-
SONNE1KOLLEKTORFASSADE Die Erfindung betrifft Anlagen zur Gewinnung
der Sonnenenergie hinter strahlungsdurchlässigen Dach- oder Fassadenverkleidungen
Es ist bekannt die Sonnenenergie an Fassaden zu gewinnen. Dies erfolgt durch einen
dunklen, energieabsorbierenden Anstrich der Fassade, durch den sich die Fassade
bei Strahlungseinfall er.
-
wärmt. Weiterhin ist bekannt vor der Außenwand strahlungsduroh~ lässige
Verkleidungen anzuordnen und den verschlossenen Raum zu hinterlüften. Die erzeugte
Warmluft wird dann durch Wandöff nungen dem Innenraum zugeführt. Nachteilig an derartigen
Sonnen energiegewinnungsmethoden ist, daß die erwärmte g Wand bei niedri gen Außentemperaturen
insbesondere nacht infoge Abstrahlung der absorbierenden Flächen schnell auskühlt.
Nachteilig ist weiterhin, daß sich die Fassade auch im Sommer erwärmt und trotz
Hinterlüftung eine erhebliche Wärmebelastung im Innen raum darstellt, Die Erfindung
hat sich daher die Aufgabe gestellt, die Gewinnune der Sonnenenergie an Fassaden
derart zu gestalten, daß durch bestimmte Vorrichtungen einerseits die Speicherwirkung
der Wand verbessert und andererseits eine unerwünschte Wärmebelastung verhindert
wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hinter der
strahlungsdurchlässigen Verkleidung eine wandelbare, ein-oder mehrschichtige Haut
anzuordnen ißt, die auf der Schatten seite infrarotreflektierend ausgebildet ist.
-
Unter Haut ist hier eine Membran zu verstehen, die erfordert lichenfalls
durch einzelne Lamellen verstärkt ist.- Durch die infrarot-reflektierende Ausbildung
auf der Schattenseite wird erzielt, daß die von der Wand- oder Dachfläche emittierte
Wärmeenergie auf diese zurückreflektiert wird. Außerdem bilden sich zwischen Verkleidung
und Wand- oder Dachflächen zwei oder mehrere Luftschichten, die isolierend wirken
Die Haut stellt also eine Emissionsschutz und Wärmeisolationsmaßnahme dar.
-
Ein AuskUhlenist damit weitgehend verhindert. Die Wand- oder
Dachkonstruktion
ist damit zum Speicher ausgebildet. Eine Entladung der Speicherwärme erfolgt wunschgemäß
zum Innenraum.
-
Die Wand- oder Dachkonstruktion ist ein flüssigkeitsführendes Kollektorbauteil
oder ein Speicher. Unter Speicher ist jedes Medium oder Material zu verstehen, das
eine gewisse Energie= speicherfähigkeit besitzt. Damit sind insbesondere Ziegel
oder Betonkonstruktionen gemeint.
-
Bezüglich der Gewinnung der Sonnenenergie bestehen zwei grund3 sätzlich
unterschiedliche Ausbildungsmöglichkeiten der Haut und der Außenwand- oder Dachoberfläche.
Entweder wird die Haut auf der Einstrahlungeseite reflektierend und die Wand- oder
Dachkonstruktion absorbierend ausgebildet, so daß die Haut zum Zweck der Energiegewinnung
an der Außenwand z.B. durch Aufrollen oder Zusammenrollen entfernbar und zum Zweck
der Energiespein cherung oder zum Zweck der Energieabstrahlung von der Außen= wand
oder Dachkonstruktion - also um eine Erwärmung der Konstrukt tion zu verhindern
- vor dieser auszubreiten ist (Fig 1 bis 2), oder die Haut ist auf der Einstrahlungsseite
absorbierend aus= gebildet und so angeordnet, daß erwärmte Luft zwischen Haut und
Wand aufsteigen kann und auf diese Weise die Wand erwärmt. (Fig.
-
3, 4). Während die erste Möglichkeit primär durch die Wärme strahlung
zum Innenraum oder bei sehr tiefen Außentemperaturen und mangelnder Energie einstrahlung
durch die Wärmehaltung in der Konstruktion wirkt, erfolgt die Energiegewinnung der
zwei ten Alternative primär durch die Erzeugung von Warmluft für Raumheizungszwecke,
wobei gleichzeitig der EnergieabstrahlungsS schutz und die Isolation der Haut wirksam
ist. Diese Altern3 tive stellt geringere Anforderungen an die Speicherfähigkeit
und Wärmedurchlässigkeit der Wand und eignet sich daher insw besondere für den Fertighausbau
mit leichten Wandkonstruktionen.
-
Die Haut ist als Rollo oder als Faltjalousie auszubilden und wird
von Hand, beispielsweise mit Hilfe eines Zugseiles vom In3 nenraum her eder durch
einen Motor über Temperatur-, Programm-oder Handsteuerung betätigt. Die Ausbildung
der Haut als Falte jalousie hat den Vorteil, daß bei reflektierender Ausbildung
der Einstrahlungaseite Sonnenstrahlung di£fus reflektiert wird(Fig.1) bei absorbierender
Oberfläche der Einstrahlungsseite der nicht absorbierte Strahlune1santeii auf die
angewinkelte Fläche reflek
tiert und somit ein sehr hoher, totaler
Absorbtionskoeffizient der absorbierenden Oberfläche selbst ist (Fig. 3). Dadurch
ist bereits mit einem dunkelfarbenen Anstrich, der nicht notwendigerweise schwarz
sein muß, ein guter Wirkungsgrad zu erreichen.
-
Dies ist aus architektonischen Gründen vorteilhaft. Außerdem stellt
die Paltåalousie auch eine große Oberfläche zur Wärme= abgabe zur Verfügung. Die
Konvektionssrömungen verwirbeln sich an den Kanten, wodurch infolge der erhöhten
Luftbewegung gün stige Wärmeübergangswerte entstehen, Ein weiterer Vorteil der Faltjalousie
liegt in der vergrößerten Oberfläche der Einstrahi lungsfläche wodurch eine geringere
Einstrahlungedichte pro qom und damit geringere Temperaturen erzielt werden.Dadurch
sind die Oberflächentemperaturen der Absorberflächen vermindert, wodurch auch die
thermischen Verluste infolge Abstrahlung rew duzierbar und verbesserte Wirkungsgrade
erzielbar sind.
-
Eine besonders einfache und wirksame Ausbildungsart der wärmestrahlungsenergiereflektierenden
Membran besteht in einer alu= miniumbedampften Kunststoffolie. Derartige Folien
habe eine Ins frarotreflexionsfähigkeit von 90%.
-
Die Beheizung des Innenraumes erfolgt durch die erwärmte Außenwand
durch erwärmte Luft. Dazu wird der durch die kleidung umschlossene Raum nit mindestens
einer Zuluft und minS destens einer Abluftöffnung zum Innenraum versehen. Die Rahmenteile
der Fassadenverkleidung sind vorteilhafterweise als Zu-bzw. als Abluftkanäle auszubilden,
wobei durch die unteren Rauh.
-
menteile die kühle Luft einströmt und in den oberen Rahmenteilen abgesaugt
wird. Die angesaugte Luft setzt sich aus Frischluft, d.h. Außenluft und/oder aus
Umluft zusammen. Bei einer Ausbildung entsprechend der Figur 3 ist es-auch möglich
mit Hilfe des Auf= triebs der erwärmten Luft Warmluft aus dem Innenraum ab zus augen,
in dem Außenwandkollektor noch mehr zu erwärmen und in den Außen raum abzugeben.
Dadurch ist kühlere Luft von einer im Schatten liegenden Gebäudeseite anzusaugen.
In diesem Fall ist die Sona nenenergie also zur Kühlung des Gebäudes einzusetzen.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, diese
gleichzeitig zur Erwärmung einer Flüssigkeit auszubilden.
-
Dies erfolgt im Anwendungsbeispiel nach Figur 1 und 2 durch Rohn re,
die auf der absorbierenden Außenwandfläche verlegt werden.
-
Hierdurch sind ausreichend hohe Temperaturen zu erzielen,l;um eine
Wärmepumpe oder eine Fußbodenheizungssystem zu betreiben.
-
Die Rohre können an der Außenwand bis zum Keller geführt werden.
-
ohne daß bis zur Hauseinführung besondere Mauerschlitze zur Lei tungsführung
oder Rohrisolierungen erforderlich sind. Dies macht das System inabesondere für
späteren Umbau geeignet.
-
Für das Anwendungsbeispiel 3 und 4 ist es günstig einen Wärme austauscher
im oberen Abluftkanal anzuordnen oder den Abluftkanal als Wärmeaustauscher auszubilden.
Sofern eine Flüssigkeitskühlung erforderlich ist, wird der Zuluftkanal ebenfalls
als Wärmeaus tauscher ausgebildet, wodurch gleichzeitig eine Vorwärmung der Luft
- also ein Art Wärmerückgewinnung stattfindet.
-
Die strahlungsdurchlässige Verkleidung wird vorteilhafterweise aus
tiefgezogenem Acrylglas, Polyester oder Scobalit hergestellt.
-
Durch Formgebung ist eine verbesserte Stabilität erreichbar.
-
Außerdem kann durch die Art der strahlungsdurchlässigen Verkleia dung
erzielt werden, daß bei reflektierender, ausgefahrener Haut die Strahlung diffus
reflektiert wird. Eine besonders torteilu hafte Ausführungsart ist es, die Verkleidung
nach Innen zu wöla ben, a sich dann auch bei spitzem Azimut- oder Elevationswinkel
ein günstiger Autreffwinkel ergibt, durch den erzielbar ist, daß ein gewisser Reflexionsanteil
an der Oberfläche nochmals in die angewinkelte Fläche gestrahlt wird.
-
Die Erfindung sei an den folgenden Ausführungsbeispielen weiter erläutert.
Es zeigen: Sig. 1 einen Vertikal schnitt durch den BrUstungsbereich einer Fassade
mit einer auf beiden Seiten reflektierend auger bildeten Membran Pi. 1.1 wie Figur
1 Jedoch mit zweisohiliger Außenterkleidung und zweischaliger Haut.
-
Fig. 2 wie Figur 1 jedoch in Sonnenkollektorposition mit zusammengefahrener
Membran zur Energieabsorbtion auf der Massivkonstruktion Fig. 3 den Fassadenkollektor
mit auf der Einstrahlungsssite absorbierend und auf der Schattenseite reflektierend
ausgebildeter Membran in Sonnenkollektorposition Fig. 4 wie Figur 3 jedoch zur Energiereflexion
an derMassiv= konstruktion.
-
Figur 1 zeigt den Vertikalechnitt durch ein massives Brstungs, element
10 mit absorbierender Oberfläche 11 und der vorgehängten Fassadenverkleidung 12
mit der strahlungedurchlässigen Scheibe 13 und den als Luftkanälen ausgebildeten
Rahmenteilen 14. Die Membran ist als FaltJalousie 15 ausgebildet. Die einfallende
Strahlung 17 wird in den Außenraum zurückreflektiert. Eine Era wärmung der Wand
ist damit verhindert. Nachts dagegen ist die Jalousie zusammenzufahren. '8 erfolgt
dann über die absorbieX rende Oberfläche der Wand- oder Deckenkonstruktion eine
ver= stärkte Energieabstrahlung. Das Gebäude kühlt also schneller aus. Dies ermöglicht
ein Bauwerk mit Hilfe des erfindungsge= mäßen Kollektors im Sommer kühl zu halten,
während im Winter infolge der reflektierenden Rückseite der Haut ein Energieab strahlungsschutz
und damit ein Auskühlen der während Sonnen stunden aufgeheizten Wand verhindert
ist.
-
Figur 2 zeigt diesen Fassadenkollektor in SonnenkollektorposiS tion,
Die Strahlung fällt auf die absorbierend ausgebildete Wand und erwärmt diese. Ein
Teil der Wärme wird emittiert. Es bildet sich ein Treibhauseffekt aus. Auf der Wand
sind Rohre 16 angeordnet, die mit einem Flüssigkeitsmedium durchströmt sind. Diese
Rohre können auch mit zusätzlichen Strahlungsfänw gerflächen versehen werden, Die
Erwärmung der Flüssigkeit erfolgt infolge einer absorbierenden Ausbildung der Rohre
und infolge des Ureibhauseffektes. Die erwärmte Luft kann zum Zweck der Raumheizung
abgesaugt werden. Die absorbierende Ausbildung der Wand besteht in einem schwarzen
oder zumindest absorbierenden -Anstrich, der vorteilhafterweise selektive Eigenschaften
be.
-
sitzt, um eine Verminderung der Emission zu erzielen.
-
Figur 1.i zeigt eine alternative Ausbildungsart der Fassaden verkleidung
sowie der Haut. Die Fassadenverkleidung 13.1 ist zweischichtig mit röhrenförmigen
Quer6chnitten ausgebildet. Für eine derartige Verkleidung ist Scobalit besonders
geeignet, Die Haut 15.1 ist ebenfals zweischichtig und wird aus einer Viel zahl
von schlauchförmigen, aluminiumbedampften Kunststoffolien zusammengesetzt. Mit einer
derartigen Konstruktion ist der Dämmwert einer 5cm starken Styroporisolierung zu
erreichen.
-
Die schlauchförmigen Gebilde sind an den 3erührungsstellen durch Lamellen
zu verstärken.
-
Fig. 3 zeigt den Vertikalschnitt durch einen Fassadenkollektor mit
einer auf der Einstrahlungsseite absorbierend und auf der Schattenseite reflektierend
als Faltjalousie 18 ausgebildeten Membran in Sonnenkollektorposition. Die einfallende
Strahlung 17 wird an der Haut absorbiert. Infolge von Konvektionsströmun= gen und
durch Emission wird die Wärme abgeführt. Die Faltjalousie ist in der Tiefe gestaffelt
aufgehängt, so daß die von unten auf: steigenden Konvektioneströmungen 19 hinter
der Haut - also auf der reflektierenden Seite aufsteigen. Dadurch ist erstens eine
Abkülung der Konvektionsströmungenan der strahlungsdurchn lässigen Fassadenverkleidung
13 verhindert und zweitens wird eine rwärmung der Massivkonstruktion 10 erzielt.
In dem oberen Rauh3 men der Fassadenverkleidung 14.2 sind Wärmeaustauscherrohre
21 angeordnet. Die Rahmen 14.2 sind wärmegedämmt ausgeführt.
-
Während der in Figur 1 und 2 erläuterte Fassadenkollektor primär durch
die Erwärmung und Wärmehaltung der Außenwand arbeitet, ist der in Figur 3 und 4
dargestellte Kollektor hauptsächlich als Luftkollektor geeignet. Pfeile 23 und 24
zeigen den Zuluft= eingang und. den Abluftausgang an. Unter Abluft ist grundsätzlich
die durch den Kollektor abgegebene Zuluft zu verstehen. Die Luft wird durch Öffnungen
23 angesaugt und in den vertikalen Rahmen teilen nach unten in den horizontalen
Rahmenriegel 14.1 geführt.
-
Dort strömt die Luft aus, erwärmt sich an der Faltalousie und wird
in dem Rahmenriegel 14.2 gesammelt und durch Öffnungen 24 an den Innenraum abgegeben.
Weitere Möglichkeiten des Ansaugens von Außenluft oder der Kühlung sind bereits
erläutert worden.
-
Die Luftumwälzung erfolgt auf Grund des Auftriebs der erwärmten zuluft
oder durch einen hier nicht gezeigten Ventilator oder ;;n Gebläse.
-
Figur 3 zeigt den Kollektor in Sommerposition, wenn eine Warm= luferzeugung
nicht erwünscht ist. Die Strahlung 17 trifft auf die Massivkonstruktion 10. Diese
ist strahlungsreflektierend also beispielsweise weiß ausgebildet. Die einfallende
Strahlung wird diffus reflektiert.
-
Die erfindungsgemäßen Fassadenkollektoren sind mit besonderem Vorteil
in der Renovierung von Altbauten einzusetzen, da mit der strahlungsdurchlässigen
Außenwandverkleidung eine dichte Fassade erzielt wird, Zusätzliche, sonst bei Altbauten
erfordert liche Isoliermaßnahmen können entfallen. Außerdem wird durch die wandelbare
Haut eine interessante Fassadengestaltung er.
-
zielt.
-
Derartige Yassadenkoll ektoren sind kostengünstig herzustellen und
auch in Ländern mit geringer direkter Sonneneinstrahlung oder an Nordfassaden verwendbar,
da auf Grund der großen Ein= strahlungsflächen an Fassaden ausreichende Energiegewinne
im Niedertemperaturbereich erzielbar sind. Die Wirtschaftlichkeit der Anlagen beruht
in der Eigenschaft als aktive (Sonnenkolektor) und als passive (Energieabstrahlungsschutz,
Isolier ng) kaßnahBe zur Energiewirtschaft von Baulichkeiten. Die Anlage ist also
auf Grund ihrer Flexibilität während des gesamten Jahres bei Lichteinfall als Energie
sammler oder EnergXereflek tor (heizen - Kühlen) und bei Dunkelheit als Isolation
einzug setzen.
-
L e e r s e i t e