DE102006000553B3

DE102006000553B3 - Außenbauwerksteil für die Außenverkleidung von Bauwerken und baulichen Anlagen

Info

Publication number: DE102006000553B3
Application number: DE102006000553A
Authority: DE
Inventors: Horst Prof. Dr. Stopp; Peter Dr. Strangfeld
Original assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Current assignee: Gs Baugesellschaft Mbh De
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-11-18
Also published as: WO2008058533A2; WO2008058533A9; WO2008058533A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Außenbauwerksteil gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ist insbesondere geeignet, den Energieverbrauch für die Heizung und Kühlung von Gebäuden, die auf oder über Gewässern oder in deren Nähe errichtet sind, zu verringern. Die Aufgabe der Erfindung, ein Außenbauwerksteil für Bauwerke, die an oder über Gewässern errichtet werden vorzuschlagen, mit dem der Energieverbrauch für die Kühlung und Beheizung von solchen Gebäuden verringert werden kann, wird gelöst, in dem die Außenhaut eines Gebäudes teilweise oder vollständig aus Außenbauwerksteilen, die sowohl als Außenwand oder Decke als auch als Dachplatte eingesetzt werden können, an dessen der Außenseite des Gebäudes oder Bauwerkes zugewandten Oberfläche ein Wärmeübertragungselement in Form von Röhren oder Platten angeordnet ist. Diese Wärmeübertragungselemente sind mit den oberen Enden der Wärmerohre verbunden. Das zweite Ende des Wärmerohres oder der Wärmerohre ist/sind in dem unter dem Bauwerk befindlichen Wasserkörper anzuordnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Außenbauwerksteil gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ist insbesondere geeignet, den Energieverbrauch für die Heizung und Kühlung von Gebäuden, die auf oder über Gewässern oder in deren Nähe errichtet sind, zu verringern.
Bauwerke werden aus verschiedensten Gründen auf oder über der Oberfläche von Gewässern errichtet.
Sei es, wie in der DE 202004008518 U1 oder der DE 202006005595 U1 beschrieben, um die Freizeit in Wassernähe oder auf dem Wasser verbringen zu können oder um auf der Wasseroberfläche die Umweltenergie besonders effektiv nutzen zu können, wie es die DE 202004004912 U1 beschreibt.
Die DE 8008436 U1 will einer Vielzahl von Urlaubern ein Domizil auf dem Wasser bieten.
Auch der Mangel an Bauland in der Nähe von großen an Meer oder Seen gelegenen Städten kann hierfür ein Grund sein.
Nachteilig bei solchen Gebäuden und Bauwerken ist es, dass diese stärker den Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, als solche, die in einer Siedlung durch Bäume Strauchwerk und umliegende Verbauung geschützt sind. Auf einem See oder dem Meer können bei kaltem Wetter eisige Winde die Häuser umstreichen und diesen Wärme entziehen. Durch die Reflexion der direkten und diffusen Strahlung an der Wasseroberfläche wird andererseits durch die erhöhte Einstrahlung eine wesentlich stärkere Erwärmung des Gebäudes bewirkt. Gegenüber einem gleichartigen auf dem Festland errichteten Haus erhöht sich also der Aufwand sowohl für Kühlung als auch für die Heizung derartiger Gebäude.
Zwar besteht auf dem Gewässer in der Regel, wie beispielsweise in der DE 8032916 U1 beschrieben, die Möglichkeit, zum Heizen Umweltenergie mit Hilfe von Wärmepumpen aus dem Gewässer zu gewinnen, aber auch für deren Betrieb wird weitere Energie benötigt, die als Elektroenergie oder Brennstoff vom Land aus zugeführt werden muss.
Um den Energieaufwand für die Zufuhr von Wärme beispielsweise aus dem Untergrund oder aus Gewässern zu minimieren, wurden bereits Lösungen mit sogenannten Wärmerohren vorgeschlagen. Hierbei wird durch Phasenumwandlung am wärmeren Ende ein energiehaltiges Gas oder Dampf erzeugt, das dann durch das Rohr strömt und am anderen Ende durch eine Rückumwandlung die Energie wieder abgibt.
So schlägt beispielsweise DE 80 32 916 U1 vor, mit Hilfe eines Wärmerohres, in dem Ammoniak oder ein Sicherheitskältemittel im Grundwasser oder einem Gewässer verdampft wird, die dort vorhandene Wärme aufzunehmen und von einer im zu beheizenden Gebäude angeordneten Wärmepumpe aufnehmen zu lassen. Eine direkte Benutzung der aus dem Boden heraufgeführten Wärme ist in der Regel nicht möglich, da Temperaturen, die über der gewünschten Raumtemperatur liegen, erst in größeren Tiefen, also mit einem höheren Bohraufwand zu erreichen sind.
Das gleiche Problem trifft auch für die Lösung zu, die in der DD 160199 A beschrieben ist. Hier soll der an Stelle der Phasenumwandlung flüssig/gasförmig die Bindungsenergie bei der Bildung von Metallhydrid zur Wärmespeicherung genutzt werden.
Auch bei dem in der DE10234568A1 beschriebenen Verfahren zur konvektiven Energiegewinnung und den hierzu angegebenen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens soll in einem Kreislauf- Rohrsystem das Wärmeträgermedium teilweise und durch Konvention zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke transportiert werden, wobei durch die Druckunterschiede der tiefer gelegenen Wärmequelle und der darüber angeordneten Wärmesenke auch die bei der Verdampfung und Kondensation auftretenden Energieübergänge genutzt werden. Jedoch auch hiermit kann dieses Problem nicht umgangen werden, wenn nicht auf Wärmequellen zurückgegriffen werden kann, die ein ausreichend großes Temperaturniveau aufweisen. Die Schrift schlägt hierzu die Nutzung heißer Quellen vor.
Aus der DE 196 25 116 A1 ist bereits eine Anordnung zur Gewinnung von Wärme- oder Kälteenergie aus einem Oberflächengewässer bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Grundwasserfluss zu beeinflussen.
Dies wird dadurch erreicht, dass erfindungsgemäß ein Grundwasserfluss gegenüber dem Uferfiltrat und/oder dem Infiltrationsgebiet und/oder den Brunnen abgelenkt wird.
Zur Realisierung ist erfindungsgemäß ein Infiltrationsgebiet und/oder die Brunnen mit einer Abschirmung versehen.
Weiterhin wird in der DE 196 25 116 A1 bereits vorgeschlagen, Oberflächenwasser durch ein in einem abgeschlossenen Grundwasserbereich angeordnetes Infiltrationsgebiet zu leiten, wodurch die Wärme oder Kälte verzögert zum Brunnen gelangt, so dass die Wärme des Oberflächengewässers im Winter aus dem Brunnen abgeschöpft und genutzt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Außenbauwerksteil für Bauwerke, die an oder über Gewässern errichtet werden vorzuschlagen, mit dem der Energieverbrauch für die Kühlung und Beheizung von solchen Gebäuden verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst, in dem die Außenhaut eines Gebäudes teilweise oder vollständig aus Außenbauwerksteilen gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches errichtet wird. Dadurch wird durch die Anpassung der Außentemperatur des Außenbauwerksteiles an die Temperatur des Wasserkörpers ohne Einsatz zusätzlicher Hilfsenergie der Temperaturgradient über den Querschnitt des Außenbauwerksteiles verringert.
In den Unteransprüchen werden weitere Merkmale beschrieben, die es gestatten, die Wirkungsweise derartiger Außenbauwerksteile zu verbessern oder gestalterische Variationen erlauben.
Grundsätzlich wird bei einem erfindungsgemäßen mehrschichtigen Bauelement, das sowohl als Außenwand oder Decke als auch als Dachplatte eingesetzt werden kann, an dessen der Außenseite des Gebäudes oder Bauwerkes zugewandten Oberfläche ein Wärmeübertragungselement in Form von Röhren oder Platten angeordnet. Diese Wärmeübertragungselemente sollen entsprechend der Erfindung entweder durch das obere Ende von Wärmerohren gebildet werden oder mit den oberen Enden der Wärmerohren verbunden sein. Des Weiteren wird vorschlagen, das zweite Ende des Wärmerohres oder der Wärmerohre in dem unter dem Bauwerk befindlichen Wasserkörper anzuordnen.
Das Wärmeübertragungselement kann hierbei direkt die Oberfläche des Außenbauwerksteiles bilden oder zwischen einem inneren Baukörper und der äußeren Oberfläche des Außenbauwerksteiles angeordnet werden.
Eine weitere Verbesserung lässt sich gemäß der Erfindung erreichen, wenn auch die äußere Oberfläche des Außenbauwerksteiles als isolierendes Element gestaltet ist.
Wenn die Verdampferfläche des Wärmerohres im Wasserkörper und die Kondensationsfläche im oder am Außenbauwerksteil angeordnet ist, wird bei kalten Außentemperaturen Wärme aus dem Wasserkörper auf die Oberfläche des Gebäudes geleitet, sodass diese nicht unter den Gefrierpunkt abkühlt.
Wenn andersherum die Kondensationsfläche des Wärmerohres im Wasserkörper und die Verdampferfläche im Außenbauwerksteil angeordnet sind, müssen Vorrichtungen vorhanden sein, mit deren Hilfe das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird. In diesem Falle kann verhindert werden, dass sich die Oberfläche des Gebäudes durch Sonneneinstrahlung so stark erhitzt, dass eine Klimatisierung der im Gebäude befindlichen Räume notwendig wird.
Bei relativ kurzen Wärmeohren kann das Problem des Transportes der Flüssigkeit innerhalb des Wärmerohres durch Kapillaren oder kappillaraktive Stoffe gelöst werden, die so angeordnet sind, durch die das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
Da in den Wärmeohren infolge des Wärmetransportes durch Nutzung der Phasenumwandlungsenergie relativ wenig Flüssigkeit bewegt werden muss, kann es auch sehr sinnvoll sein, wenn am oder im Wärmerohr eine Pumpe und Rohrleitungen so angeordnet sind, dass durch diese das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
Indem diese Pumpe nur dann eingeschaltet wird, wenn die Temperatur des Wasserkörpers geringer ist, als die Temperatur der Oberfläche des Außenbauwerksteiles, wird es möglich, die Wärmeübertragungselemente sowohl zur Kühlung als auch zur Wärmestabilisierung zu verwenden.
Für die Realisierung der Erfindung kann die äußere Oberfläche des Außenbauwerksteiles auch durch wärmeleitende Platten gebildet werden, die mit dem oder den Enden des Wärmerohres verbunden sind.
Effektiver wird die Wirkung der Anordnung jedoch, wenn das Ende des Wärmerohres zwischen einer äußeren Verkleidungsschicht und dem Baukörper angeordnet ist.
Die Erfindung geht davon aus, dass die Temperatur in einem Wasserkörper, wie beispielsweise einem See oder Fluss wesentlich geringer schwankt, als die Temperatur des darüber liegenden Luftraums. Mit Hilfe der auf der Oberfläche des Gebäudes oder dicht darunter angeordneten Wärmeübertragungselemente soll erreicht werden, dass die Außenhaut des Gebäudes der Wassertemperatur des darunter liegenden Wasserkörpers angepasst wird. Da bekanntermaßen die Temperatur am Grund von Seen in der Regel nicht unter 4°C sinkt, erreicht die Außenhaut des Gebäudes auf diese Art und Weise kaum den Gefrierpunkt. Der Wärmedurchgang fällt also auf Grund eines geringeren Temperaturgradienten wesentlich geringer aus, als wenn die Oberflächentemperatur des Gebäudes mit der Lufttemperatur bis auf beispielsweise –25°C absinken könnte. Damit ist in den kalten Jahreszeiten eine deutliche Heizkosteneinsparung zu erzielen.
Auch bei hochsommerlichen Temperaturen, bei denen durch starke Sonneneinstrahlung eine partielle Aufheizung der der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Wände auftritt, kann dadurch, dass die Außenwandtemperatur an die Temperatur tieferer Gewässerschichten angeglichen wird, der Aufwand für eine Kühlung der Räume wesentlich gesenkt werden.
Die Anwendung erfindungsgemäßer Außenbauwerksteile ist selbstverständlich nicht nur auf die Umhüllung von Häusern beschränkt. Es ist ebenso denkbar, dass hiermit bei entsprechender Dimensionierung Versorgungs- und Entsorgungsleitungen vor Frost oder Überhitzung geschützt werden können.
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnung 1 in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dabei zeigt
1 ein auf einem Ponton 1 errichtetes Haus, bei dem die linke Wand durch ein erfindungsgemäßes Außenbauwerksteil 3 gebildet wird.
Zur Verdeutlichung sind die Außenbauwerksteile nicht maßstäblich dargestellt.
Bei einem auf einem Ponton 1 errichteten Haus 2 ist die der Wetterseite zugewandte Außenwand aus einem erfindungsgemäßen Außenbauwerksteil 3 gebildet.
Dieses besteht aus einem Baukörper 5 und einer davor abgehängten hinterlüfteten Fassadenplatte 6.
Zwischen dem Baukörper 5 und der Fassadenplatte 6 ist ein plattenförmiges Wärmeübertragungselement 41, der mit den oberen Enden eines Wärmerohres 4 wärmeleitend verbunden ist.
Das untere Ende des Wärmerohres 4 bildet das untere Wärmeübertragungselement 42 und reicht 2 m tief in den unter dem Bauwerk befindlichen Wasserkörper.
Am tiefsten Punkt des Wärmerohres 4 ist über eine Rohrleitung 8 eine Pumpe 7 angeschlossen, durch die das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird, wenn durch das obere Wärmeübertragungselement 41 die Gebäudewand gekühlt werden soll.
Bei Außentemperaturen unterhalb der Wassertemperatur wirkt das untere Wärmeübertragungselement 42 als Verdampferfläche des Wärmerohres und das obere Wärmeübertragungselement 41 als Kondensationsfläche. Dabei steigt der im Wärmeübertragungselement 42 entstehende Dampf auf Grund der Konvektionswirkung nach oben und das entstehende Kondensat läuft durch die Schwerkraft wieder in den Verdampfer zurück. Somit wird die Wärme aus dem Wasserkörper auf die Oberfläche des Gebäudes geleitet, sodass diese nicht unter den Gefrierpunkt abkühlt.

1: Ponton
2: Haus
3: Außenbauwerksteil
4: Wärmerohr
41: oberes Wärmeübertragungselement
42: untere Wärmeübertragungselement
5: Baukörper
6: Fassadenplatte
7: Pumpe
8: Rohrleitungen

Claims

Außenbauwerksteil in Form von Wand- Decken- oder Dachplatten für die Außenverkleidung von Bauwerken und baulichen Anlagen, die an oder über Gewässern errichtet werden, insbesondere Häusern, die auf schwimmenden Unterlagen wie beispielsweise auf in Flüssen oder Seen verankerten Pontons (1) erbaut sind oder über Gewässern auf Pfählen befestigten Bauten, dadurch gekennzeichnet, dass an dessen der Außenseite des Gebäudes oder Bauwerkes (2) zugewandten Oberfläche oder zwischen einem inneren Baukörper (5) und der äußeren Oberfläche (6) des Außenbauwerksteils (3) obere Wärmeübertragungselemente (41) in Form von Röhren oder Platten angeordnet sind, die Bestandteil von Wärmerohren (4) sind oder mit Wärmerohren (4) verbunden sind, dass das zweite, untere Ende des Wärmerohres (4) oder der Wärmerohre (4) als unteres Wärmeübertragungselement (42) in dem unter dem Bauwerk befindlichen Wasserkörper angeordnet ist.
Außenbauwerksteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferfläche des Wärmerohres im Wasserkörper und die Kondensationsfläche im oder am Außenbauwerksteil angeordnet ist.
Außenbauwerksteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationsfläche des Wärmerohres im Wasserkörper und die Verdampferfläche im Außenbauwerksteil angeordnet sind, sowie dass Vorrichtungen vorhanden sind, mit deren Hilfe das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
Außenbauwerksteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wärmerohres Kapillaren oder kappillaraktive Stoffe angeordnet sind, durch die das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
Außenbauwerksteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Wärmerohr eine Pumpe und Rohrleitungen so angeordnet sind, dass durch diese das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
Außenbauwerksteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorhanden sind, durch die die Pumpe bedarfsgerecht nach vorgebbaren Kriterien gesteuert wird.
Außenbauwerksteil nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des Außenbauwerksteiles durch wärmeleitende Platten gebildet wird, mit denen das oder die Enden des Wärmerohres verbunden sind.
Außenbauwerksteil nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende des Wärmerohres (4) als oberes Wärmeübertragungselement (41) zwischen einer äußeren Fassadenplatte (6) und dem Isolierkörper angeordnet ist.
Außenbauwerksteil nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auch die äußere Fassadenplatte (6) des Außenbauwerksteiles als isolierendes Element gestaltet ist.
Außenbauwerksteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenbauwerksteil Teil einer Verkleidung temperaturempfindlicher Versorgungsleitungen ist.