kann eine Flüssigkeitsoberfläche eines als Flüssigkeit ausgebildeten Fluids auf Höhe (einander zugeordneter) Teilrohre oder oberhalb der (einander zugeordneter) Teilrohre oder oberhalb der (einander zugeordneten) Teilrohre eingestellt werden. Zur Erniedrigung der
Wärmedurchleitung kann ein (Wärmeleit-) Fluid aus den Teilrohren entfernt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Flüssigkeitsoberfläche eines als Flüssigkeit ausgebildeten Fluids auf Höhe der (einander zugeordneten) Teilrohre oder oberhalb (der einander zugeordneten) Teilrohre eingestellt werden.
Eine weitere Ausführung der Konstruktion beinhaltet sog. Wärmerohre oder Heat-Pipes, die den Wärmedurchgang durch die Konstruktion hindurch weiter erhöhen können. Es sind grundsätzlich zwei, mit einem gewissen Abstand konzentrisch angeordnete und ineinander führende Rohre (gefertigt aus einem gut wärmeleitenden Material wie Aluminium, Kupfer oder Chromstahl), die mit einem Wärmekollektor auf der Außenseite der Schalen verbunden sind und durch die Schalen hindurch bis in den Zwischenraum hineinragen. Wichtig dabei ist, dass sie sich nicht berühren und nur zu einem gewissen Teil in den Zwischenraum hineinragen. Die Wärmekollektoren (gefertigt aus einem gut wärmeleitenden Blech), auf der Außenseite der Konstruktion angeordnet, stehen nun in direktem Wärmeaustausch mit der unmittelbaren Umgebung und können auch die Wärme der direkten Sonneneinstrahlung an das an ihnen verbundene, in die Schalen und den Zwischenraum hineinragende Rohr weiterleiten. Solange nun der Zwischenraum evakuiert ist, besteht keine wärmeleitende Verbindung zwischen den beiden Rohren. Wird nun der
Zwischenraum mit der Wärmeleitflüssigkeit befüllt, entsteht dadurch ein erhöhter Wärmeübertrag von einem Heat-Pipe-Rohr auf das andere. Diese Anordnung bildet damit eine passive Wärmebrücke innerhalb der Konstruktion und erhöht dadurch den Wärmedurchgang. Im Speziellen überbrücken die Heat-Pipes den Wärmeübertrag der Trennschicht zwischen der Schale und dem Zwischenraum. Wird der Zwischenraum nun wieder von der
Wärmeleitflüssigkeit entleert, verschwindet der zusätzliche Effekt zur
Wärmeübertragung innerhalb der Konstruktion. Da sich die Heat-Pipe-Rohre nicht berühren, bilden sie auch keine Wärmebrücke in der Konstruktion mehr. Die Funktion der Heat-Pipes ist abhängig von zwei Niveaus der
Wärmeleitflüssigkeit im Zwischenraum der Konstruktion. Liegt das Niveau unterhalb der Heat-Pipes, besteht kein erhöhter Wärmedurchgang. Liegt das Niveau oberhalb der Heat-Pipes, besteht ein erhöhter Wärmedurchgang. Für eine verbesserte Entleerung der Heat-Pipes durch die Wärmeleitflüssigkeit können diese entweder konisch oder mit Entleerungslöchern versehen werden. Um den Wärmeübertrag durch die Wärmeleitflüssigkeit zu verbessern und zu erhöhen, kann diese mit einem Wärmeleitmaterial versetzt und angereichert werden. Es bietet sich an, den Distanzhalter in Verbindung mit der Heat-Pipe auszuführen. Um den Wärmeübertrag der Wärmekollektoren weiter zu erhöhen, können die vorgenannten Maßnahmen zur Erhöhung des
Wärmeübertrags an den Oberflächen angewendet werden.
Das Konzept der Heat-Pipes kann innerhalb des Systems Dynamische
Wärmedämmung und Wärmeaustausch weiter ausgebaut werden.
Thermodynamisch existieren folgende Prinzipen des Wärmetransports innerhalb einer Gebäudehülle: - Passive Wärmeleitung (Festkörper-Wärmeleitung durch die Konstruktion und deren Vorrichtungen, Wärmeübergänge an deren Ober- und/oder
Trennflächen),
- Aktiver Wärmetransport (Konvektion, Hinterlüftung, Wärmeleitung durch den Transport von Luft/Gas oder einer Flüssigkeit mittels Versorgungstechnik),
- Verdampfen/Verflüssigen im offenen System (Feuchtigkeiten innerhalb der Konstruktion und an deren Oberflächen, mittels permeabler Rohre der
Versorgungstechnik) und
- Verdampfen/Verflüssigen im geschlossenen System
(Wärmetauscheraggregate als Quellen und/oder Senken durch den Transport eines Kühlmittels und/oder Kompressionskältemaschinen und Wärmepumpen).
Diese thermodynamischen Effekte können über Kollektoren zur
Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe an den Oberflächen sowie mit einer wärmebrückenminimierten Konstruktionsweise in die Heat-Pipes integriert werden. Diese können darüberhinaus an die gebäudetechnischen
Komponenten gekoppelt werden. Verteilt über die Fläche, bedienen die Heat- Pipes eine dezentrale Erhöhung des Wärmedurchgangs in der Gebäudehülle. Durch die Kopplung an die konventionelle Gebäudetechnik kann der Grad der Dezentralisierung weiter erhöht werden. Folgende Maßnahmen erhöhen die Funktionsweise und Effizienz der Heat-Pipes: Um die Wärmeabgabe und Aufnahme der Heat-Pipe Rohre auf die Wärmeleitflüssigkeit zu erhöhen, können deren Oberflächen mittels Ripp- oder Wellprofilen ausgebildet sein. Um den Wärmeübertrag der Heat-Pipes oder deren Wärmekollektoren auf den in den Schalen verlegten Rohrkreislauf zu erhöhen, können diese punktuell oder abschnittsweise mit einem Wärmeleitblech (Kupfer, Aluminium) umwickelt und mit den Heat-Pipe Rohren oder deren Wärmekollektoren verbunden werden. Um die Wärmeabgabe oder Aufnahme der Wärmekollektoren mit der
Umgebung (Innen- oder Außenseite) zu erhöhen, können diese zusätzlich an speziell montierte Kühlkörper oder Wärmeabsorptionsmaterialien gekoppelt werden. Je nach Anwendungsbereich und Verwendungszweck der Gebäudehülle mit steuerbarem Wärmedurchgang muss die Geometrie der Gebäudeoberfläche optimiert werden. Liegt der Fokus auf geringem Heizwärmebedarf, muss die Gebäudearchitektur eine möglichst kleine Gebäudeoberfläche ausbilden. Liegt der Fokus auf geringem Kühlleistungsbedarf, soll die Gebäudeoberfläche maximiert werden. Dasselbe gilt bei Anwendungen für Maschinen und
Anlagen. Um eine hohe speicherwirksame Masse ausnutzen zu können, ist Beton und deren Variationen als Baustoff favorisiert. Zusätzlich bietet er gute Eigenschaften im Zusammenhang mit Wärmestrahlung. Die Konstruktion und deren Erweiterungen kann auch in einschaliger Ausführung Verwendung finden.
Die Konstruktionsanschlüsse wie Stöße, Fugen, Übergänge oder
Durchdringungen (Leitungen, Rohre, Kabel) haben grundsätzlich die Funktion, einzelne Bauteile untereinander, gegen den Zwischenraum, gegen den Innen- und/oder Aussenraum, gegen den Baustoff oder ein Blech, eine Folie oder einer Dichtungsbahn abzudichten. Dichtheit muss gegen Vakuum, Gas und Flüssigkeit erreicht werden. Es ist klar, dass das System, ausgedehnt auf ein ganzes Bauwerk, nie vollständig„dicht" gemacht werden kann. Ziel ist nicht vollständige Dichtheit, sondern eine kontrollierbare, fixe Leckrate, welche mittels des Verfahrens optimiert und minimiert werden kann. Dabei wird der Energieaufwand zur Aufbringung und zum Beibehalten des nötigen Vakuums und der daraus resultierenden U-Wertbandbreite mit dem Heiz- /Kühlenergieaufwand in Relation zur korrespondierender U-Wertbandbreite verglichen und energetisch optimiert. Grundsätzlich können handelsübliche Dichtsysteme wie Lippendichtungen oder O-Ringe verwendet werden. Für die Funktionsweise und die Dauerhaftigkeit und Lebensdauer des Systems ist es jedoch zentral, dass die Dichtheit der Konstruktionsanschlüsse auch nachträglich, d.h. nach dem Bau, beeinflusst und verbessert werden kann. Dazu werden Dichtstellen in einer Weise ausgeführt und mit Materialien kombiniert, dass sie von außen beeinflusst und so auf die Dichtheit eingewirkt werden kann. Ein einfaches Beispiel einer Dichtstelle, die von außen nachträglich beeinflusst werden kann, ist z.B. das Anbringen von Bitumen (in Form von Dichtungsbahnen oder Dachpappe) oberhalb einer Nute, Nase oder einfachen Erhöhung zwischen Beton und einem Blech o .ä. Wird das Blech von außen erwärmt, schmilzt nun der Bitumen, fließt in die hohlen Räume, die Nute oder dergleichen und dichtet beim Abkühlen die Dichtstelle neu ab. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden und ermöglicht so die Kontrolle der Dichtstelle. Der Nachteil bei dieser Lösung ist, dass der Bitumen nur nach unten fließt. Dichtstellen können somit nicht„nach oben" abgedichtet werden. Es drängt sich somit ein Dichtungsmaterial auf, welches unter äußerer
Einwirkung sein Volumen richtungsunabhängig vergrößert. Ein Beispiel dazu sind sog. Brandschutzdichtungen in Türen und Fenstern, die ihr Volumen bei Hitzeeinwirkung vergrößern und durch ihre Anordnung im Tür- oder
Fensterspalt den Durchtritt von Hitze und Rauch verhindern. Es können z. B. Wärme, elektromagnetische Strahlung, Chemikalien oder mechanische Kräfte als Mittel der äußeren Einwirkung ausgenutzt werden.
Die Einwirkung von Wärme auf die Dichtstelle kann einerseits mittels in die Konstruktion eingebauter Wärmeleitblechen erfolgen, die den Wärmetransport von einer von außen zugänglichen Stelle oder innerhalb der Konstruktion bis hin zur Dichtstelle ermöglichen. Die Einwirkung auf die Dichtstelle erfolgt nun durch Erwärmen des Wärmeleitbleches von außerhalb der Konstruktion oder durch Erwärmen desselben mittels der Wärmeleitflüssigkeit im Zwischenraum oder dem Rohrkreislauf in den Schalen. Anderseits können Heizdrähte in das Dichtungsmaterial integriert werden, die ebenfalls von außerhalb der
Konstruktion bedient werden können. In diesem Fall kann sogar eine variable, kontrollierbare Leckrate erreicht werden. Bei der Einwirkung von
elektromagnetischer Strahlung muss sichergestellt sein, dass sie, von außen angelegt, nicht durch die Materialien der Konstruktion abgeschirmt wird. Bei der Einwirkung von Chemikalien können entweder feine, permeable Röhrchen in das Dichtungsmaterial integriert werden oder die Chemikalien können direkt in den Zwischenraum der Konstruktion eingebracht werden. Bei all diesen Anwendungen muss die Zyklenfestigkeit für das wiederholte Anwenden sichergestellt sein. Zusätzlich wäre es von Vorteil, wenn das Dichtmaterial bei der Volumenvergrößerung einen Harz o .ä. absondern würde, der aushärtet und so die Dichtstelle weiter verbessert. Dieser Prozess sollte beliebig oft wiederholt werden können. Die verschiedenen Konstruktionsanschlüsse sind nun so ausgeführt, dass eine Einwirkung von außen auf die Dichtstelle möglich ist. Abschließend kann der Abdichtungsprozess in drei Stufen
zusammengefasst werden. Zuerst werden die Kontakt- und Dichtflächen zusammengefügt und eventuell verklebt. Daraufhin werden sie unter der Druckeinwirkung des Schalungsdruckes während dem Einbauprozess verbunden (in gewissen Fällen kann auch schon während dem Einbauvorgang auf die Dichtstellen eingewirkt werden). Zum Schluss kann wie oben
beschrieben von außen auf die Dichtstellen eingewirkt werden.
Folgende Konstruktionshilfen finden Anwendung: Um zu verhindern, dass die Dichtstellen punktförmig ausfallen, werden diese entweder auf
Wärmeleitblechen ausgeführt oder mittels sog. Dichtungs- und
Befestigungsrosetten und Lochaussparungen in der Flächendichtung oder dem Blech realisiert. Um Bleche (Wärmeleitbleche, Blenden, Rosetten) im Baustoff zu verankern, werden diese abgewinkelt und mit Löchern versehen oder mit einem Bewehrungsnetz oder Vlies verbunden, damit der Baustoff beim
Einbauvorgang diese durchdringt, sich verfestigt und so die Verbindung fixiert.
Die Konstruktionsausführungen beschreiben, wie Fenster, Türen, Durchgänge, Anschlüsse und Durchdringungen wie Leitungen und Rohre einerseits sowie Stufen, Ecken und Abschlüsse anderseits in die Konstruktion integriert werden. Sie zeigen auf, wie die Dichtungsproblematik in jedem einzelnen Fall gelöst wird. Dabei können die verschiedenen Konstruktionsarten (Zwischenraum mit Stützmaterial, als Hohlraum oder gefalztem Stützmaterial ausgebildet) miteinander kombiniert werden. Im Bereich, wo Fenster, Türen oder externe Bauteile an die Konstruktion angeschlossen werden sowie in Ecken und Stufen bietet es sich an, die Konstruktion mit dem porösen, offenporigen Stützmaterial im Zwischenraum auszubilden, da diese Stellen sensitiv bezüglich
Wärmebrücken sind. Die Flächen können dann, mit Sektoren unterteilt, beliebig ausgebildet sein. Um eine verbesserte Dichtwirkung zu erzielen, können die Bauteile in konischer Form ausgeführt sein. Der Übergang oder Abschluss der Konstruktion kann geschlossen oder offen in einer Weise ausgebildet sein, dass der Hohlraum auf den ganzen Querschnitt mit einem Abdichtungsrahmen, der eine verminderte Wärmebrücke bildet, abgeschlossen wird.
Es sei hier auf die bauphysikalischen Besonderheiten des Systems
eingegangen. Trotz der geringen Stärke der Ausführung (Wand-, Boden- und Deckenstärken), können innerhalb der Konstruktion große Gradienten von Temperatur und Feuchtigkeit aufgenommen werden. Durch Einflussnahme auf die physikalischen Zustände im Zwischenraum kann der Verlauf der
Gradienten innerhalb der Konstruktion aktiv beeinflusst werden. Im Falle des Temperaturverlaufs kann grundsätzlich der Wärmedurchgang beeinflusst und gesteuert werden. Dem Dampfdruck kann einerseits mit einer Dampfsperre (Blech, Folie) auf der Innenseite des Zwischenraumes begegnet werden, um das Kondensieren der Feuchtigkeit innerhalb der Konstruktion zu verhindern. Anderseits kann die anfallende Feuchtigkeit innerhalb der Konstruktion absorbiert und mit Hilfe des Systems aktiv hinaus transportiert werden oder für den Wärmehaushalt des Gebäudes ausgenutzt werden. Aufgrund der
Anordnung des Zwischenraumes liegt der Taupunkt immer außerhalb des Bereichs, in dem Feuchtigkeit anfällt und auskondensieren könnte. Er schützt somit das System vor Feuchtigkeitsschäden.
Da die Ausführung der Konstruktion auf die Gebäudenutzung und Klimazone ausgelegt wird, beinhaltet sie eine optimierte„Porengröße" des Stützmediums, die von einer Nano-Millimeter-Skala bis hin zum offenen Hohlraum reichen kann. Nebst Poren können dies auch Flächen sein, d. h. der Zwischenraum kann in mehrere Trennschichten aufgeteilt werden. Die konstruktionsbedingten Effekte, wie tiefe Gaswärmeleitfähigkeit bei kleinen Poren oder verbesserte Austauschgeschwindigkeit der Wärmeleitflüssigkeit bei großen Poren, müssen gegeneinander abgeschätzt, abgewogen und optimiert werden.
Das Herstellungsverfahren der Konstruktion und von deren Erweiterungen bedient sich, wie bereits erwähnt, insbesondere eines Baustoffs, der vorgängig lose, fließfähig oder flüssig ist, sich kurz nach dem Einbau in eine formgebende Schalung/Gussform verfestigt und nach einer gewissen Zeit seine volle
Festigkeit entwickelt (Pulver, Pellets, Staub, Beton, Kunstharz etc.). Die inneren und äußeren physikalischen Bedingungen des Herstellungsverfahren (Befüllungs-, Abbinde- und Verfestigungsprozess) sind dieselben Bedingungen wie die der flüssigen Phase von Wasser. Der Baustoff soll eine möglichst hohe Gas- und Vakuumdichtheit sowie eine gute Wärme- und Feuchtigkeitsleitung besitzen. Der Einbringvorgang des fließfähigen Baustoffs kann entweder von oben durch die Schalung/Gussform erfolgen oder von unten hoch gepresst und mittels Schlagschieber verschlossen werden. Dabei wird der fließfähige Baustoff entweder mit einer Pumpe (Betonpumpe) oder mit Hilfe eines
Druckausgleichsbehälters mittels hydrostatischen Drucks eingebaut. Das zweite Verfahren kann in gewissen Fällen nötig werden, da das
Pumpverfahren während dem Einbringvorgang im fließfähigen Baustoff Druckwellen induziert, die sich negativ auf die Schalung/Gussform auswirken können.
Das einfachste, aber auch aufwendigste Verfahren zur Herstellung der
Konstruktion besteht darin, für jede einzelne Schale eine Schalung/Gussform zu bauen, vor Ort oder in Elementbauweise, und diese darauffolgend mit dem Baustoff zu befüllen. Das Ziel ist aber, die Konstruktion und deren
Erweiterungen in einem Vorgang/Prozess herzustellen. Dabei stellen sich grundsätzlich zwei Probleme. Einerseits muss mit Hilfe einer Trennschicht zwischen den Schalen der Konstruktion und dem Zwischenraum verhindert werden, dass der Baustoff während dem Einbauvorgang in den Zwischenraum hinein fließt. Um dies zu verhindern, kann diese in vollflächiger Ausführung mit einer Folie, einem Vlies, einem Blech oder einer Flächendichtungsbahn, die sich nachträglich mit dem Baustoff verbindet, ausgeführt werden. Anderseits muss die Trennschicht während dem Einbauvorgang fixiert und stabilisiert werden, da auf sie der hydrostatische Druck des flüssigen Baustoffs einwirkt (Schalungsdruck). Dies wird mit dem gleichzeitigen Einbringen eines
Stützmediums während dem Einbauvorgang (Flüssigkeit, Sand, Granulat) im Zwischenraum erreicht. Dabei ist zu beachten, dass die Niveaus des Stützmediums und des flüssigen Baustoffs zu jedem Zeitpunkt auf derselben Höhe liegen. Grundsätzlich muss sich die Materialdichte des Stützmediums in der Größenordnung der Dichte der Flüssigphase des Baustoffs befinden. Aufgrund von Trägheit, innerer Reibung oder Reibungswiderstand an den Oberflächen können sich Abweichungen in der Dichte des Stützmediums aufdrängen. Handelt es sich beim Stützmedium um einen losen Feststoff, bestimmt nicht die Dichte des Feststoffes, sondern seine Schüttdichte, wie das Herstellungsverfahren durchgeführt wird. Wird eine Stützflüssigkeit verwendet, kann ein Zusatz beigegeben werden, der bei deren Entfernung aus dem Zwischenraum die inneren Oberflächen der Schalen versiegelt. Um den Wärmedurchgang durch die Trennschicht hindurch zwischen den Schalen der Konstruktion und dem Zwischenraum nicht zu beeinträchtigen, sollte diese mit einem Material ausgeführt werden, das einen guten Wärmedurchgang aufweist. Im Folgenden werden verschiedene Herstellungs- und
Einbauverfahren vorgestellt.
Im Falle, dass der Zwischenraum mit einem porösen, offenporigen
Stützmaterial ausgefüllt wird, besteht die Möglichkeit, vorgängig auf eine Trennschicht zwischen dem Zwischenraum und den Schalen zu verzichten, damit der Baustoff beim Einbauvorgang in die offenen Poren des
Stützmaterials einfließen, sich mit diesem verbinden und verfestigen kann. Die Trennschicht zwischen den Schalen der Konstruktion und den offenen Poren des Stützmaterials bildet sich auf der Eindringtiefe des Baustoffs in das Stützmaterial aus. Dabei muss sichergestellt werden, dass der Verbund des Stützmaterials mit dem verfestigten Baustoff die resultierenden Flächenkräfte (Zug, Druck) aufnehmen kann. Da die Trennschicht die Dichtungsfläche zwischen Stützmaterial und Schalen der Konstruktion bildet, muss sie möglichst eine hohe Dichtheit erreichen. Der Bereich an der Oberfläche des Stützmaterials, in welchem der Baustoff eingedrungen ist und sich verfestigt hat, wirkt als feine Bewehrung. Das mit dem ausgehärteten Baustoff durchsetzte Festkörpergerüst verhindert und unterbindet die Rissbildung im erwähnten Bereich. Die Dichtheit der Trennschicht kann weiter erhöht werden, falls dem Beton beliebige Zusätze beigegeben werden (Kunstharz, Silikon, Öl o. ä.). In diesem Fall bestehen zwei Möglichkeiten. Einerseits sollen die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Zusatzes (Dichte,
Oberflächenspannung) ermöglichen, dass er sich immer an der Oberfläche des fließfähigen Baustoffs befindet. Dringt das Baustoff-Zusatz-Gemisch in die offenen Poren des Stützmediums ein, bildet sich die Trennschicht bei definierter Eindringtiefe an der Flüssigkeitsfront aus. Anderseits kann der Zusatz (Dichte kleiner als die des Baustoffs) während dem Einbauvorgang oben auf den flüssigen Baustoff gegeben werden. Steigt nun bei der
Einbringung des flüssigen Baustoffs das Niveau an, benetzt oder fließt zuerst der Zusatz in das Stützmaterial ein, gefolgt vom flüssigen Baustoff. Der Zusatz befindet sich nun wieder an der Flüssigkeitsfront und kann somit auf einer bestimmten Eindringtiefe die Trennschicht durch Aushärten ausbilden. Die Eindringtiefe kann durch die Porengröße des Stützmaterials, den
Schalungsdruck oder der Viskosität des flüssigen Baustoffs oder des Zusatzes kontrolliert werden. Falls die Trennschicht auf diese Weise ausgebildet wird, entsteht zusätzlich auch eine erhöhte Dampf- oder Feuchtigkeitsbremse. Um bei tiefen Wärmedurchgangszahlen des Stützmediums auch den Schutz vor Wärmestrahlung zu erhöhen, sollten dem Zusatz feine Metallplättchen (z.B. aus einer Folie oder Aluminium) beigegeben werden, deren Größe kleiner als die Porengröße des Stützmaterials ist. Diese fließen nun mit dem Zusatz als Trägermaterial ebenfalls in das Stützmaterial hinein und werden Teil der Trennschicht. Die von außen auftreffende Wärmestrahlung wird nun an den Metallplättchen gestreut und durch das Material des Zusatzes (Kunstharz) in deren Ausbreitung gedämpft. Dieser Effekt unterbindet das Problem der Ausbildung transversaler Wellenanregungen.
Um zu verhindern, dass der Baustoff zu weit in das poröse, offenporige
Stützmaterial im Zwischenraum eindringt, kann dem Baustoff ein abbinde- oder verfestigungsbeschleunigender Zusatz beigegeben werden, der beim Kontakt mit der Oberfläche des Stützmaterials aktiviert wird. Der Zusatz kann auch eine Zweikomponenten-Chemikalie sein. Dabei wird die erste Komponente vorgängig auf das Stützmaterial aufgebracht, wobei beim Einbauvorgang die zweite Komponente mit der ersten in Kontakt kommt, reagiert und aushärten kann.
Im Falle, dass der Zwischenraum als Hohlraum ausgebildet ist, bestehen mehrere Möglichkeiten für dessen Herstellung. Einerseits kann auf die
Bewehrung der einen Schale ein festes Stützmaterial vollflächig aufgebracht werden, dessen Stärke der Distanz des Zwischenraumes entspricht. Dieses Stützmaterial hat die Eigenschaft, dass, nach erfolgtem Einbringvorgang des Baustoffs in die Schalung/Gussform, dessen chemische oder physikalischen Eigenschaften in einer Weise von außen verändert werden können, damit es fließfähig oder flüssig wird und auf diese Weise der Zwischenraum vom
Stützmaterial entleert werden kann. Es kann dies z.B. ein Wachs o. ä. sein, der durch die Erhöhung der Temperatur in den Schalen herausgeschmolzen werden kann (evtl. kann auch ein Salz oder Eis verwendet werden). Das Stützmaterial kann aber auch ein verdichteter, in Plattenform vorliegender
Sand sein, der herausgeschüttelt/vibriert wird oder ein Material (Styropor o. ä.), welches mit einer Flüssigkeit fließfähig gemacht werden kann (herausätzen).
Ein anderes Einbauverfahren erfordert die Möglichkeit, mittels eines
fließfähigen Stoffes als Stützmedium auf die Beschleunigung des
Verfestigungsprozesses des Baustoffs an der Trennschicht zum Zwischenraum Einfluss nehmen zu können und diesen zu beschleunigen. Dies setzt voraus, dass sich der Baustoff, in der fließfähigen Phase, im Kontakt mit einer verfestigungsbeschleunigenden Flüssigkeit/Stoff (Härter, Abbindbeschleuniger, Verfestigungsbeschleuniger) schneller oder sofort verfestigt. Auf die
Bewehrung der Schalen wird nun ein feines Vlies/Netz mit einer kleinen
Maschenweite oder Porengröße aufgezogen oder montiert. Die
Stützflüssigkeit, welche im Zwischenraum zwecks Ausgleichen des
hydrostatischen Druckes des Baustoffs eingebracht wird, ist nun mit dem verfestigungsbeschleunigenden Stoff versetzt. Sie wird beim Einbauvorgang mit derselben Geschwindigkeit wie der fließfähige Baustoff eingebracht. Dabei ist zu beachten, dass das Niveau des Baustoffs zu jedem Zeitpunkt ein wenig über dem Niveau der Stützflüssigkeit liegt. Der fließfähige Baustoff durchdringt nun beim Einbauvorgang das Vlies/Netz und gerät in Kontakt mit der
Stützflüssigkeit im Zwischenraum, welche mit dem
verfestigungsbeschleunigenden Stoff versetzt wurde. Dabei verfestigt sich der Baustoff im Bereich des Vlies/Netzes und es entsteht somit die Trennschicht des Zwischenraums zur Schale. Beim Einbauvorgang muss beachtet werden, dass die Befüllungsgeschwindigkeit der Abbindegeschwindigkeit des Baustoffs in der Kontaktzone mit der Stützflüssigkeit angepasst wird. Bei Ausführungen von Böden, Wänden und Decken müssen in den Ecken Winkelbleche angebracht werden, um sicherzustellen, dass das Niveau des fließfähigen Baustoffs immer über dem Niveau der Stützflüssigkeit im Zwischenraum steht und keine Durchmischung entsteht. Alternativ kann das Vlies/Netz vorgängig mit der verfestigungsbeschleunigenden Flüssigkeit („Härter") benetzt oder durchtränkt werden. Beim Einbauvorgang verfestigt sich nun der fließfähige Baustoff beim Durchtritt durch das Vlies/Netz. Das Problem des eben besprochenen Einbauverfahrens im Falle des Hohlraumes liegt darin, dass Stützflüssigkeiten mit geeigneter Dichte schwer oder aufwendig herzustellen sind. Im Gegensatz dazu kann bei grosser Porengrösse des Stützmaterials eine Stützflüssigkeit zur Kontrolle der Eindringtiefe des fliessfähigen Baustoffs in die Poren des Stützmaterials verwendet werden.
Ein alternatives Herstellungsverfahren verwendet ein Granulat (Granulat, Glasperlen o. ä.) als Stützmedium, welches eine geringe Innen- oder
Eigenreibung besitzt. In diesem Fall bildet sich die Trennschicht wie oben aus oder es muss zwischen den Schalen und dem Zwischenraum ein Blech, Folie, Vlies oder eine Flächenabdichtung, die sich mit dem Baustoff verbindet, angebracht werden. Zusätzlich kann entweder dem Stützmedium ein Öl o.ä. beigegeben werden, damit das Granulat nicht an der Trennschicht haften bleibt, oder es kann absichtlich in die Trennschicht eingebunden werden. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die geeignete Dichte, in diesem Fall die Schüttdichte, einfach zu erreichen ist. Weiter hat ein Granulat den
Vorteil, dass es einfach gehandhabt (Pumpen mit Betonpumpe) und nach dem Einbauvorgang gut aus dem Zwischenraum entfernt werden kann. Wie bereits erwähnt, können die Kleb- und Dichtungsstellen zwischen der Trennschicht und den Konstruktionsanschlüssen durch die Einwirkung des hydrostatischen Druckes des fließfähigen Baustoffs während dem
Einbauvorgang, zusätzlich durch Erwärmen der Schalen, verfestigt und abgedichtet werden. Als Alternative zum Granulat als Stützmedium können auch mechanische Hilfsmittel wie aufpumpbare Schläuche oder dergleichen verwendet werden.
Grundsätzlich können drei verschiedene Abläufe zur Herstellung der
Konstruktion zur Anwendung gelangen. Einerseits kann sie vollständig in Elementbauweise gefertigt werden, wobei die Größe und das Gewicht der Elemente durch deren Transportfähigkeit bestimmt werden. Der Vorteil des Elementbaus liegt in der guten Kontrolle der Qualität des
Herstellungsverfahrens. Der Nachteil sind viele und lange Dichtstellen der Elemente untereinander bei der Montage der Gebäudehülle auf dem Bauplatz, was sich negativ auf die Leckraten auswirkt. Anderseits kann die Konstruktion vollständig auf dem Bauplatz vor Ort montiert und gefertigt werden. Der Vorteil darin liegt in der Reduktion der Anzahl Dichtstellen. Der Nachteil ist die schwierige Kontrolle der Verarbeitungsqualität innerhalb der Gebäudehülle und erschwerte Bedingungen auf dem Bauplatz. Eine dritte Möglichkeit zur
Herstellung der Konstruktion ist ein Ablauf, der sich zwischen dem Elementbau und dem Aufbau vor Ort befindet. Dabei wird die Konstruktion in sog.
Schalungselementen vorbereitet. Alle Bauteile wie Bewehrung, Trennmaterial, Distanzhalter, Sektorunterteilung, Leitungen und Rohre etc. werden vorgängig auf eine Elementschalung montiert. Diese wird darauffolgend auf dem Bauplatz vor Ort zusammengestellt, gegeneinander abgedichtet und mit dem Baustoff befüllt. Dabei kann die Qualität der Bauteile gut kontrolliert werden, und das Problem der vielen und langen Dichtstellen entfällt, da der Baustoff nun über alle Elemente der Schalung hinweg eingebaut wird.
Die oben besprochenen Herstellungsverfahren erlauben auch eine
mehrschalige Ausführung der Konstruktion. Die Versorgungstechnik, die die Funktion und den Betrieb des Systems bewerkstelligt, besteht einerseits aus Maschinen und Aggregaten, die Vakuum erzeugen, Luft oder ein Gas befördern und komprimieren oder Flüssigkeiten pumpen und umwälzen (Vakuumpumpen, Kompressoren, Flüssigkeits- und Umwälzpumpen). Dazu werden Leitungen und Rohrsysteme benötigt, die mit Ventilen versehen, gesteuert sowie zu- und abgeschaltet werden können. Darüber hinaus werden Messgeräte und Sensoren (Temperatur, Druck, Feuchtigkeit etc.) in die Konstruktion verbaut und in der Umgebung platziert, die Eingangssignale für das Steuerungssystem liefern. Dieses stellt mit Hilfe eines Programms Ausgangssignale bereit, welche dann ihrerseits Stellglieder und Aktoren betreiben. Für die Funktion des Systems ist es von zentraler Bedeutung, ein Transport- und Speichermedium für Wärme- und Unterdruckoder Vakuumkapazität zur Verfügung zu haben. Dies kann im Falle von Wärmekapazität Wasser, ein Wassergemisch oder eine beliebige Flüssigkeit sein. Die Versorgungstechnik beinhaltet einerseits Speicherbehälter wie einfache Wasser- und Flüssigkeitsspeicher, welche konventionell in der Gebäudetechnik Verwendung finden. Anderseits werden auch
Speicherbehälter für Vakuum benötigt, um die Funktion und Effizienz von Vakuumpumpen zu erhöhen und zu verallgemeinern. Das Transport- und Speichermedium im Zusammenhang mit Speicherbehältern generiert statische oder bewegliche Kapazitäten von Wärme und Vakuum, welche das System für deren Funktion ausnutzt. Weiter können Apparaturen und Vorrichtungen der Versorgungstechnik an konventionelle gebäudetechnische Anlagen (Heizung, Kühlung, Wärmepumpen etc.) gekoppelt werden und so sich neu ergebende Synergien für den Wärmehaushalt des Gebäudes, Bauwerks, Maschine oder Anlage ausgenutzt werden.
Die Erweiterung der Versorgungstechnik besteht aus permeablen bzw. luft-, gas- oder flüssigkeitsdurchlässigen Rohren. Diese sind stern-, kreis-, spiral- oder schlaufenförmig in den Schalen der Konstruktion, in den
Sektorunterteilungen oder dem Stützmaterial im Zwischenraum der
Konstruktion angeordnet. Die Rohre, durchströmt mit einem Gas, feuchter Luft oder einer Flüssigkeit, können einerseits Wärmebeträge aus dem sie umgebenden Material zu- oder abführen. Anderseits können sie auch
Feuchtigkeiten zu- oder abführen. Werden die Rohre zur Aufbringung des Vakuums im Stützmaterial verwendet, müssen sie Luft- oder Gasdurchlässig sein. Um die Wärmeleitfähigkeit des Stützmaterials weiter beeinflussen zu können, kann mit den permeablen Rohren auch Feuchtigkeit zu- oder abgeführt werden.
Die Erweiterung der Versorgungstechnik besteht in einer Vorrichtung, die in die Speicherbehälter (Wasser, Vakuum) eingebaut wird und ermöglicht, bei vorgegebenem konstanten Druck eine große Volumenänderung (zu- oder abfließen) zu ermöglichen. Für die Anwendung im System wird ein Teil der Begrenzungsfläche eines Speicherbehälters (Stirnwand) als Membran ausgeführt, welche mit einer mechanischen Kraftquelle (Federelement) verankert ist. Der Speicherbehälter kann so sein Volumen ändern und dies mit Hilfe der mechanischen Kraftquelle bei konstantem vorgegebenen Druck (z.B. in Abhängigkeit des Kraftverlaufs der Feder). Dies ermöglicht den Austausch eines großen Volumenbetrags des Speichermediums (Luft, Gas, Flüssigkeit) bei konstantem Druck (befüllen oder entleeren) und wird zum Spülen des Zwischenraumes der Konstruktion verwendet. Im Falle von Luft oder einem Gas als Speichermedium kann somit eine Vakuumkapazität freigemacht werden, ohne dass eine Vakuumpumpe benötigt wird. Im Abschnitt zum Verfahren wird deren Verwendung genauer beschrieben. Die Effizienz der Vorrichtung steht in direktem Zusammenhang mit dem Verhältnis der auszutauschenden Volumina. Die Charakteristik der mechanischen Kraftquelle (Federelement) kann so gewählt und ausgelegt werden, dass sie den
Druckunterschied der Flüssigkeitssäule im Bauwerk ausgleicht. Diese drucksteuerbaren Membranspeicherbehälter können auch hydraulisch oder hydropneumatisch ausgeführt sowie parallel oder in Serie aneinander geschaltet werden.
Die Erweiterung der Versorgungstechnik besteht aus einer Vorrichtung, die im Zwischenraum der Konstruktion angebracht wird und es ermöglicht, das Transportmedium für Wärme (Wärmeleitflüssigkeit) über die innere Oberfläche der Schalen im Zwischenraum überströmen zu lassen. Die Vorrichtung beinhaltet einerseits ein Rohrabschlussstück, welches einen gewissen Bereich der Innenfläche abdeckt und die Flüssigkeit gleichmäßig über die Oberfläche verteilt. Anderseits beinhaltet die Vorrichtung ein Auffanggefäß, welches die überströmende Flüssigkeit wieder auffängt. Die Flüssigkeit fließt von oben nach unten über die Oberfläche.
Die Erweiterung der Versorgungstechnik besteht aus einer Vorrichtung zum Einbau von Wärmeaustauschaggregaten im Zwischenraum der Konstruktion; entweder im Hohlraum oder eingebettet im Stützmaterial. Weiter beinhaltet die Erweiterung Vorrichtungen und Anschlüsse, um die
Wärmeaustauschaggregate oder die vorgenannten Erweiterungen der
Versorgungstechnik an konventionelle gebäudetechnische Anlagen wie
Wärmepumpen etc. oder an externe Heiz- und Kühlkreisläufe von Maschinen und Anlagen zu koppeln.
Das Konzept der Heat-Pipes, welches unter der Erweiterung der Konstruktion beschrieben wurde, kann auch unter dem Vorzeichen der Versorgungstechnik im System der dynamischen Wärmedämmung und Wärmeaustausch gehandhabt werden.
Das Verfahren, welches mit Hilfe der Versorgungstechnik die Funktion und den Betrieb des Systems der dynamischen Wärmedämmung und Wärmeaustausch handhabt, führt grundsätzlich folgende Aufgaben aus. Einerseits wird mittels Aggregaten und Vorrichtungen der Versorgungstechnik, der Zwischenraum der Konstruktion, evakuiert und ein vollflächig, kontinuierlich veränderbares
Vakuum angelegt. Damit wird der Wärmedurchgang durch die Konstruktion hindurch vermindert und somit die Wärmedämmung des Gebäudes, Bauwerks oder der Anlage erhöht. Die jeweilige Konstruktionsausführung und die damit einhergehende Leckrate der Konstruktionsanschlüsse bestimmt, welche Vakua und somit welche minimalen Wärmedurchgangszahlen und U-Werte mit der Gebäudehülle erreicht werden können. Weiter bewerkstelligt das Verfahren das Belüften, Befüllen oder unter Drucksetzen des Zwischenraumes mit Luft, einem Luftgemisch oder einem Gas. Dies kann mit Hilfe der Erweiterung der Versorgungstechnik bei konstantem Druck erfolgen. Dadurch erhöht sich einerseits der Wärmedurchgang durch die Konstruktion hindurch und anderseits kann so der Zwischenraum entweder mit Feuchtigkeit angereichert oder gespült und von ihr befreit werden. Um den Wärmedurchgang durch die Konstruktion hindurch weiter zu erhöhen, kann mit Hilfe von Aggregaten und Vorrichtungen der Versorgungstechnik die Wärmetransport- und
Speicherflüssigkeit in den Zwischenraum der Konstruktion eingeleitet und mit dieser befüllt werden, was die Wärmedämmung der Gebäudes verringert. Diese Aufgaben des Verfahrens variieren die Entkopplung des
Innenraumklimas mit der Umgebung eines Bauwerks. Das Verfahren wird durch ein Programm gesteuert, welches seinerseits auf die Aggregate und Vorrichtungen der Versorgungstechnik Einfluss nimmt. Dieses
Steuerungsprogramm verarbeitet nach festgelegten Routinen die
Eingangssignale der Messgeräte und Sensoren in Ausgangssignale, die ihrerseits die Komponenten und Elemente der Versorgungstechnik wie Ventile, Pumpen etc. ansteuern.
Die Steuerung des Verfahrens wird bei der Planung des Gebäudes oder der Anlage wie bereits dargelegt auf die interne Nutzung sowie auf die Klimazone ausgerichtet und optimiert. Weiter kann die Steuerung des Verfahrens
Vorhersagen und Modellrechnungen zu Nutzung und Klima, Wetter etc.
einbeziehen. Damit können die einzelnen Zustände energieeffizienter ineinander überführt werden.
Das Verfahren kann mit einem Grundzyklus und dessen Erweiterungen beschrieben werden. Der Grundzyklus beginnt mit dem Evakuieren des Zwischenraumes und des Aufbringen des Vakuums bis zu einem bestimmten, vorgegebenen Wert. Daraufhin wird der Zwischenraum mit Luft, einem
Luftgemisch (enthaltene Feuchtigkeit) oder einem Gas belüftet und
anschließend mit einer Wärmeleitflüssigkeit befüllt. Der Einbring- und
Befüllungsvorgang der Flüssigkeit kann entweder mit Pumpen oder durch Hineinsaugen mittels Vakuum erfolgen. Um wieder in den Ausgangszustand zurückzukehren, wird der Zwischenraum von der Wärmeleitflüssigkeit entleert. Da nach dem Entleeren Restflüssigkeit in Form von Tropfen und
Ansammlungen im Zwischenraum zurückbleibt und diese beim wiederholten Anlegen des Vakuums verdampft/verdunstet, muss zusätzlich eine sog.
Spülroutine ausgeführt werden, um diese Restfeuchtigkeit, die einen
unerwünschten Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit der Konstruktion ausübt, zu entfernen. Dabei wird nach Entleeren der Flüssigkeit aus dem Zwischenraum ein Vakuum nur soweit aufgebracht, damit die restliche Flüssigkeit
verdampft/verdunstet oder zumindest deren Dampfdruck erheblich erhöht wird, um die Restfeuchtigkeit in der Luft zu binden. Das Luft- oder Dampfgemisch wird nun mit Hilfe des drucksteuerbaren Membranspeicherbehälters
(Erweiterung der Versorgungstechnik) unter konstantem Druck ausgetauscht und ausgespült. Dieser Vorgang kann solange wiederholt werden, bis sich der Restfeuchtigkeitsgehalt in der Konstruktion auf einen vorgegebenen Sollwert reduziert hat.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Ausgestaltung des Grundzyklus und dessen Erweiterungen direkt mit der Porengröße des Stützmaterials sowie der Geometrie und Ausgestaltung des Zwischenraums der Konstruktion
zusammenhängt. Damit das System allgemeine physikalische und
bauphysikalische Effekte für den Wärmehaushalt eines Gebäudes ausnutzen kann, wird das Verfahren über den Grundzyklus hinaus erweitert und variiert. Dabei werden folgende physikalische Effekte und Gegebenheiten, die sich innerhalb der Konstruktion sowie deren Exposition in der Umgebung
(Innenraum und Umgebung) ergeben, ausgenutzt: a. Phasenverschiebungen, die aufgrund der Wärmekapazität und der speicherwirksamen Masse des Baustoffs innerhalb der Konstruktion und der verschiedenen Sektoren der Gebäudehülle entstehen. Diese können mit Hilfe der Konstruktionserweiterung (in den Schalen der Konstruktion verlegte Rohre, Umwälzung der Wärmetransportflüssigkeit) abgegriffen, überbrückt oder verstärkt werden. b. Unterschiedliche physikalische Zustände (Temperatur und Druck) und verschiedene Phasen (flüssig, gasförmig) von Stoffen im Stützmaterial oder im Hohlraum der Konstruktion (Luft, Luftgemisch, Gas, Flüssigkeit). c. Phasenübergänge von Stoffen im Stützmaterial oder im Hohlraum der
Konstruktion (Luft, Luftgemisch, Gas, Flüssigkeit). Grundsätzlich wird dabei die Phasenübergangskurve der Stoffe durch das Steuerungsverfahren abgefahren und die resultierenden Wärmebeträge (Latentwärme) der induzierten
Phasenübergänge flüssig - gasförmig für den Wärmehaushalt des Gebäudes ausgenutzt. Der Phasenübergang wird entweder durch einen Temperatur- oder Druckunterschied induziert. d. Die innerhalb der Konstruktion und der verschiedenen Sektoren
entstehenden Gradienten von Temperatur, Druck und Feuchtigkeit. Dies wird hauptsächlich mit der Konstruktionserweiterung (Sektorunterteilung) möglich. e. Die durch das kontrollierte Hineindiffundieren und Entfernen von
Feuchtigkeit in der Konstruktion entstehenden Wärmebeträge. Im Folgenden wird auf die wichtigsten Aspekte des Verfahrens und deren
Erweiterungen in Bezug auf die verschiedenen Konstruktionsausführungen und Erweiterungen der Konstruktion eingegangen:
Wie erwähnt, hängt die Bestimmung des Verfahrens von der Ausgestaltung des Zwischenraumes der Konstruktion ab. Zwei prinzipielle Konstruktionsarten, der Zwischenraum mit einem Stützmaterial oder als Hohlraum ausgebildet, sind möglich. Weiter spielen Porengröße und Geometrie bis hin zur
Ausgestaltung des Hohlraumes eine Rolle. All diese Aspekte haben einen direkten Einfluss, wie das Steuerungsverfahren aufgesetzt wird und somit, wie und welche Wärme- und Feuchtbeträge für den Wärmehaushalt eines
Gebäudes oder einer Anlage ausgenutzt werden können. Im Falle, dass der Zwischenraum der Konstruktion mit einem porösen, offenporigen Stützmaterial ausgebildet ist, bildet sich das Vakuum wie auch die Befüllung mit Luft, einem Gas oder der Wärmeleitflüssigkeit eher langsam aus. Der limitierende Faktor der Zyklusperiode ist die Porengröße des
Stützmaterials. Diese Konstruktionsart bietet sich an, falls der Grundzyklus des Verfahrens eher langsam ausgeführt werden soll und eher Wetter- und
Klimaphasen ausgenutzt werden sollen (Zeitskala: mehrere Tage) sowie speziell die Wärmeleitfähigkeit minimiert werden soll. Im Falle, dass der Zwischenraum der Konstruktion als Hohlraum ausgebildet ist, kann der Grundzyklus des Verfahrens in kürzeren Abständen ausgeführt (Zeitskala: mehrere Stunden) und damit eher Tagesphasen ausgenutzt werden. Der limitierende Faktor der Zyklusperiode ist in diesem Fall die Art und Weise, wie vollständig die Flüssigkeit aus dem Zwischenraum entfernt und entleert werden kann. Es ist klar, dass beim Entleerungsprozess
Flüssigkeitsrückstände und Restfeuchtigkeit im Zwischenraum zurückbleiben, als Tropfen und Ansammlungen in Ecken, an den Distanzhaltern, der Heat- Pipes und der Sektoruntertrennung. Um den Entleerungsprozess
beschleunigen zu können, müssen die Distanzhalter, die Heat-Pipes sowie die Sektorunterteilung in konkaver oder konischer Form ausgeführt sein oder spezielle Löcher enthalten, die die Entleerung begünstigen. Zusätzlich sollte die Oberflächenspannung der Wärmeleitflüssigkeit mit speziellen Zusätzen oder Einwirkungen von außen reduziert werden, was die
Entleerungsgeschwindigkeit ebenfalls erhöhen kann. Diese Konstruktionsart bietet sich an, falls der Grundzyklus des Verfahrens sowie die physikalischen Zustände, Phasen und Phasenübergänge im Zwischenraum in kurzen
Abständen zu erfolgen haben.
Falls der Zwischenraum mit einem geschlitzten, gefalzten, porösen oder offenporigen Stützmaterial oder dergleichen ausgeführt ist, können, je nach Oberflächenbehandlung der Trennschicht zu den Schalen hin, zwei oder mehrere unterschiedliche physikalische Zustände im Zwischenraum induziert werden. Dies einerseits aufgrund der räumlichen Anordnung und der Geometrie sowie anderseits aufgrund der Verzögerungen in der Ausbildung der Zustände. Diese Konstruktionsart bietet sich für spezielle Anwendungen an. Die Erweiterung des Verfahrens bezieht die Erweiterung der Konstruktion (orientierungsabhängige Sektorunterteilung der Gebäudehülle) in den
Steuerungszyklus mit ein. Dabei kann der Grundzyklus sowie dessen
Erweiterungen in den verschiedenen Sektoren unabhängig voneinander ausgeführt werden und die damit resultierenden Wärmebeträge für den
Wärmehaushalt des Bauwerks ausgenutzt werden. Die Ecken und Übergänge innerhalb der Konstruktion werden dabei in geeignetem Maße evakuiert oder belüftet, nicht aber mit der Wärmeleitflüssigkeit befüllt. Sie können allenfalls mit einer unterschiedlichen Konstruktionsart ausgeführt werden. Die Erweiterung des Verfahrens bezieht die Erweiterung der Konstruktion
(Rohrkreislauf in den Schalen) in den Steuerungszyklus mit ein. Grundsätzlich können dabei durch Wärmeübertrag von den Schalen über die Rohre auf die Wärmetransportflüssigkeit beliebige Wärmemengen innerhalb des Gebäudes verschoben und transportiert werden. Einerseits kann damit die Trägheit des Wärmedurchgangs aufgrund der Wärmekapazität des Baustoffs durch die Konstruktion hindurch umgangen oder beschleunigt werden. Anderseits können, je nachdem, wie viel verschiedene Rohrkreisläufe in einem Bauwerk angeordnet sind, zusätzlich verschiedene anfallende Wärmeunterschiede und Temperaturgradienten in den Schalen der Konstruktion für den Wärmehaushalt des Gebäudes ausgenutzt werden.
Werden permeable Rohre verwendet, kann zusätzlich Feuchtigkeit in der Gebäudehülle zu- oder abgeführt werden. Erfolgt dies innerhalb des
Stützmaterials, kann der Wärmedurchgang in demselben erhöht werden.
Erfolgt dies in den Schalen der Konstruktion, können die dadurch
resultierenden Wärmebeträge (Verschiebung der Phasengleichgewichte) abgegriffen und ebenfalls ausgenutzt werden. Die Erweiterung des Verfahrens bezieht die Erweiterung der Konstruktion (Heat-Pipes) in den Steuerungszyklus mit ein. Wie bereits erwähnt, basiert die Funktion der Heat-Pipes auf zwei Niveaus der Wärmeleitflüssigkeit in deren unmittelbaren Umgebung im Zwischenraum. Liegt das Niveau unterhalb oder außerhalb der Heat-Pipe Rohre, ist der Wärmeübertrag durch die
Wärmeleitflüssigkeit entkoppelt, und es besteht kein zusätzlicher
Wärmedurchgang durch die Konstruktion hindurch. Liegt das Niveau der Wärmeleitflüssigkeit nun oberhalb oder innerhalb der Heat-Pipe Rohre, entsteht eine passive Kopplung des Wärmedurchgangs durch den
Wärmeübertrag innerhalb der Flüssigkeit von einem Rohr zum anderen und somit ein erhöhter Wärmedurchgang durch die Konstruktion hindurch. Durch die spezielle Anordnung der Heat-Pipes innerhalb der Konstruktion und der einzelnen Sektoren kann durch das Befüllen der Zwischenräume mit der Wärmeleitflüssigkeit der Wärmedurchgang beliebig beeinflusst und gesteuert werden. Die resultierenden Effekte und Wärmebeträge können für den Wärmehaushalt des Bauwerkes ausgenutzt werden.
Die Ausführungen zum weiteren Ausbau des Konzepts der Heat-Pipes im Abschnitt Konstruktion zeigen auf, wie das Steuerungsverfahren um eine Vielzahl von Möglichkeiten erweitert werden kann.
Die Erweiterung des Verfahrens bezieht die Erweiterung der
Versorgungstechnik (Überströmen der inneren Oberflächen der Schalen mit einer Flüssigkeit) in den Steuerungszyklus mit ein. Dabei kann ohne erhöhten Wärmedurchgang durch die Konstruktion hindurch der Wärmebetrag der inneren Oberflächen der Schalen abgegriffen, wegtransportiert und für den Wärmehaushalt des Gebäudes ausgenutzt werden. Diese Wärmebeträge könnten auch über den Rohrkreislauf ausgetauscht werden. Im vorliegenden Fall kann jedoch zusätzlich bei gezielter Steuerung des Vakuums die resultierende Verdampfungs- oder Kondensationswärme an der Trennschicht im Zwischenraum zu den Schalen für den Wärmehaushalt des Gebäudes ausgenutzt werden. Die Erweiterung des Verfahrens bezieht die Erweiterung der Versorgungstechnik (Kopplung von Wärmetauschern im Zwischenraum an WP und Gebäudetechnik) in den Steuerungszyklus mit ein. Das Verfahren steuert in diesem Falle die Kopplung an externe Heiz- und Kühlsysteme
(Wärmepumpen, Anlagen und Maschinen). Dabei kann eine spezielle
Kühlflüssigkeit, entweder in den Rohren des Rohrkreislaufs oder direkt im Zwischenraum der Konstruktion, für den Austausch der Wärmebeträge ausgenutzt werden. Die Vielzahl an Freiheitsgraden des Systems, die sich durch verschiedene
Konstruktionsarten und Versorgungstechnikkomponenten ergeben, können mit dem Steuerungsverfahren beliebig zusammengefasst und untereinander gekoppelt werden, was dann in einer einzelnen Erweiterung des Verfahrens resultiert. Nebst dem Grundzyklus und dessen Erweiterungen können verschiedene Steuerungsmodi definiert werden. Diese bestehen grundsätzlich aus einem Wärmedämm- und einem Wärmeaustauschmodus. Dabei wird durch das Steuerungsverfahren im einzelnen Fall die Wärmedämmung oder der Wärmeaustausch der Gebäudehülle erhöht. Das Ziel ist die Steuerung und Veränderung der U-Wertbandbreite. Weiter bietet sich eine sog. Spülroutine an, die in einem aktiven Prozess die Feuchtigkeit aus dem Zwischenraum entfernt. Einerseits kann es sich um Feuchtigkeit im Zwischenraum der Konstruktion handeln, die aufgrund von Kondenswasser entstanden ist, oder durch Flüssigkeitsrückstände der Wärmeleitflüssigkeit, die vorgängig aus dem Zwischenraum entfernt wurde, bestehen. Das Steuerungsverfahren tauscht in diesem Fall Luft oder ein Gas im Zwischenraum der Konstruktion aus. Dabei werden drucksteuerbare Membranspeicherbehälter (Erweiterung der
Versorgungstechnik) im Zusammenhang mit speziell gesteuerten Ventilen benötigt, die das Luft- oder Gasvolumen unter konstanten Druckbedingungen austauschen können.
Die Wärmeleitflüssigkeit, die für die Befüllung des Zwischenraums
Verwendung findet, sowie die Wärmetransportflüssigkeit, welche im Rohrkreislauf in den Schalen der Konstruktion verwendet wird, können aus derselben oder aber auch aus unterschiedlichen Flüssigkeiten bestehen.
Die Konstruktion, die Versorgungstechnik sowie das Steuerungsverfahren bilden Teile des Gebäudes als System. Die verschiedenen Erweiterungen der Konstruktion, der Versorgungstechnik sowie des Steuerungsverfahrens bilden Systemfreiheitsgrade, welche miteinander gekoppelt, gegeneinander ausgenutzt oder untereinander zusammengeschlossen werden können. Auf diese Weise kann das System der Dynamischen Wärmedämmung und Wärmeaustausch von Bauwerken und Anlagen auf die verschiedensten Weisen resultierende Effekte für den Wärmehaushalt ausnutzen.
Das hier vorgestellte System wird vor der Planung durch eine Validation und Systemauslegung energietechnisch optimiert. Die zu betrachtenden Grössen sind Nutzung und Klimaexposition des Gebäudes einerseits mit der
Bestimmung der nötigen Zustände und Steuerzyklen sowie anderseits die angestrebte U-Wert Bandbreite, welche, abhängig von der Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Konstruktionsteile, durch die Relation von Porengrösse des Stützmaterials im Zwischenraum (bis zur Ausgestaltung als Hohlraum) und innerem Druck bestimmt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer zweischaligen Gebäudewand,
Fig. 2 eine weitere teilweise geschnittene perspektivische
Darstellung einer zweischaligen Gebäudewand,
Fig. 3 eine weitere teilweise geschnittene perspektivische
Darstellung einer zweischaligen Gebäudewand, Fig. 4 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer zweischaligen Gebäudewand gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer zweischaligen Gebäudewand gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer zweischaligen Gebäudewand gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 eine schematische Querschnittsdarstellung einer
Gebäudehülle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 8 eine schematische Querschnittsdarstellung einer
Gebäudehülle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
Fig. 8 a eine vereinfachte schematische Querschnittsdarstellung der Ausführungsform der Gebäudehülle gemäß Fig. 8
Fig. 8 b eine schematische Querschnittsdarstellung einer
Gebäudehülle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
Fig. 8 c eine schematische Querschnittsdarstellung einer
Gebäudehülle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schematische Darstellungen zur Illustration von
Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. ein schematischer Ausschnitt eines Querschnitts einer Gebäudehülle während der Herstellung ein schematischer Ausschnitt eines Querschnitts der Gebäudehülle in einer alternativen Herstellung verschiedene schematische Darstellungen von Dichtungen schematische Darstellung eines Ausschnitt eines
Querschnitts einer Gebäudehülle schematische Darstellung eines Ausschnitts eines
Querschnitts einer Gebäudehülle.
Weg zur Ausführung der Erfindung Fig. 1 bis 3 zeigen schematisch in teilweise geschnittenen
Querschnittsdarstellungen jeweils eine zweischalige Gebäudehülle 10, 20 bzw. 30, die jeweils eine erste und zweite Wandschale 1 1 a, 1 1 b; 21 a, 21 b bzw. 31 a, 31 b mit vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen, die einen
Zwischenraum 13, 23 bzw. 33 zwischen sich einschließen. In der dargestellten Ausführung der Wandschalen weisen diese jeweils eine Bewehrung auf, die lediglich in Fig. 2 mit den Ziffern 21 c, 21 d gesondert bezeichnet ist. Bei der Gebäudehülle 10 nach Fig. 1 ist der Zwischenraum 13 mit einem porösen, offenporigen Dämm- oder Stützmaterial 15 ausgefüllt, welches auch in Plattenform eingebracht und dann zugleich eine Abstützfunktion hinsichtlich der Wandschalen 1 1 a, 1 1 b haben kann. Bei der Gebäudewand 20 nach Fig. 2 ist der Zwischenraum 23 im Wesentlichen leer, abgesehen von einer Vielzahl von Distanzhaltern 25, die die Wandschalen 21 a, 21 b auf über die
Abmessungen der Gebäudewand konstantem Abstand halten. Die
Gebäudewand 30 nach Fig. 3 enthält im Zwischenraum 33 geschlitzte oder gefälzte Platten 35 aus porösem, offenporigen Stützmaterial.
In den Figuren 4 bis 6 sind jeweils schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei von den oben beschriebenen Konstruktionen gemäß Fig. 2 ausgegangen wird und die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet. Im Zwischenraum 23 der Konstruktion sind gemäß Fig. 4 verschiedene Abschnitte durch Trennwände 27 voneinander fluiddicht abgetrennt, und die einzelnen (nicht gesondert bezeichneten) Abschnitte sind mit separat steuerbaren Rohrleitungen 28 zum Ein- oder Ausbringen eines Fluids und zur Steuerung des Wärmedurchgangs oder Wärmetransports durch die Gebäudehülle 20A in jedem der Abschnitte versehen.
Fig. 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Gebäudehülle 20B, bei der beide Wandschalen zu thermisch steuerbaren oder, etwa als
Wärmekollektoren, nutzbaren Wandschalen 21 a', 21 b' modifiziert sind, in denen Rohrschlangen 28' zum Hindurchleiten einer Heiz- oder Kühlflüssigkeit angeordnet sind. Fig. 6 zeigt eine Gebäudehülle 20c, in der eine Vielzahl von jeweils einem Distanzelement 25 zugeordneten, voneinander beabstandeten Wärmerohren 29 angeordnet ist, die zwischen den beiden (durch das
Vorsehen von Mitteln zur Anbringung der Wärmerohre modifizierten)
Wandschalen 21 a", 21 b" verlaufen und denen an der Wand-Innenseite jeweils eine Dichtungs- und Befestigungsrosette 29a und auf der Außenoberfläche der äußeren Schale 21 a" jeweils ein Wärmekollektorelement 29b zugeordnet ist. Fig. 7 und 8 zeigen, jeweils in gegenüber den Prinzipskizzen nach Fig. 4 bis 6 etwas detaillierteren Querschnittsdarstellungen, weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt einer Gebäudewand 70 des in Fig. 2 gezeigten Grundtyps, also einen zweischaligen Wandaufbau mit Distanzhaltern.
Angesichts der größeren Detailliertheit dieser Darstellung wird hier nicht auf die Bezugsziffern von Fig. 2 zurückgegriffen, sondern die beiden Wandschalen sind mit Ziffer 71 bzw. 72 bezeichnet, der zwischen ihnen gebildete, im
Wesentlichen leere Zwischenraum mit Ziffer 73 und der Distanzhalter mit Ziffer 74. Beide Wandschalen 71 , 72 umfassen jeweils eine Bewehrung 71 a, 72a, in einem Baustoff 71 b, 72b, Innenbeschichtung 71 c, 72c und schließlich eine äußere Schalung oder Gussform 71 d, 72d. im Bereich des Distanzhalters sind auf dem jeweiligen Wandkern Verankerungskörper 74a, 74b angebracht, und der Distanzhalter und die Verankerungskörper sind von einem Schalungsanker 75 durchdrungen, der beidseits mit je einer Spannmutter 75a, 75b fixiert ist. Im Bereich des Distanzhalters 74 sind einerseits ein normaler O-Ring 76a und andererseits ein unter äußerer Energieeinwirkung (Wärme, Strahlung o. ä.) volumen-vergrößerndes Dichtelement 76b zur Abdichtung des
Zwischenraumes 73 nach innen und außen im Bereich der Durchdringung der Schalen 71 , 72 durch den Schalungsanker 75 dargestellt.
Funktion, technische Realisierungsmöglichkeiten und Vorteile der vorstehend kurz beschriebenen Gebäudewandkonstruktion sind weiter oben genauer erläutert und Gegenstand der anhängenden Ansprüche und werden daher hier nicht nochmals detailliert beschrieben. Wie oben genauer erläutert, kann bei nachlassender oder aufgrund relevanter Zustandsgrößen nicht mehr hinreichend gegebener Dichtwirkung des Dichtelementes 76b diese
Dichtwirkung durch äußeren Energieeintrag wieder auf das erforderliche Maß gebracht werden.
Fig. 8 zeigt eine weitere zweischalige Gebäudehülle 80. Dieser Aufbau ähnelt grundsätzlich demjenigen der Gebäudewand 20C nach Fig. 6, auch hier wird bei der Zuweisung von Bezugsziffern jedoch keine Bezugnahme auf Fig. 6 angestrebt. Zwei Wandschalen 81 , 82, die einen Zwischenraum 83 zwischen sich einschließen, sind auch hier durch Distanzhalter 84 in definiertem Abstand gehalten. Die Wandschalen 81 , 82 weisen jeweils wieder eine Bewehrung 81 a, 82a im Baustoff 81 b, 82b auf und haben innenseitig jeweils eine Trenn-
Beschichtung 81 c, 82c. Im Bereich des Distanzhalters, und diesen umgebend, ist eine aus einem etwas engeren Innenrohr 85a und einem zu diesem konzentrischen, etwas weiteren Außenrohr 85b bestehende Heat-Pipe 85 vorgesehen. Das Innen- und Außenrohr 85a, 85b der Heat-Pipe 85
durchsetzen jeweils die gesamte Dicke der Wandschale 82 bzw. 81 , in der sie angeordnet sind, und ragen einander überlappend in den Innenraum 83.
Jedes der Teilrohre 85a, 85b ist auf der jeweiligen Wandaußenseite der Schale 82 bzw. 81 mit einem Wärmekollektor 85c bzw. 85d versehen. Innenseitig ist jedem der Teilrohre 85a, 85b eine Rosette 85e bzw. 85f zugeordnet, und jede Dichtungs- und Befestigungsrosette ist gegenüber der angrenzenden
Innenwandbeschichtung der jeweiligen Wandschale mit einer volumenvergrößernden Dichtung 85g bzw. 85h der im vorstehenden Abschnitt erwähnten Art und Funktion versehen. Auch die bereits in Fig. 7 gezeigten Dichtungen (O-Ring bzw. volumen-vergrößernde Dichtung) am Distanzhalter gibt es bei dieser Ausführung; sie sind hier mit Ziffer 84a bzw. 84b bezeichnet.
Fig. 8 a ist eine vereinfachte Darstellung der Ausführungsform gemäß Figur 8 zur weiteren Erläuterung der wesentlichen Merkmale.
Die Teilrohre 85a, 85b sind (in einem vorbestimmten Abstand) konzentrisch angeordnete und ineinander geführte Rohre. Wie man Fig. 8a entnehmen kann berühren sich die Teilrohre 85a und 85b nicht und ragen nur zu einem gewissen Teil in den Zwischenraum 83 hinein. Die Teilrohre 85a, 85b können aus einem gut wärmeleitenden Material wie Aluminium, Kupfer oder
Chromstahl gefertigt sein. Die Wärmekollektoren 85c, 85b (vorzugsweise gefertigt aus einem wärmeleitenden Blech) sind an der Außenseite der
Konstruktion angeordnet und stehen im direkten Austausch mit der unmittelbaren Umgebung und können die Wärme von direkter Sonneneinstrahlung an das mit ihnen verbundene, in die Schalen und den Zwischenraum x 82 hineinragende Teilrohr weiterleiten. Solange der
Zwischenraum 82 evakuiert ist, besteht keine wärmeleitende Verbindung zwischen den Teilrohren 85a, 85b. Wird nun der Zwischenraum 83 mit einer Wärmeleitflüssigkeit befühlt, entsteht dadurch ein erhöhter Wärmeübertrag von einem Teilrohr 85a auf das andere Teilrohr 85b. Dadurch wird eine passive Wärmebrücke innerhalb der Konstruktion gebildet und der Wärmedurchgang (erheblich) erhöht. Insgesamt überbrückt die Heat-Pipe 85 den Zwischenraum 83 zwischen den Wandschalen 81 , 82 und insbesondere den Trennschichten 81 bzw. Beschichtungen 81 c, 82c. Wird die Wärmeleitflüssigkeit nun wieder aus dem Zwischenraum 83 entleert, entfällt die zusätzliche Wärmeübertragung innerhalb der Konstruktion. Da sich die Teilrohre 85a, 85b nicht berühren, liegt auch keine Wärmebrücke innerhalb der Konstruktion mehr vor (bei entleertem Zwischenraum 83).
Die Funktion der Teilrohre 85a, 85b ist also abhängig von zwei Niveaus einer Wärmeflüssigkeit im Zwischenraum 83. Liegt das Niveau unterhalb der
Teilrohre 85a, 85b (bzw. der Heat-Pipe 85) besteht keine erhöhte
Wärmeleitung. Liegt das Niveau oberhalb der Heat-Pipe 85 liegt eine erhöhte Wärmeleitung vor.
Der Distanzhalter 84 kann in Verbindung mit der Heat-Pipe 85 ausgeführt sein. Die Figur 8b zeigt eine alternative Ausführung einer Gebäudehülle.
Grundsätzlich ist die Ausführungsform gemäß Figur 8b wie die
Ausführungsform gemäß Figur 8a ausgebildet. Zusätzlich ist um die Teilrohre 85a, 85b eine Trennwand 86 vorgesehen. Die Trennwand 86 ist im konkretem Fall (andere Strukturen sind möglich) als ein Zylinder um die Heat-Pipe 85 herum ausgebildet. Die Trennwand 86 ist an Dichtungs- und
Befestigungsrosetten 85e, 85f befestigt und wird durch diese abgedichtet. Die (zylindrische) Trennwand 86 definiert ein Flüssigkeitsreservoir 87, in das Wärmeflüssigkeit eingebracht werden kann (und wieder entfernt werden kann). Ein Querschnitt der Trennwand 86 ist doppel-S-förmig. Im konkreten
Ausführungsbeispiel kann die Trennwand 86 einen zentralen Abschnitt aufweisen, der gegenüber Randabschnitten radial nach innen versetzt ist. Figur 8c zeigt eine weitere Ausführungsform einer Gebäudehülle. Diese
Ausführungsform weist grundsätzlich die Struktur der Ausführungsform gemäß Figur 8b, insbesondere betreffend die Trennwand 86 auf. Die Heat-Pipe 85 ist jedoch unterschiedlich zur Ausführungsform gemäß Figur 8b ausgebildet. In der Ausführungsform gemäß Figur 8c umfasst das Teilrohr 85a einen Teilrohr- Abschnitt 85a1 und einen Teilrohr-Abschnitt 85a2, der (konzentrisch) um den Teilrohr-Abschnitt 85a1 angeordnet ist. Die Teilrohr-Abschnitte 85a1 , 85a2 ragen jeweils in den Zwischenraum 83 hinein und sind (teilweise) innerhalb von Teilrohr-Abschnitten 85b1 , 85b2 des zweiten Teilrohrs 85b angeordnet. Ein Abstand zwischen den Teilrohr-Abschnitten 85a1 sowie 85b1 und 85a2 sowie 85b2 wird durch Dichtelemente 86a abgedichtet, so dass die Teilrohre 85a, 85b fluiddicht miteinander verbunden sind. In dem Teilrohr-Abschnitt 85b2 ist eine Flüssigkeitspumpe 88 vorgesehen, die einen Flüssigkeitskreislauf gemäß den Pfeilen in Figur 8c realisiert.
Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 8a, 8b nutzen eine passive Wärmeleitung. Die Ausführungsform gemäß Figur 8b ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Zwischenraum 83 evakuiert ist oder mit einer porösen, offenporigen Dämm-/Stützmaterial aufgefüllt ist.
Die Ausführungsform gemäß Figur 8c arbeitet mit aktiver Wärmeleitung. Dabei wird Flüssigkeit innerhalb der Heat-Pipe 85 vom Wärmekollektor 85c über die doppelwandige Ausführung der Heat-Pipe 85 durch die Konstruktion hindurch zum Wärmekollektor 85d transportiert (und über die Teilrohr-Abschnitte 85b1 und 85a1 in umgekehrter Richtung). Fig. 9 zeigt schematisch in Art eines einfachen Flussdiagramms, als
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, einen Ablauf zur Erreichung eines verwendeten bzw. erhöhten Wärmeaustauschs durch eine Gebäudehülle der oben beschriebenen Art.
Der Zwischenraum der Konstruktion besitzt eine bestimmte Ausgestaltung (poröses, offenporiges Stützmaterial - Hohlraum) und eine bestimmte
Geometrie, welche durch die Klimazone und Nutzung gegeben ist. Er ist in einzelne Sektoren unterteilt. Der Schritt„Ausgangszustand" gleicht die physikalischen Bedingungen im Zwischenraum entweder mit der
Außenumgebung oder mit dem Innenraum aus. Man kann dies auch als „Belüften" bezeichnen. Der Ausgangszustand kann auch innerhalb der Prozessabfolge eingefügt werden, um den Zwischenraum für die
nachfolgenden Prozesse vorzubereiten.
Der Schritt„Vakuum anlegen" senkt den Druck im Zwischenraum mittels einer Vakuumpumpe oder durch Druckausgleich mit einem Speicher- oder drucksteuerbaren Membranspeicherbehalter bis zu einem vorgegebenen Wert ab. Je nach Feuchtigkeitsgehalt der enthaltenen Luft oder des Gases, kann durch den Schritt„Vakuum anlegen" der Phasenübergang flüssig-gasförmigflüssig induziert werden. Der Schritt„Wärmeleitmedium einbringen" befüllt mittels Pumpen, durch Druckausgleich mit einem Speicher- oder
drucksteuerbaren Membranspeicherbehälter oder durch„Hineinsaugen" durch das Vakuum den Zwischenraum mit dem Wärmeleitmedium. Dieses kann Luft mit einem vorbestimmten Feuchtigkeitsgehalt, ein Gas oder eine Flüssigkeit sein.
Der Schritt„Wärmeleitmedium leeren" entleert den Zwischenraum mittels Pumpen, durch Druckausgleich mit einem Speicher- oder drucksteuerbaren Membranspeicherbehälter oder durch Absaugen mittels eines weiteren
Schrittes„Vakuum anlegen" vom Wärmeleitmedium. Im letzeren Fall schießt sich ein Schritt des Belüftens der Gebäudehülle an. Anschließend wird in einem Entscheidungs-Schritt„Zyklus wiederholen?" anhand des im Zustand der Gebäudehülle mit einem gefüllten Wärmeleitmedium erzielten
Wärmeaustauschs einerseits und der bestehenden Sollgrößen und etwa erfasster zusätzlicher Parameter andererseits entschieden, ob und ggfs. zu welchem Zeitpunkt der Zyklus zu wiederholen ist. Falls hierzu keine
Notwendigkeit besteht, ist der Ablauf beendet; ansonsten wird zum Schritt „Vakuum anlegen" zurückgesprungen.
Fig. 10 zeigt in analoger Weise den Ablauf einer Spülroutine, mit der der Zwischenraum der Gebäudehülle bei konstantem Druck von Feuchtigkeit oder Restgas aus einem vorangehenden Prozessablauf befreit wird und die an verschiedenen geeigneten Punkten in Prozessabläufe eingefügt werden kann.
Der Ablauf beginnt mit einem Schritt des Bestimmens der Restfeuchte im Zwischenraum und des Vergleichens mit einem Sollwert, in dessen Ergebnis entschieden wird, ob eine Spülroutine auszuführen ist. Ist dies der Fall, folgt ein Schritt„Vakuum anlegen" (wie im vorangehenden Prozess beschrieben). Der Schritt„Ausspülen" tauscht das Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsvolumen im Zwischenraum bei vorgegebenen, konstanten Druckbedingungen aus. Dies wird z.B. mit Hilfe von vorgängig evakuierten oder auf bestimmte
Druckverhältnisse vorbereiteten Membranspeicherbehältern ausgeführt, die das Volumen im Zwischenraum ein-, zwei- oder mehrfach unter konstantem Druck austauschen. Dabei wird eine Druckdifferenz zwischen
Umgebungsbedingungen, Membranspeicherbehältern und Zwischenraum erzeugt. Eine Vakuumpumpe kann zusätzlich benötigte Luft- oder Gasvolumina bereitstellen. Mit diesem Schritt wird ein Ausgangszustand erreicht, in dem der bereits anfangs durchgeführte Mess- und Vergleichsschritt nochmals ausgeführt wird. Erforderlichenfalls wird der Zyklus anschließend nochmals durchlaufen. Fig. 1 1 zeigt einen gegenüber in Fig. 9 etwas komplexeren Prozessablauf, in dem zu Beginn eine Entscheidung für eine der verfügbaren Optionen „Wärmedurchgang verringern?" oder„Wärmedurchgang erhöhen?" getroffen wird. Beide sich in Abhängigkeit von der getroffenen Entscheidung anschließenden Sub-Routinen sind hier etwas vereinfacht dargestellt, und die Darstellung ist aufgrund der Beschriftung im Wesentlichen selbst-erklärend. In der Figur ist auch vermerkt, dass an bestimmten Stellen zweckmäßigerweise eine Spülroutine der in Fig. 10 skizzierten Art eingefügt werden kann.
Die Darstellungen in den Flussdiagrammen sind stark vereinfacht und widerspiegeln nicht die in der Praxis wesentlich komplexeren Abläufe, die sich unter Einfluss verschiedener Mess- und Vergleichsschritte und hierauf beruhender Zwischen-Entscheidungen bzw. durch partielle Druckabsenkungen oder -erhohungen ergeben können. Derartige Ausgestaltungen liegen aber im Rahmen fachmännischen Handelns und bedürfen hier keiner genaueren Beschreibung.
Die Figuren 12 und 13 zeigen Ausschnitte eines Querschnitts einer
Gebäudewand während der Herstellung. In Fig. 12 ist ein Zwischenraum 1 mit einem porösen, offenporigen Dämm-/Stützmaterial 15 ausgefüllt. Ein
Zusatzmittel 12 dient der Ausbildung einer Trennschicht. Das Zusatzmittel 12 weist eine geringere Dichte als der Baustoff (z. B. Beton) 3 auf und härtet vergleichsweise schnell aus. Aufgrund seiner geringen Dichte bleibt das Zusatzmittel 12 oberhalb des Baustoffes 3. Das Zusatzmittel 12 durchdringt eine Armierung 4, so dass sich eine Trennschicht 18 in dem Zwischenraum 1 ausbildet. Mit dem Bezugszeichen 5 ist eine Schalung bzw. Gussform gekennzeichnet. Das Dämm-/Stützmaterial kann mehrere Platten umfassen, die über einen Stoß 16 nebeneinander angeordnet sind. Optional kann eine Luftleitung 17 (als Aussparung im Dämm-/Stützmaterial) vorgesehen sein. Die Trennschicht 18 bildet eine Flächenabdichtung zwischen den im
Zwischenraum 1 der zweischaligen Konstruktion ausgeführten Dämm- /Stützmaterial und dem Baustoff 3. In Fig. 13 ist der Zwischenraum 1 als Hohlraum ausgebildet. Am
Armierungsgitter 4 liegt ein feinmaschiges Vlies 2 an. Wenn der Baustoff 3 (in seiner fließfähigen Phase) in Kontakt mit einer Stützflüssigkeit bzw. einem Granulat (versetzt mit abbindebeschleunigendem Zusatz 8) kommt, verfestigt er sich vergleichsweise schnell. Die Flüssigkeit 8 wird bei der Herstellung mit derselben Geschwindigkeit wie der fließfähige Baustoff 3 eingebracht, so dass sich ein Flüssigkeitsniveau 9 der Stützflüssigkeit bzw. des Granulats 8 ein wenig unterhalb des Niveaus 10 des Baustoffs 3 befindet. Mit dem
Bezugszeichen 6 ist ausgehärteter Baustoff gekennzeichnet, der das Vlies 2 durchdrungen hat. Das Bezugszeichen 7 kennzeichnet eine Spiegelebene der Abbildung gemäß Fig. 13. Mit dem Bezugszeichen 5 ist eine Schalung bzw. Gussform gekennzeichnet. Fig. 14a zeigt verschiedene schematische Querschnitte von Dichtungen, deren Volumen geändert werden kann. Die schematische Darstellung unter (a) in Fig. 14a zeigt eine Dichtung 85g, deren Volumen durch Wärmeeinwirkung über Wärmeleitbleche 141 , 142 vergrößert werden kann. Das Wärmeleitblech 141 ist beispielsweise ein Wärmeleitblech, das mit der Außenseite verbunden ist. Wärmeleitblech 142 ist beispielsweise ein Wärmeleitblech, das zur
Sektorunterteilung im inneren der Konstruktion vorgesehen ist. Gemäß der Ausführungsform nach (b) in Fig. 14a wird das Volumen der Dichtung 85g durch eine Wärmeeinwirkung vergrößert, das aus der Erhitzung eines elektrischen Leiters 143 im inneren der Dichtung 85g resultiert. Unter (c) in Fig. 14a wird die Dichtung 85g durch Einwirkung einer Chemikalie vergrößert, die innerhalb eines (permeablen) Rohrs 144 enthalten ist. Das Rohr 144 ist innerhalb der Dichtung 85g vorgesehen. Unter (d) in Fig. 14a wird das
Dichtungsmaterial durch die Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung (mit einer vorbestimmten Wellenlänge) vergrößert.
Fig. 14b zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Gebäudehülle mit mehreren Dichtungen 85g. Wie aus Fig. 14b entnommen werden kann, sind die Wärmeleitbleche 141 , 142 gegeneinander über eine Dichtung 85g abgedichtet. Weitere Dichtungen 85g sind zwischen Dichtungsrosette 85e und Bewehrung 82a vorgesehen. Noch weitere Dichtungen 85g sind am
Wärmekollektor 85c sowie dem Wärmeleitblech 141 angeordnet. Fig. 14c zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Gebäudewand mit einer Dichtung 85g (beispielsweise für eine Sektorunterteilung) in einem Fall, bei dem der Zwischenraum 83 mit einem porösen, offenporigen Dämm- /Stützmaterial ausgefüllt ist.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten Beispiele und Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
Bezugszeichenliste
2 Vlies
5 Schalung bzw. Gussform
6 ausgehärteter Baustoff
7 Spiegelebene
8 Stützflüssigkeit bzw. Granulat
9 Flüssigkeitsniveau
10 Flüssigkeitsniveau
10; 20; 30; 70; 80 Gebäudehülle bzw. -wand 1 1 a, 1 1 b; 21 a, 21 b; 21 a', 21 b'; 21 a"; 21 b",
31 a, 31 b; 71 , 72; 81 , 82 Wandschale
1 ; 13; 23; 33; 73; 83 Zwischenraum
15 poröses, offenporiges Material
16 Platten stoß
17 Luftleitung
4; 21 c, 21 d, 71 a, 72a, 81 a, 82a Bewehrung
25; 74; 84 Distanzhalter
27 Trennwand
28; 28' Rohrleitung
29; 85 Wärmerohr 9a; 85e, 85f Dichtungs- und
Befestigungsrosette
9b; 85c, 85d Wärmekollektorelement5 geschlitzte oder gefalzte Platte; 71 b, 72b; 81 b, 82b Baustoff
8;71 c, 72c; 81 c, 82c Innen- bzw. Trennbeschichtung1 d, 72d Gussform
4a, 74b Verankerungskörper
5a, 75b Spannmutter
6a, 76b; 84a, 84b, 85g, 85h O-Ring, Dichtelement
5a Innenrohr (Wärmerohr)5b Außenrohr (Wärmerohr)6 Trennwand (Zylinder)
6 a Dichtelement
7 Flüssigkeitsreservoir
8 Flüssigkeitspumpe

Claims

Patentansprüche
1 . Gebäudehülle (10; 20; 30; 70; 80), insbesondere Gebäudewand, Boden und/oder Dach, eines Gebäudes mit mindestens zwei voneinander
beabstandeten Schalen (1 1 a, 1 1 b; 21 a, 21 b; 21 a', 21 b'; 21 a", 21 b"; 31 a, 31 b; 71 , 72; 81 , 82), die einen mit Ausnahme von Trage- und/oder
Gebäudetechnikelementen im Wesentlichen leeren oder mindestens
abschnittsweise mit porösem, offenporigem Material gefüllten, gegenüber dem Außen- und Innenbereich des Gebäudes abgedichteten Zwischenraum (13; 23; 33; 73; 83) zwischen sich einschließen, und Fluidzuführungs- und - abführungsmitteln (28; 28') zur gesteuerten Zuführung und Abführung eines den Wärmedurchgang durch die Gebäudehülle beeinflussenden oder einen Wärmetransport in die bzw. aus der Gebäudehülle bewirkenden Fluids in den bzw. aus dem Zwischenraum,
wobei der Zwischenraum in Gebäudehüllen-Abschnitte unterteilt ist und den Abschnitten separat steuerbare Fluidzuführungs- und -abführungsmittel zur abschnitts-selektiven Steuerung des jeweiligen Wärmedurchgangs zugeordnet und die Gebäudehüllen-Abschnitte fluiddicht voneinander getrennt (27) sind und/oder die separat steuerbaren Fluidzuführungs- und -abführungsmittel zur abschnitts-selektiven Steuerung des Wärmetransports ausgebildet sind.
2. Gebäudehülle nach Anspruch 1 , wobei den getrennten Gebäudehüllen- Abschnitten Sensor- und/oder Eingabemittel zur Erfassung oder Eingabe abschnitts-spezifischer Werte einer wärmetechnisch relevanten
Zu Standsgröße, insbesondere einer gemessenen oder abgeschätzten
Außentemperatur und/oder Sonnenlichtintensität und/oder eines
Feuchtgehaltes und/oder Innenraum-Solltemperatur, am jeweiligen Abschnitt zugeordnet sind, die mit Steuermitteln der Fluidzuführungs- und - abführungsmittel eingangsseitig verbunden sind.
3. Gebäudehülle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fluidzuführungs- und -abführungsmittel (28; 28') Gas- oder Luftpumpen zum wahlweisen Erzeugen von Unterdruck, -Überdruck oder Normaldruck im Zwischenraum des jeweiligen Abschnitts und optional ein Gas- oder Luftreservoir aufweisen.
4. Gebäudehülle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fluidzuführungs- und -abführungsmittel (28; 28') Flüssigkeitspumpen und ein Flüssigkeitsreservoir zum wahlweisen Befüllen des Zwischenraums der Abschnitte mit einer Wärmeleitflüssigkeit oder zu deren Abpumpen aufweisen.
5. Gebäudehülle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Zwischenraum (23) und/oder mindestens einer der Schalen (21 a', 21 b') ein Rohrleitungssystem (28; 28') zum Durchleiten einer Wärmetransportflüssigkeit vorgesehen ist, welches abschnitts-spezifisch dimensioniert ist und/oder abschnitts-spezifische Flusssteuermittel zur Steuerung des Flusses der Wärmetransportflüssigkeit aufweist.
6. Gebäudehülle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Gebäudehüllen-Abschnitte die unterschiedlichen Himmelsrichtungen zugeordneten Wände oder Dach-Abschnitte und/oder Wände oder Böden von Räumen mit unterschiedlicher Funktion bestimmt sind.
7. Gebäudehülle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schalen (21 a, 21 b; 21 a', 21 b'; 21 a", 21 b"; 71 , 72; 81 , 82) durch eine Vielzahl vom einzelnen Abstandshaltern (25; 74; 84) gegeneinander abgestützt sind, die von dem den Wärmedurchgang beeinflussenden Fluid umspülbar sind und optional in das poröse, offenporige Material eingebettet sind.
8. Gebäudehülle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fluidzuführungs- und -abführungsmittel (28; 28') fluid-permeable
Rohrabschnitte aufweisen, die zum Rohrwandungs-Durchtritt des den
Wärmedurchgang beeinflussenden oder den Wärmetransport bewirkenden Fluids ausgebildet sind.
9. Gebäudehülle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im
Zwischenraum 13; 23; 33; 72; 83) den Fluidzuführungs- und - abführungsmitteln zugeordnete, insbesondere an Fluidleitungen angebrachte, Wärmetauschermittel vorgesehen sind.
10. Gebäudehülle nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei im Zwischenraum eine Vielzahl von Wärmerohren (29; 85) angeordnet ist, die mit einem Wärmekollektor (29b; 85d) auf der dem Außenbereich zugewandten Schale (21 a"; 81 ) verbunden sind und im Zwischenraum enden.
1 1 . Gebäudehülle nach Anspruch 10, wobei mindestens ein Teil der Wärmerohre (29; 85) mit Mitteln zur Oberflächenvergrößerung, insbesondere Wärmeleitblechen, Rippen, einer Wellenstruktur oder dergleichen, versehen sind.
12. Gebäudehülle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei steuerbare Dichtmittel (76b; 84b) zur Abdichtung gegenüber dem Außen- und Innenbereich und optional getrennter Gebäudehüllen-Abschnitte voneinander vorgesehen sind.
13. Gebäudehülle nach Anspruch 12, wobei als steuerbare Dichtmittel (76b; 84b) solche vorgesehen sind, die ihr Volumen und/oder ihre Form unter Einwirkung von Wärme, elektromagnetischer Strahlung oder Chemikalien oder mechanischen Kräften in kontrollierter Weise ändern.
14. Verfahren zur Steuerung der Innentemperatur in einem Gebäude, insbesondere mit einer Gebäudehülle nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei mittels Fluidzuführungs- und -abführungsmitteln (28; 28') zur gesteuerten Zuführung und Abführung eines Fluids in die bzw. aus der Gebäudehülle deren Wärmedurchgang gesteuert oder ein gesteuerter
Wärmetransport in die bzw. aus der Gebäudehülle bewirkt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Fluidzuführungs- und
-abführungsmittel (28; 28') im Ansprechen auf, insbesondere an der
Gebäudehülle, erfasste oder eingegebene Werte einer wärmetechnisch relevanten Zustandsgröße, insbesondere einer gemessenen oder
abgeschätzten Außentemperatur und/oder Sonnenlichtintensität und/oder eines Feuchtgehaltes und/oder einer Innenraum-Solltemperatur, gesteuert betrieben werden.
16. Bauwerk mit ortsfester Gründung und einer Gebäudehülle (10; 20; 30; 70; 80) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
17. Mobiles Gebäude mit einer Gebäudehülle (10: 20; 30; 70; 80) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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