DE3222896A1

DE3222896A1 - Mauerstein

Info

Publication number: DE3222896A1
Application number: DE19823222896
Authority: DE
Inventors: Frank 8000 München Burger
Original assignee: SYSTEMOBIL GmbH
Current assignee: SYSTEMOBIL GmbH
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1983-12-22

Description

Mauerstein
Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf einen Mauerstein mit mehreren Kammern, von denen mindestens eine mit Gas gefüllt ist. Derartige Mauer- oder Ziegelsteine sind allgemein bekannt. Die mit Luft gefüllten Kammern bzw. Hohlräume dienen u.a. der Wärmeisolation, da Luft bekanntlich eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Aus diesem Grunde wird der Wärmedämmwert bzw.
k-Wert solcher Ziegelsteine auch sehr gelobt.
Andererseits können solche herkömmlichen Ziegelsteine die einfallende Globalstrahlung, d.h. die direkte Sonnenstrahlung und die diffuse Himmelsstrahlung nur in sehr geringem Umfange aufnehmen und in das Innere eines Hauses weiterleiten, da einerseits ein beachtlicher Anteil der Globalstrahlung reflektiert und andererseits die absorbierte Globalstrahlung zum überwiegenden Teil nach außen wieder abgestrahlt wird.
Zusammenfassend ist als Nachteil herkömmlicher Ziegelsteine anzusehen, daß sie die einfallende Globalstrahlung nicht in spürbarem Ausmaß zur Erwärmung des Innern eines Hauses ausnutzen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Mauerstein der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die einfallende Globalstrahlung zur Erwärmung des Innern des Hauses ausgenutzt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Außenwand des Mauersteines aus einem Material besteht, das für Solarstrahlung im wesentlichen durchlässig, für Wärmestrahlung dagegen im wesentlichen undurchlässig ist, daß benachbart zur Außenwand die mit Gas gefüllte Kammer angeordnet ist, welche durch eine Membran abgeschlossen ist, und daß zwischen-der der Kammer abgewandten Seite der Membran und der der Außenwand gegenüberliegenden Innenwand eine weitere Kammer gebildet ist, welche mit einem wärmespeichernden Medium gefüllt ist.
Die Erfindung nutzt hierbei den bekannten "Glashauseffekt".
Bei einem Glashaus ist die Abdeckung durch Glas für solare Strahlung durchlässig, für terrestrische Strahlung nicht durchlässig. Die das Glas durchdringende, verhältnismäßig kurzwellige solare Strahlung, die im Bereich von 0,3 bis 5 Mm Wellenlänge liegt, erwärmt das Innere des Glashauses.
Die durch diese Erwärmung entstehende terrestrische bzw.
Wärmestrahlung, die im Bereich von 4 bis 100 pm Wellenlänge liegt, wird durch das Glas am Austritt aus dem Glashaus gehindert.
Die durch die Außenwand und die Membran gebildete und mit Gas, vorzugsweise Luft gefüllte Kammer wirkt hierbei als Glashaus. Diese Kammer steht über die Membran, die vorzugsweise ein geringes Reflexionsvermögen für Solarstrahlung aufweist und vorzugsweise schwarz ist, in thermischem Kontakt mit der weiteren Kammer, die ein wärmespeicherndes Medium, vorzugsweise Wasser enthält. Diese "WasserkammerN steht wiederum in thermischem Kontakt mit der zum Inneren des Hauses gerichteten Wand des Mauersteines, über welche dann die Wärmeenergie ins Innere des Hauses abgegeben wird.
Vorzugsweise weist diese Innenwand zusätzlich Wärmetauscherrippen auf, welche die Funktion haben, die abstrahlende Oberfläche zu vergrößern.
Um die zu speichernde Wärmemenge an die klimatischen Verhältnisse anpassen zu können, ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Membran zwischen Luft- und Wasserkammer verschiebbar ist, wofür die Seitenwände des Mauersteines paarweise im Abstand zueinander angeordnete Nuten aufweist. Durch Einsetzen der Membran in die entsprechenden Nuten kann somit die Größe der Wasserkammer im Verhältnis zur Luftkammer verändert werden.
Da der wirksame Fluß solarer Strahlung vom Cosinus des Einfallwinkels abhängt und letzterer wiederum sich mit dem täglichen und jahreszeitlichen Verlauf der Sonne ändert ist zur optimalen Ausnutzung der Solarstrahlung vorgesehen, daß die Membran von der Außenwand her gesehen konkav gebogen ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in die Außenwand eine oder mehrere Vorsprünge in Form einer oder mehrerer optischer Linsen integriert. Wenn diese Linsen als Sammellinsen ausgebildet sind, ist ihr Brennpunkt vorzugsweise so gewählt, daß er auf der Oberfläche der Membran liegt. Hierdurch tritt eine noch intensivere Erwärmung der Membran auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Mauersteines nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und Fig. 2 eine geschnittene Draufsicht auf einen Mauerstein nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Mauerstein der Fig. l hat im wesentlichen quaderförmige Gestalt und wird durch eine Innenwand 10, zwei Seitenwände 11 und 11', eine Rückwand 20 sowie nicht dargestellte Boden- und Deckenwände gebildet. Mit Ausnahme der Außenwand 20 besteht er aus Keramik, vorzugsweise glasierter Keramik. Die nach außen, d.h. zur Sonneneinstrahlung gerichtete Außenwand 20 besteht aus einem Material, das für Solarstrahlung (ca. 0,3 - 5 Wm Wellenlänge) im wesentlichen durchlässig, für Wärmestrahlung (ca. 4 - 100 Wm Wellenlänge) dagegen im wesentlichen undurchlässig ist. Vorzugsweise bietet sich hierfür Glas an. In besonders einfacher Weise ist die Außenwand 20 in entsprechende Nuten an der Innenseite der beiden Seitenwände 11 und 11' eingesetzt. Zusätzlich kann eine Dichtung in Form bekannter Dichtungsmassen wie z.B. Silikon vorgesehen sein. Der Hohlraum des Mauersteines ist durch eine Membran 30 in zwei separate Kammern 40 und 50 unterteilt, wobei die zwischen der Membran 30 und der Außenwand 20 liegende Kammer 40 mit Gas, vorzugsweise Luft gefüllt ist, während die zwischen der Innenwand 10 und der Membran 30 liegende Kammer 50 mit einem wärmespeichernden Medium, vorzugsweise Wasser, welches ggf. ein Frostschutzmittel enthalten kann, gefüllt ist. Die Membran 30 ist in ähnlicher Weise wie die Außenwand 20 in Nuten 14, 15 bzw. 16, welche an den Innenseiten der beiden Seitenwände 11 und 11' angeordnet sind, gehalten. Auch hier ist eine Dichtung mit herkömmlichen Dichtungsmitteln vorgesehen. Die Nuten 14, 15 und 16 liegen im Abstand zueinander, so daß die Membran 30 in verschiedenen Lagen eingesetzt werden kann, wodurch die eine Kammer (z.B. 50) vergrößert und die andere Kammer (z.B. 40) in gleichem Maße verkleinert werden kann und umgekehrt.
Die nicht dargestellten Boden- und Deckelwände des Mauersteines sind dicht mit den Stoßkanten der Wände 10, 11, 11' und 20 verbunden. Zur besseren Abdichtung können auch diese Boden- und Deckelwände entsprechende Nuten für die Aufnahme der Membran 30 bzw. der Außenwand 20 aufweisen.
Auch ist es möglich, eine dieser Wände wie z.B. die Bodenwand einstückig mit der Innen- und den Seitenwänden auszubilden, so daß nur noch di Deckelwand aufgesetzt und befestigt werden muB.
In Fig. 2 sind einige Modifikationen des Mauersteines der Fig. 1 dargestellt. Die Membran 30 ist in Fig. 2 in das mittlere Nutenpaar 15, 15' eingesetzt und geradlinig dargestellt. Mit 30' ist angedeutet, daß die Membran - von der Außenwand 20 her gesehen - auch konkav gebogen sein kann. Mit 30" ist eine ebenfalls gebogene Membran dargestellt, die zur Vergrößerung der Kammer 50 in das Nutenpaar 14, 14' eingesetzt ist. In ähnlicher Weise könnte die Membran - geradlinig oder gebogen - in das Nutenpaar 16, 16' eingesetzt sein.
Weiterhin ist zu erkennen, daß die Innenwand 10 mehrere Vorsprünge 18 aufweist, welche als Wärmetauscherrippen, die die wirksame abstrahlende Oberfläche vergr'Pern, dienen.
Weiterhin ist zu erkennen, daß die Außenwand 20 mehrere Vorsprünge 21 aufweist, welche als optische Linsen dienen.
Es sei betont, daß die gesamte Rückwand 20 auch als eine einzige optische Linse ausgebildet sein kann.
Weiterhin weist der Baustein der Fig. 2 an seinen beiden Seitenwänden 11 und 11' Vorsprünge und Ausnehmungen 12'und 13 bzw. 13' und 12 auf, die spiegelsymmetrisch so gegeneinander versetzt sind, daß die Vorsprünge eines Mauersteines genau in die entsprechenden Ausnehmungen des benachbarten Mauersteines passen. Entsprechende Ausnehmungen und Vorsprünge können auch an den Boden- und Deckelwänden vorgesehen sein.
Wie bereits eingangs erwähnt, nützt der Mauerstein nach der Erfindung den Glashauseffekt aus. Die durch die Außenwand 20 hindurchtretende Globalstrahlung, die die Summe aus direkter Summeneinstrahlung und diffuser Streustrahlung ist, wird von der Luft in der Kammer 40 und von der Oberfläche der Membran 30 absorbiert und in Wärmeenergie umgesetzt. Die Membran besteht hierbei aus Metall und ist zur Erhöhung des Absorptionsvermögens an ihrer zur Außenwand 20 hin gewandten Seite schwarz.
Aufgrund der guten Wärmeleitungseigenschaft der Membran besteht ein guter Wärmetausch zwischen der Luft in der Kammer 40 und dem Wasser in der Kammer 50. Die Abstrahlung der Wärmestrahlung wird durch die physikalischen Eigenschaften der Außenwand (d.h. des Glases) im wesentlichen verhindert. Zusätzlich wird eine Abstrahlung der Wärmestrahlung aus der Kammer 50 zur Kammer 40 hin durch das Reflexionsvermögen der Metallmembran verhindert. Eine Abstrahlung von Wärmeenergie nach außen, d.h. durch die Außenwand 20 hindurch ist somit weitestgehend unterbunden. Ein Wärmetausch mit der Umgebung, d.h.
mit der Außenseite der Außenwand 20 kann daher nur über Wärmeleitung erfolgen, was aufgrund der schlechten Wärmeleitungseigenschaften von Luft und Glas nur in geringem Umfange erfolgt. Insgesamt wird sich der Mauerstein nach der Erfindung bei direkter oder auch diffuser Lichtstrahlung durch Sonnenlicht deutlich erwärmen. Aufgrund der hohen Wärmekapazität des Wassers in der Kammer 50 kann hierdurch eine relativ große Wärmemenge gespeichert wer- den, welche über die Innenwand 10 und die Wärmetauscherrippen 18 in das Innere des Hauses abgegeben wird.
Abschließend sei erwähnt, daß als Gas in der Kammer 40 auch Gemische von CO2, O3 usw. verwendet werden können, welche zusammenwirkend Absorptionsbanden über das gesamte Spektrum der Solarstrahlung haben. Aus Kostengründen ist allerdings Luft bevorzugt, zumal ihr Absorptionsvermögen als ausreichend angesehen werden kann. Statt Wasser können auch andere Stoffe mit hoher Wärmekapazität verwendet werden, wobei dem Wasser ebenfalls aus Kostengründen der Vorzug gegeben wird.
Schließlich sei noch erwähnt, daß die Membran 30 nicht unbedingt lotrecht verlaufen muß. Vielmehr kann sie auch schräg eingesetzt sein (wobei die Nuten 14, 15 bzw. 16) dann entsprechend schräg verlaufen, so daß im Winter die Sonneneinstrahlung möglichst senkrecht auf die Membran 30 erfolgt. Der Neigungswinkel der Membran gegenüber der Lotrechten wird dann je nach geographischer Breite gewählt.
Für eine geographische Breite von 500 Nord und bei einer maximalen Abweichung der Sonne im Winter von 21,40 Süd ergibt sich beispielsweise ein Neigungswinkel von 18,5° gegenüber der Lotrechten für die Membran 30.
Sämtliche in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Mauerstein Patentansprüche 1. Mauerstein mit mehreren Kammern, von denen mindestens eine mit Gas gefüllt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß eine Außenwand (20) aus einem Material besteht, das für Solarstrahlung (ca. 0,3-5 lun Wellenlänge) im wesentlichen durchlässig, für Wärmestrahlung (ca. 4-100 pm Wellenlänge) dagegen im wesentlichen undurchlässig ist, daß benachbart zur Außenwand (20) die mit Gas gefüllte Kammer (40) angeordnet ist, welche durch eine Membran (30) abgeschlossen ist, und daß zwischen der der Kammer (40) abgewandten Seite der Membran (30) und der der Außenwand (20) gegenüberliegenden Innenwand (10) eine weitere Kammer (50) gebildet ist, welche mit einem wärmespeichernden Medium gefüllt ist.
2. Mauerstein nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Außenwand (20) aus Glas besteht.
3. Mauerstein nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß in die Außenwand (20) mindestens ein Vorsprung in Form einer optischen Linse (21) integriert ist.
4. Mauerstein nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die mit Gas gefüllte Kammer (40) Luft enthält.
5. Mauerstein nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (30) aus Metall besteht.
6. Mauerstein nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (30) an ihrer der mit Gas gefüllten Kammer (40) zugewandten Seite ein geringes Reflexionsvermögen für Solarstrahlung aufweist.
7. Mauerstein nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e 1 c h n e t , daß die Membran (30) an ihrer der mit Gas gefüllten Kammer (40) zugewandten Seite schwarz ist.
8. Mauerstein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (30) gesehen von der Außenwand (20) konkav gebogen ist.
9. Mauerstein nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das wärmespeichernde Medium in der weiteren Kammer (50) Wasser ist.
10. Mauerstein nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Wasser zusätzlich ein den Gefrierpunkt herabsetzendes Mittel (Frostschutzmittel) enthält.
11. Mauerstein nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d ad u r c h g-e k e n n z e i c h n e t , daß Seitenwände (11, 11') des Mauersteines an ihrer Innenseite Nuten (14, 14'; 15, 15'; 16, 16') zur Halterung der Membran (30) aufweisen.
12. Mauerstein nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -kte n n z e i c h n e t , daß die Nuten (14, 14'; 15, 15'; 16, 16') paarweise im Abstand zueinander angeordnet sind.
13. Mauerstein nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Außenseite der Innenwand (10) Wärmetauscherrippen (18) aufweist.
14. Mauerstein nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Seitenwände (11, 11') spiegelsymmetrisch angeordnete Vorsprünge (12 bzw. 13') und Vertiefungen (12' bzw. 13) aufweisen.
15. Mauerstein nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Grundkörper, d.h. die Innen-, Seiten-, Boden- und Deckelwände aus glasierter Keramik bestehen.