DE3600027A1 - Gebaeude zur partial-maximalen rezeption solarer energiestrahlung mit synchron-optimaler und wandflaechenpartiell maximaler insolation - Google Patents

Description

Ausführungsbeispiele zur Ausbildung und zur Verbesserung der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1b pa-ma-re-sol-Gebäude (Grundriß) mit - teilweise oder gesamt - transparenter bzw. transluzenter oder/und opaker Dämmung zur Erwärmung und Speicherung solarer Energie in den Außenwänden a (Dämmung gestrichelt dargestellt, sämtliche Öffnungen und die Wandstärke von a vernachlässigt). Bei dieser Gestaltung entfällt natürlich der Vorteil der synchronen Insolation. Unter bestimmten Voraussetzungen können aber die Wintergärten c bzw. die Fronten c 1 zusätzlich verwendet werden

Fig. 1c die synchrone Insolation (Pfeile) auf a und A und c (sämtliche Öffnungen sowie Wandstärke vernachlässigt); in der dargestellten Situation die allgemeine Reflexion über die Antipodenfront c 1 des westlichen Wintergartens c, zeitversetzt am Nachmittag über c 1 des östlichen c dann ebenso; Verhältnis von c 1 zu a ungefähr gleich; die Heizung H (als wirkliche Zentral- Heizung) erwärmt, neben direkter Leitung, über die Wände die angrenzenden Räume

Fig. 1d pa-ma-re-sol-Gebäude (Grundriß), die vertikalen Raumumschließungsflächen haben folgende Längen (z. B.): 26 m besonnte Flächen, 10,9 m unbesonnte Flächen

Fig. 1e die zentriert-gesteuerte Reflexion über k auf mehrere Bereiche, z. B. a 1 (wofür auch T stehen kann), sowie auf einen Bereich, z. B. T (wofür auch a 1 stehen kann), zeitversetzte Darstellung; T mit günstigerer Bestrahlungsfläche (Draufsicht); die Größen der jeweiligen Brennweiten und Brennpunkte müssen u. a. über die Gestaltung der Reflektoren sowohl aus energieeffizienter als auch aus bauphysikalischer Sicht beachtet und bestimmt werden.

Fig. 4c pa-ma-re-sol-Gebäude auf Drehscheibe D in, die solare Einstrahlung seitlich aufnehmender Position

Fig. 5e-f weitere Gestaltungsmöglichkeiten der Wintergärten c, (Grundriß)

Fig. 7b pa-ma-re-sol-Gebäude, D 1 Dachterrasse, die, neben einer Begrünung, auch zu solarer Energienutzung durch Aufstellung bzw. Einbau passiver oder/und aktiver Solartechnik, thermischer oder/und photovoltaischer oder/und ähnlicher Art dienen kann; die transparenten Abdeckungen G, die Antipodenfronten c 1, kleine Seite A

Fig. 9g Reflexionswagen k, auf den die Reflexionsschirme V montiert sind, und somit eine größere Reflexionsfläche und die Möglichkeit der Aufstellung weiterer Reflexionsflächen (z. B. V oder R 1) vor oder auf k erreicht wird, Außenwand a, (Querschnitt), k und seine Reflexionsflächen, einschließlich der fokussierenden, sollten aus leichtem Material bestehen, um den Energieverbrauch für seine Steuerung niedrig zu halten; hier kann z. B. die photovoltaische Solartechnik (Dachterrasse D 1) genutzt werden

Fig. 9f drehbare Strahlungswand T mit größerer Bestrahlungsfläche und günstigerem Einfallwinkel bei zentriert-gesteuerter Reflexion, Außenwand a (Abstände zu T vergröbert dargestellt), Innenraum i (Draufsicht)

Fig. 9ff um u. a. einen seitlichen Wärmeabfluß einzuschränken, kann T in einen Rahmen T 2 wärmedämmenden Materials g (z. B. Gasbeton) gesetzt werden; die Dehnungsfugen zwischen T und dem Rahmen können mit entsprechendem Material s, z. B. Steinwolle, gefüllt werden, dadurch entfällt der Ausdehnungsraum zwischen a und T (Draufsicht)

Fig. 9h Reflexionsrollo R 2 (Draufsicht); um dem jeweiligen Sonnenstand folgen und einen jeweils günstigen Reflexionswinkel erzielen zu können, ist R 2 in der Aufhängung U, die an c 1 und evt. a befestigt wird, schwenkbar; Achse q ebenfalls an c 1 befestigt (veränderte Position von R 2 gestrichelt dargestellt)

Fig. 11 Beschattungstabelle für Antipodenfronten, Beispiel: am 12. Dezember um 8.45 Uhr an einem Ort 50° NB wird die Antipodenfront eines Gebäudes mit einem Gebäudewinkel von 90° zu 70% beschattet, die eines Gebäudes mit einem Gebäudewinkel von 55° nur noch zu 5%; weitere Daten werden nachgereicht

Fig. 12 Verkürzung der Gebäudebreite um X Differenz (kurze Strichelung), Streckung in der Tiefe (punktierte Linie), Erzielung eines günstigeren Reflexionswinkels von c 1, vorher 70° nachher 56° (lange Strichelung)

Fig. 13 weiteres Beispiel, daß die Außenwand a auch mit mehreren Gebäudewinkeln erstellt werden kann, ebenso c 1

Claims (5)

1. Mit einer Raumumschließung, die nach den Gestaltungen bzw. dem Konzept oder/und den Grundsätzen des pa-ma-re- sol-Gebäudes errichtet wird, kann wandflächenpartiell, aber auch über andere Flächen eine größtmögliche solare Energieaufnahme, z. B. zum Zweck der Speicherung, thermischer, photovoltaischer oder ähnlicher Art, erzielt und genutzt werden. Eine Steigerung bzw. Vermehrung der solaren Energieaufnahme wird u. a. erreicht, indem der größtmögliche Fassaden- bzw. Wandanteil des Baukörpers dahingehend gestaltet und ausgerichtet wird, daß eine synchrone Insolation auf diesem gesamten maximalen Anteil möglich wird. Die Forderungen und die Ergebnisse des Pamaresol-Prinzips lauten und ermöglichen u. a.:

• I. Schaffung einer fassaden- bzw. wandflächenanteilig größtmöglichen Solarenergieaufnahmefläche bei gleichzeitiger optimaler Reduzierung der im gesamten nördlichen, also auch nordwestlichen und nordöstlichen, Bereich liegenden Fassadenflächen (von dahinterliegenden Räumen mit jeweils baugesetzlicher Geschoßhöhe von Wohn-, Gewerbe-, Verwaltungsbauten etc.). Hierbei erzielt das pa-ma-re-sol- Gebäude z. B. eine Senkung des nördlichen Fassaden-Anteils auf unter zwei Fünftel der gesamten Fassaden- bzw. Wandfläche des Baukörpers sowie eine Steigerung des für solare Energieaufnahme verbleibenden, nun vorwiegend südlich ausgerichteten Fassaden- bzw. Wandanteils auf über drei Fünftel der entsprechenden Gesamtfläche (Fig. 1b u. 1c), oder/und erreicht bei einem weiteren Beispiel eine Senkung des nördlichen Fassaden-Anteils auf unter ein Drittel der entsprechenden Gesamtfläche, so daß nun das Verhältnis südlicher bzw. effektiv besonnter zu nördlichen bzw. unbesonnten Flächen mindestens 2,1 : 1 beträgt (Fig. 1d). Dies ist insbesondere während der Heizperiode, aber auch an allen kalten Tagen jeder Jahreszeit von maßgeblicher Bedeutung. Auch bei nicht augenscheinlicher direkter Sonnenstrahlung (Sonnenschein), sondern diffuser bzw. globaler Strahlung, wird bei vornehmlich südlicher Ausrichtung und entsprechender Ausführung eines Gebäudes solarer Energiegewinn möglich. Bei dem pa-ma-re-sol-Gebäude kann die Fassadenfläche auch - teilweise oder gesamt - mit einer transparenten bzw. transluzenten oder/und ggf. opaken Dämmung versehen werden, Fig. 1b. Bei Fig. 1c wird die Dämmung nicht direkt auf die Außenwände aufgebracht, sondern wird in bestimmtem Abstand zu ihnen, z. B. bei Raumgewinn eines Wintergartens c und z. B. unter Hinzufügung einer Leichtbaukonstruktion, zu Antipodenfronten c 1, die u. a. als Reflexionsflächen fungieren bzw. fungieren können, wobei sie - durch die Aggregate k, R 2 usw. ermöglicht - sowohl transparent als auch opak (oder beides) gestaltet werden können. Ebenso kann z. B. das Modell der zweischaligen Bauweise verwendet werden, indem die Außenwand a die eine Schale und die Antipodenfront c 1 die andere, dünnere Schale mit Dämmung darstellen. Ähnliches kann für die Pufferzone d gelten. Andere Materialien, wie z. B. Hohlbausteine mit impliziter Dämmung, und andere Konstruktionen sind ebenfalls einsetzbar. Die Heizung H stellt eine wirkliche Zentral-Heizung dar. Die seitlichen Außenwände a werden in ihrer Stellung nach den solaren Gegebenheiten, insbesondere den Azimut betreffend, ausgerichtet, wobei sowohl die direkte als auch die reflektierte und synchrone Insolation und nicht zuletzt die räumliche und die standortbedingte Komponente, berücksichtigt werden. Das wird in der Regel einen Gebäudewinkel, der an der Spannseite d 1 gemessen wird, von mehr oder weniger 60° ergeben. D. h., daß ebenso auch ein Gebäudewinkel z. B. 35° oder weniger, bzw. z. B. 85° oder mehr betragen kann, einschließlich der dazwischen liegenden Winkelgrößen. Das Gleiche gilt für die Antipodenfronten c 1 (z. B. Wintergartenfronten); sie und ihre entsprechenden Winkelgrößen haben - u. a. in ihrer ganz bestimmten, winkelartigen Konstellation zu den Außenwänden a und solartechnisch hinsichtlich der Reflexion bzw. evtl. Speicherung - große Bedeutung. Die Außenwände a können auch mit mehreren Gebäudewinkeln erstellt werden, z. B. Fig. 12 und 13. Ebenso c bzw. c 1. Das jeweilige Verhältnis der Antipodenfronten c 1 zu den Außenwänden a kann c 1 = a
  c 1 ≦ωτ a
  c 1 ≦λτ a betragen.Die transparenten Flächen des pa-ma-re-sol-Gebäudes sowie insbesondere a 1 und T sollten wegen des möglichen nächtlichen Energieverlustes eine temporäre Wärmedämmung erhalten. Bei der Solarenergienutzung über die allgemeine Reflexion sollten die Innenwände der Antipodenfronten (z. B. c 1) und die Fußbodenflächen von c mit gut reflektierenden Schichten (z. B. entsprechenden Farben, Fliesen, Putz, evt. Rollo usw.) versehen werden. Bei der Nutzung über die gesteuerte oder/und zentriertgesteuerte Reflexion kann c 1 und der Boden von c zur Speicherung genutzt werden. Auf Seite 9 Zeile 18 der Hauptanmeldung wurde durch einen Übertragungsfehler ein Gebäudewinkel mit 59° angegeben; richtig muß es 50° heißen. Die auf der gleichen Seite genannten Beispiele betreffen die effektivste Solarstrahlung. Die allgemeine solare Energienutzung setzt wesentlich früher ein. Sogar noch im ersten Drittel des Monats Dezember (50° NB) ist eine Nutzung ab ca. 8.45 Uhr möglich; sukzessive frühzeitiger kann sie in den nachfolgenden Monaten erfolgen, insbesondere durch die auf ein Zentrum, z. B. a 1 oder/und T, gelenkte, zentriert-gesteuerte bzw. fokussierende Reflexion, die u. a. größere Fenster- bzw. Türelemente, Leichtbau-Konstruktionen, Fertigteilbau usw. gestattet und zusätzlich den dunkel gehaltenen Wandanteil drastisch reduziert, Fig. 1e.
• II. Erzielung einer zeitgleich so langdauernd wie möglich, und so großflächig wie möglich, bewirkten, und somit größtmöglichen synchronen Insolation des Baukörpers, u. a. erreicht durch die südliche Verjüngung in Grundriß und (z. T.) Schnitt, die allgemeine Reflexion über die Antipodenfronten c 1, z. B. die reflektierenden Wintergartenfronten oder/und Wintergartenböden oder/und die Aggregate, z. B. Reflexionswagen k. Hierdurch erhält jede der beiden Außenwände a an einem Tag eine zweimalige solare Bestrahlung; einmal direkt, - wobei die schräg gestellten Südost- und Südwestfassaden einen guten Einfallswinkel gewährleisten, ein weiteres Mal reflektiert. Letzteres sogar, bei Verwendung von z. B. k, der eine perfekte Nachführung des jeweiligen solaren Azimuts und der Altitude ermöglicht, mit optimalem, weil steuerbaren Reflektionswinkel. Bei konventionellen Bauten mit ihren vorwiegend quadratischen bzw. rechtwinkeligen Formen wird insbesondere in winterlicher Jahreszeit bestenfalls die Südfassade erwärmt; die drei weiteren Fassaden erhalten entweder gar keine oder unwesentliche, weil einfallwinkelmäßig ungünstige Insolation. Auch dann, wenn experimentell einem rechtwinkeligen Gebäude, dessen Ost/West-Fassaden parallel zur Nord-Süd- Richtung stehen, zum Schutz und zur Solarenergiegewinnung Antipodenfronten, z. B. Wintergartenfronten c 1, gleichermaßen zugeordnet werden, fällt der Vergleich zum pa-ma- re-sol-Gebäude, z. B. Fig. 7b, mehr als ungünstig aus. Während z. B. am 11. November um 8.30 Uhr an einem Ort 50° NB die zur allgemeinen Reflexion bestimmte Antipodenfront c 1 des konventionellen Hauses (mit 90° Gebäudewinkel) zu ca. 75% beschattet ist, befindet sich auf der Antipodenfront c 1 eines pa-ma-re-sol-Gebäudes (mit z. B. 60° Gebäudewinkel) eine Beschattung von nur noch ca. 15%. Spätestens eine Stunde danach ist hier die gesamte Reflexionsfläche ohne Schatten, die des Vergleichs- Gebäudes jedoch noch mit ca. 57% beschattet, Fig. 11, (Antipodenfronten und Fassaden mit jeweils gleicher Seitenlänge bzw. gleicher Geschoßhöhe), Gegenüber bisheriger Bauweise wird mit dem pa-ma-re-sol- Gebäude weit mehr als die Verdoppelung solarer Rezeption bzw. solarer Energienutzung erzielt (Fig. 1c). Alle bisher angeführten und nachfolgenden Ansprüche dieser und der Hauptanmeldung werden auch für die Herstellung oder/und Verwendung - auch einzelner Aggregate - in oder außerhalb anderer Gebäude, Raumumschließungen etc. oder/ und zu ähnlichen oder anderen Zwecken, erhoben.

2. Bei evt. Verzicht auf die Drehbarkeit von T wird einfach die Achse Q weggelassen und die "Wand in der Wand" als a 1 stationär gefertigt. Es könnte u. U. erforderlich werden, daß bei größerem Umfang von a 1 oder/und extremer solarer (fokussierender) Bestrahlung a 1 (z. B.) auf Rollen gesetzt werden muß. Statt als Block kann a 1 (und T) auch mit Einzelteilen (z. B. Hohlbausteinen) geeigneten, wärmespeichernden Materials unter Beachtung der Ausdehnung erstellt werden. Weiterhin kann ein Rahmen aus vorwiegend wärmedämmendem Material die "Wand in der Wand" umfassen, wenn z. B. eine thermische Weiterleitung an andere Bauteile, wie z. B. Türen, Fenster etc., nicht zweckmäßig erscheint. Das für T und a 1 verwendete Material kann sowohl aus festen als auch aus anderen, z. B. flüssigen, Stoffen bestehen. Zur besseren Aufnahme gebündelter Reflexion kann T so gestaltet werden, daß sie mit ihrer Fläche (bzw. Flächen) gute Einfallswinkel gewährleistet, Fig. 1e und Fig. 9f. Nach erfolgter Drehung in den Innenraum wird dann die Wärme in verschiedener Richtung abgestrahlt, während die Rückseite von T nun noch weitere solare Einstrahlung erhält.

3. Auf dem, der Sonne, dem jeweiligen Azimut und der Altitude (R und R 1 betreffend) entsprechend nachgeführten, in Gelenken beweglichen und u. a. zusammenklappbaren Reflexionswagen k können auch die Reflexionsschirme V montiert werden, insbesondere bei Ansteigen der Altitude; und somit Freiraum für die Aufstellung weiterer Reflexionsflächen (sowohl separat als auch mit k verbunden) gewonnen werden, Fig. 9g. Fig. 9e zeigt bereits einen solchen Freiraum im Bereich c.

4. Den steuerbaren Reflexionsschirmen V können zur Aufnahme seitlicher solarer Einstrahlung (z. B. aus Ost bzw. West) zwei weitere, jeweils seitlich von V, u. U. an V montierte und von dort ausklappbare, steuerbare Reflexionsschirme beigegeben werden.

5. Die Reflexionsrollos R 2 können auch beweglich installiert werden, so daß sie von der Wand unterschiedlich ausziehbar sind. Dies geschieht über die Achse q und die Aufhängung U, in deren Schiene die Rollos seitlich schwenkbar laufen, um dem jeweiligen Sonnenstand folgen zu können, Fig. 9h.