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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen einer
ersten und einer zweiten Wand, die in Kontakt mit einer bzw. einer zweiten
thermischen Masse stehen.
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Es
sind bereits Vorrichtungen dieser Art bekannt, die insbesondere
zum Wärmeaustausch
zwischen einer Wand, die geeignet ist, durch Sonneneinstrahlung
erwärmt
zu werden, und einer anderen Wand wie z.B. einer Gebäudemauer,
einem Wasserbehälter,
usw. verwendet werden. In diesem Fall ist eine der thermischen Massen
die äußere Umgebungsluft,
während
die andere thermische Masse das Gebäude, der Behälter usw.
ist.
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In
dieser speziellen Anwendung müssen
derartige Vorrichtungen die von der Sonneneinstrahlung stammende
Wärme auf
die zu erwärmenden
Wand übertragen
können,
wobei ein Wärmeaustausch
in Gegenrichtung verhindert wird, wenn die Sonneneinstrahlung nicht
mehr vorhanden ist.
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Das
Dokument FR-A-2578312 beschreibt eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch,
die die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
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Die
bekannten Vorrichtungen erlauben es nicht immer, alle in der Praxis
auftretenden Situationen zu beherrschen und sind im Allgemeinen
auf die Erwärmung
einer Wand und einer damit verbundenen thermischen Masse begrenzt,
aufgrund der Sonneneinstrahlung und der Wärmedämmung dieser thermischen Masse,
wenn die Sonneneinstrahlung nicht mehr vorhanden ist.
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Es
lassen sich auch andere Situationen auffinden, in denen es wünschenswert
ist, die besagte thermische Masse zu kühlen.
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Es
besteht folglich ein Bedarf, eine Wärmeaustauschvorrichtung bereitzustellen,
die geeignet ist, auf verschiedene Situationen anzusprechen, um insbesondere
entweder ein Erwärmen
oder eine Wärmedämmung oder
außerdem
eine Kühlung
oder eine Wärmedämmung zu
ermöglichen.
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Die
Erfindung schlägt
zu diesem Zweck eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch der in der Einleitung
definierten Art vor, welches ein Isoliermodul aufweist, das geeignet
ist, zwischen einer ersten Wand und einer zweiten Wand angeordnet
zu sein, um eine geschlossene Zirkulationsschleife eines Kühlmediums
zu umgrenzen, das einen ersten Kanal aufweist, der sich im wesentlichen
senkrecht entlang der ersten Wand erstreckt und einen zweiten Kanal,
der sich im wesentlichen senkrecht der zweiten Wand erstreckt, wobei
der erste Kanal und der zweite Kanal in Vertikalrichtung gegeneinander
versetzt sind, um einen „tiefer
gelegenen Kanal" und
einen „höher gelegenen
Kanal" zu definieren,
sowie einen oberen Kanal, der den ersten Kanal und den zweiten Kanal verbindet,
und einen unteren Kanal der den ersten Kanal und den zweiten Kanal
verbindet,
derart, dass die Zirkulation des Kühlmediums
sich auf natürliche
Weise in der Schleife vollzieht, wenn der tiefer gelegene Kanal
sich auf einer höheren
Temperatur als der höher
gelegene Kanal befindet, was einen Wärmeaustausch ermöglicht,
und
dass die Zirkulation des Kühlmediums
auf natürliche
Weise in der Schleife blockiert wird, wenn der tiefer gelegene Kanal
eine niedrigere Temperatur als der höher gelegene Kanal aufweist,
was den Wärmeaustausch
unter Bildung eines Wärmeisolators
unterbindet.
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Man
erreicht auf diese Weise eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch, die man als "thermische Diode" in Analogie zur
Elektrotechnik bezeichnen kann.
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Diese
Vorrichtung zum Wärmeaustausch, die
zahlreiche Anwendungen vorfindet, erlaubt es, aufgrund des Aufbaus
der Kanäle
und insbesondere dank der vertikalen Verschiebung des ersten Kanals und
des zweiten Kanals, eine Zirkulation des Kühlmediums durch einfache Konvektionsbewegung
zu gestatten oder zu verwehren, und dies in Abhängigkeit der entsprechenden
Temperaturen des ersten Kanals und des zweiten Kanals.
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Mit
anderen Worten, die Zirkulation des Kühlmediums ist auf natürliche Weise
dank der Konvektion des Kühlmediums
wirksam oder wird verhindert.
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Denn
wenn der tiefer gelegene Kanal sich auf einer höheren Temperatur als der höher gelegene Kanal
befindet, tendiert das Medium dazu, auf natürliche Weise vom tiefer gelegenen
Kanal hin zum höher
gelegenen Kanal zu steigen, indem es den oberen Kanal (der ansteigende)
als Weg einschlägt.
Anschließend
kühlt sich
das Medium im höher
gelegenen Kanal ab, der eine geringere Temperatur aufweist, und
sinkt auf natürliche
Weise ab, um wieder in den tiefer gelegenen Kanal über den
unteren Kanal (de abfallenden) zu gelangen, usw.
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Umgekehrt
tendiert das Medium dazu aufzusteigen, wenn der tiefer gelegene
Kanal sich auf einer niedrigeren Temperatur als der höher gelegene Kanal
befindet, um den höher
gelegenen Kanal zu erreichen, und dazu, in diesem Kanal stillzustehen,
der sich auf einer höheren
Temperatur befindet als der tiefer gelegene Kanal. Aufgrund dieser
Stagnation wird der höher
gelegene Kanal mit warmem Kühlmedium
gefüllt,
wodurch die Bildung einer Wärmeisolierung
für die
neben dem höher
gelegenem Kanal gelegene thermische Masse ermöglicht wird. Man findet dann
ein Phänomen
der Temperaturschichtung vor, in dem das wärmste Kühlmedium im oberen Abschnitt
der Schleife und das kälteste
Kühlmedium
im unteren Abschnitt der Schleife stillsteht.
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Es
versteht sich, dass eine derartige Vorrichtung zahlreiche Anwendungen
wie z.B. Heizung, Wärmedämmung und
Kühlung
von Gebäuden
findet.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung bildet der erste Kanal einen tiefer gelegenen Kanal
und der zweite Kanal einen höher
gelegenen Kanal, was das Sicherstellen eine Wärmeaustauschs ermöglicht, wenn
die Temperatur des ersten Kanals höher als die des zweiten Kanals
ist, und das Unterbinden eines Wärmeaustauschs
ermöglicht,
wenn die Temperatur des ersten Kanals niedriger als die des zweiten
Kanals ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
bildet der erste Kanal einen höher
gelegenen Kanal und der zweite Kanal einen tiefer gelegenen Kanal,
was das Sicherstellen eines Wärmeaustauschs
ermöglicht, wenn
die Temperatur des ersten Kanals niedriger ist als die des zweiten
Kanals, und das Unterbinden eines Wärmeaustauschs ermöglicht,
wenn die Temperatur des ersten Kanals höher ist als die des zweiten Kanals.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist die Vorrichtung Auswahlmittel auf, um die Vorrichtung
in die eine oder die andere von zwei Stellungen zu bringen, die
eine erste Stellung, in der der erste Kanal einen tiefer gelegenen
Kanal und der zweite Kanal einen höher gelegenen Kanal bildet,
und eine zweite Stellung umfassen, in der der erste Kanal einen
höher gelegenen
Kanal und der zweite Kanal einen tiefer gelegenen Kanal bildet.
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Daraus
resultiert, dass dieselbe Vorrichtung verwendet werden kann, um
z.B. als Heizung, zur Kühlung
oder zur Wärmedämmung eines
Gebäudes zu
fungieren.
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Auf
diese Weise ist es z.B. mit dieser Vorrichtung möglich, während der Winterperiode die
Heizung des Gebäudes
tagsüber
durch Sonneneinstrahlung und die Wärmedämmung des Gebäudes während der
Nacht sicherzustellen. Es ist in gleicher Weise möglich, während der
Sommerperiode die Wärmedämmung des
Gebäudes
tagsüber
und die Kühlung
während
der Nacht sicherzustellen, wenn die Außentemperatur niedriger als
die Innentemperatur des Gebäudes
ist.
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In
einer Ausführungsform
weist die Vorrichtung erste Module, die in der ersten Stellung angeordnet
sind und zweite Module auf, die in der zweiten Stellung angeordnet
sind, und die-Auswahlmittel
weisen Mittel zum in Betrieb setzen der ersten oder der zweiten
Module auf.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Module in einer Stellung angeordnet, und die Auswahlmittel
weisen Umkehrmittel auf, um die Module zu drehen, damit sie sich
in der anderen der beiden Stellungen befinden.
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So
kann die Vorrichtung z.B. in Form eines Ladens oder dergleichen
angeordnet werden, die ein oder mehrere Module umfasst und die geeignet
ist, von der ersten Stellung in die zweite Stellung oder umgekehrt
durch Umdrehen umzuschalten.
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Es
ist ebenfalls vorstellbar, dass die Vorrichtung Mittel zum Blockieren
aufweist, um nach Wahl die Zirkulation des Kühlmediums zu blockieren und so
den gesamten Wärmeaustausch
zu unterbinden.
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In
einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die erste Wand geeignet,
einer Sonnenstrahlung ausgesetzt zu sein, während die zweite Wand an einer
zu wärmenden
oder zu kühlenden
thermischen Masse angebracht ist.
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So
kann die zweite Wand beispielsweise eine Gebäudemauer sein.
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Das
Kühlmedium
ist vorzugsweise Luft, es ist jedoch möglich, andere Medien, insbesondere
Flüssigkeiten,
zu verwenden.
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Das
Modul ist vorteilhafterweise aus Wärmedämmmaterial gebildet. Dieses
kann insbeson dere aus einem Polymer, Gasbeton und einem biegsamen Material
wie z.B. Stoff ausgewählt
werden.
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In
einer Ausführungsform
weist das Modul eine Isolierkern, der geeignet ist, zwischen der
ersten Wand und der zweiten Wand angeordnet zu sein, um zur Bildung
des ersten Kanals bzw. des zweiten Kanals beizutragen, sowie eine
obere Zwischenwand und eine untere Zwischenwand auf, die geeignet sind,
oberhalb bzw. unterhalb des Kern angeordnet zu sein, um zur Bildung
des oberen Kanals und des unteren Kanals beizutragen.
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In
der nachfolgenden Beschreibung, die lediglich als Beispiel dient,
wird auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, in denen:
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– 1 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist, die im Heizmodus arbeitet;
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– 2 eine
zu 1 analoge Sicht ist, die die gleiche Vorrichtung
darstellt, die im Wärmeisolatormodus
arbeitet;
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– 3 eine
Vorderansicht der Vorrichtung der 1 und 2 ist;
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– 4 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist, die im Wärmedämmmodus
arbeitet;
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– 5 eine
zu 4 analoge Ansicht ist, die die Vorrichtung zeigt,
die im Kühlmodus
arbeitet;
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– 6 eine
Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung ist, die in Form eines Ladens angeordnet ist, der
sich in einer ersten Stellung befindet;
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– 7 eine
zu 6 analoge Ansicht ist, die den Laden zeigt, der
sich in einer zweiten Stellung befindet;
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– 8 eine
horizontale Schnittansicht ist, die einen gleitend angeordneten
Laden in eingefahrener Position zeigt;
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– 9 eine
zu 8 analoge Sicht ist, die den Laden in Betriebsstellung
zeigt;
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– 10 eine
senkrechte Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist, die im Heizmodus arbeitet;
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– 11 eine
zu 10 analoge Ansicht ist, die die Vorrichtung zeigt,
die im Wärmedämmmodus arbeitet;
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– die 12 und 13 Schnittansichten
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind, die Mittel zum Blockieren aufweist und die in zwei unterschiedlichen
Stellungen dargestellt ist;
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– die 14 und 15 zu
den 12 und 13 analoge
Ansichten sind, die eine weitere Vorrichtung zeigen, die Mittel
zum Blockieren aufweist und die in zwei unterschiedlichen Stellungen
dargestellt ist;
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– 16 und 17 Perspektiv-
bzw. Frontansichten einer Vorrichtung sind, die Module gemäß der 12 und 13 aufweist,
die mit Modulen gemäß den 14 und 15 alternieren;
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– 18 und 19 Schnittansichten
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind, die Auswahlmittel aufweist und in zwei unterschiedlichen Stellungen
dargestellt ist;
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– 20 und 21 Perspektiv-
bzw. Schnittansichten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind, die in
Form eines Gussblocks ausgeführt ist;
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– 22 eine
Schnittansicht einer enrfidungsgemäßen Vorrichtung ist, die als
Sonnenkollektor zur Wassererwärmung
verwendet wird;
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– 23 eine
Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, die in
Form eines schwenkbaren Ladens angeordnet ist;
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– 24a eine schematische horizontale Schnittansicht
des in 23 abgebildeten Ladens in einer
ersten Stellung ist;
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– 24b eine vertikale Schnittansicht ist, die 24a entspricht;
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– die 25a und 25b den 24a bzw. 24b in
einer zweiten Stellung des Ladens entsprechen;
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– 26 eine
Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, die in
Form eine Drehelements ausgeführt
ist;
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– 27 eine
horizontale Schnittansicht der Vorrichtung aus 26 ist;
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– 28a eine vertikale Schnittansicht der Vorrichtung
der 26 und 27 in
einer ersten Stellung ist; und
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– 28b eine zu 28a analoge
Ansicht in einer zweiten Stellung der Vorrichtung ist.
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Es
wird zunächst
auf 1 Bezug genommen, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 darstellt,
die ein Wärmedämmmodul 12 aufweist,
das geeignet ist, zwischen einer ersten Wand 14 und einer
zweiten Wand 16 angeordnet zu sein.
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Im
Beispiel bildet die Wand 14 eine Außenwand, die geeignet ist,
einer Sonneneinstrahlung S ausgesetzt zu sein, während die Wand 16 Teil
einer Mauer 18 eines Gebäudes ist. Die Wände 14 und 16 sind
im wesentlichen senkrecht und sind in einem Abstand D voneinander
angeordnet, der beispielhaft zwischen 100 und 200 mm sein kann.
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Die
Wand 14 kann in ihrer einfachsten Ausführung durch ein einfaches Metallblech
gebildet sein, z.B. mit schwarzer Farbe überzogen.
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Das
Modul 12 umfasst mindestens einen Isolierkern 20,
der in Vertikalschnittansicht im wesentlichen die Form eines Parallelogramms
aufweist. Dieser Isolierkern 20 ist z.B. zwischen zwei
vertikalen Stützen 22 (3)
angeordnet, die einen Rahmen bilden. Dieser Isolierkern 20 ist
zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand eingesetzt, ohne allerdings
mit jenen in Kontakt zu kommen. Das Modul weist darüber hinaus
eine isolierende obere Zwischenwand 24 und eine isolierende
untere Zwischenwand 26 auf, die geeignet sind, über bzw.
unter dem Isolierkern 20 angeordnet zu werden. Diese beiden Zwischenwände 24 und 26 sind
geneigt eingebaut und erstrecken sich zwischen den Wänden 14 und 16.
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Es
ist anzumerken, dass die Zwischenwand 24 eine untere Zwischenwand
für einen
weiteren Isolierkern 20 bildet, der darüber angeordnet ist, und dass
die Zwischenwand 26 eine obere Zwischenwand für einen
weiteren darunter angeordneten Kern 20 bildet. Die Zwischenwände 24 und 26 sind
in gleicher Weise zwischen den Stützen 22 (3)
montiert.
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Es
versteht sich, dass der Kern 20, die Zwischenwände 24 und 26 sowie
die Wände 14 und 16 auf
diese Weise dazu beitragen, eine Strecke einer geschlossenen Zirkulationsschleife
zu definieren. Diese Schleife weist einen ersten Kanal 28,
der sich im Wesentlichen entlang der ersten Wand 14 erstreckt,
und einen zweiten Kanal 30 auf, der sich im Wesentlichen
senkrecht entlang der zweiten Wand 16 (1)
erstreckt.
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Diese
Kanäle 28 und 30 sind
voneinander in Vertikalrichtung beabstandet, um einen "tiefer gelegenen
Kanal" (hier der
erste Kanal 28) und einen "höher
gelegenen Kanal" (hier
der zweite Kanal 30) zu definieren.
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Die
Kanäle 28 und 30 sind
im oberen Abschnitt durch einen oberen Kanal 32 und im
unteren Abschnitt durch einen Kanal 34 verbunden. Diese Kanäle 32 und 34 sind
im wesentlichen parallel zueinander und sind vom Kanal 28 an
in Richtung des Kanals 30 aufwärts gerichtet. Durch die Tatsache, dass
die Kanäle 28 und 30 gegeneinander
verschoben sind, besitzt der Kanal 28 einen Hochpunkt PH, der
im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie der Tiefpunkt PB liegt,
der vom Kanal 30 umfasst ist. Selbstverständlich könnte der
Hochpunkt PH auf einem etwas höheren
Niveau als der Tiefpunkt PB liegen oder auf einem noch etwas niederen
Niveau als der Tiefpunkt PB.
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Die
Kanäle 28, 30, 32 und 34 werden
von einem Kühlmittel
FC umgeben und durchlaufen, das im Beispiel Luft ist. Diese Luft
kann auf natürliche
Weise in den Kanälen
zirkulieren, ohne jegliche äußere Hilfe,
in Abhängigkeit
der Temperaturdifferenzen, die zwischen den Wänden 14 und 16 vorhanden
sind.
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Im
Falle von 1 wird die Vorrichtung im Winter
und tagsüber
verwendet, um die Aufheizung der Mauer 18 aufgrund der
Sonneneinstrahlung S sicherzustellen. Die Wand 14 und damit
der Kanal 28 (tiefer gelegener Kanal) befinden sich auf
einer höheren
Temperatur als die Wand 16, folglich auch als der Kanal 30 (höher gelegener
Kanal). Das Medium FC wird im Kanal 28 erwärmt und
tendiert dazu, auf natürliche
Weise dadurch, dass es leichter wird, aufzusteigen und nimmt folglich
den ansteigenden Kanal 32, um den Kanal 30 entlang
der Wand 16 zu erreichen. Da diese Wand sich auf einer
niedrigeren Temperatur als die Wand 14 befindet, kühlt das
Medium ab und tendiert dazu, auf natürliche Weise nach unten abzusinken,
um entlang der Wand 16 zu wandern und anschließend über den
Kanal 34 abzusinken, um den Kanal 28 zu erreichen
usw. So lange die Wand 14 eine höhere Temperatur als die Wand 16 aufweist, zirkuliert
das Medium FC naturgemäß im durch
die Pfeile in 1 angezeigten Sinn, um einen
Wärmeaustausch
sicherzustellen, der ein Erwärmen
der Wand 18 aufgrund der Sonneneinstrahlung S ermöglicht.
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In
der dargestellten Ausführungsform
sind der Kern 20 und die Zwischenwände 24 und 26 in
einem Wärmedämmmaterial
ausgeführt,
das z.B. ein Polymer (Styropor, Polyurethan usw.) oder auch ein Gasbeton
sein kann, der außerdem
Leichtbeton genannt wird.
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Die
Breite L des Kerns 20 und der Zwischenwände 24 und 26 kann
z.B. zwischen 50 cm und 5 m liegen (3).
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Es
wird nun auf 2 Bezug genommen, die die Vorrichtung
aus 1 im Winter und während der Nacht zeigt. In dieser
Konfiguration ist die Sonneneinstrahlung S nicht mehr vorhanden
und die Wand 14 ist nun der Umgebungsluft ausgesetzt, die
sich auf einer niedrigeren Temperatur als die an der Wand 18 angebrachte
Wand 16 befindet. Daraus ergibt sich, dass die Wand 14 eine
kalte und die Wand 16 eine warme Wand bildet.
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Deshalb
wird das Kühlmedium
FC durch die Wand 16 erwärmt und tendiert dazu, im Kanal 30,
der entlang der Wand 16 angeordnet ist und im Kanal 32 stillzustehen,
aufgrund der Tatsache, dass der Kanal 30 (höher gelegener
Kanal) und der Kanal 32 sich auf einem höheren Niveau
als der Kanal 28 (tiefer gelegener Kanal) und der Kanal 34 befinden.
Auf diese Weise wird die Zirkulation des Mediums FC naturgemäß blockiert
und verhindert einen Wärmeaustausch zwischen
den Wänden 14 und 16.
Das wärmste
Medium FC verbleibt im oberen Abschnitt der Schleife und das kälteste Medium
FC im unteren Abschnitt der Schleife.
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Da
das warme Medium FC dazu tendiert, im Kanal 30 stillzustehen,
ergibt sich daraus die Bildung einer Wärmeisolierung, die den Wärmeverlust
erheblich verringert.
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Es
versteht sich, dass man auf diese Weise eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch
erhält,
die man als "thermische
Diode" bezeichnen
kann, die auf natürliche
Weise funktioniert, ohne jegliche äußere Einwirkung, um in der
Winterperiode tagsüber
die Heizung (1) und während der Nacht die Wärmedämmung zu
gewährleisten.
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Es
wird nun auf die 4 und 5 Bezug genommen,
die eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung
darstellen, die der der 1 und 2 ähnelt, deren
Konfiguration jedoch unterschiedlich ist.
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Denn
im Falle der 4 und 5 bildet
der erste Kanal 28 einen höher gelegenen Kanal und der zweite
Kanal 30 einen tiefer gelegenen Kanal, obwohl der obere
Kanal 32 und der untere Kanal 34 von der Wand 14 in
Richtung der Wand 16 abwärts gerichtet sind. Eine solche
Vorrichtung findet insbesondere während der Sommerzeit Anwendung,
um die Wärmedämmung eines
Gebäudes
tagsüber
(4) und die Abkühlung
dieses Gebäudes
während
der Nacht (5) zu gewährleisten.
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Tagsüber (4)
ist die Wand 14 der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Daraus
ergibt sich, dass das Medium FC sich entlang der Wand 14 erwärmt und
in der Folge dazu tendiert, in dem oberen Abschnitt der Schleife
zu verbleiben, d.h. im Kanal 28 (höher gelegener Kanal) und im
Kanal 32. Das Medium mit niedrigerer Temperatur tendiert
dazu, im unteren Abschnitt der Schleife zu verbleiben, d.h. im Kanal 30 (tiefer
gelegener Kanal) und im Kanal 34, d.h. an der Wand 16.
Deshalb ist die Zirkulation des Kühlmediums auf natürliche Weise
blockiert und man erreicht eine Wärmedämmung aufgrund der Tatsache, dass
die durch die Sonneneinstrahlung S gelieferte Wärme sich nicht auf die Wand 16 übertragen
kann. Es ist da vorteilhaft, für
die Wand 14 ein weißes
Blech zu verwenden, um die Wärmeabsorption
zu minimieren.
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Im
Fall der 5 ist die Wand 14 nicht
mehr der Sonneneinstrahlung ausgesetzt und befindet sich auf einer
niedrigeren Temperatur als die Wand 16. Daraus resultiert,
dass das Kühlmedium
dazu tendiert, auf natürliche
Weise durch Konvektion im durch die Pfeile angezeigten Sinn zu zirkulieren.
Auf diese Weise erwärmt
sich das Medium FC im Kanal 30 (tiefer gelegener Kanal),
erreicht den Kanal 28 (höher gelegener Kanal) durch
den Kanal 32 und erreicht danach wiederum den Kanal 30 über den
Kanal 34 usw.
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Es
versteht sich, dass es interessant ist, eine Vorrichtung gemäß der 1 und 2 für die Winterperiode
und eine Vorrichtung der 4 und 5 für die Sommerzeit
anordnen zu können.
Nun sind die beiden Vorrichtungen aber symmetrisch. Folglich ist
es möglich,
die Stellung der 1 und 2 in jene
der 4 und 5 durch Umdrehen zu ändern.
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Auf
bequeme Weise lässt
sich ein Laden oder dergleichen wie in 6 dargestellt
realisieren. Dieser Laden 36 weist Kerne 20, die
mit Zwischenwänden 24 und 26 abwechseln,
und die zwischen zwei Wänden 14 und 16 angeordnet
sind, auf. Die Wand 14 und die Wand 16 können jede
durch eine einfache Glaswand oder ein Blech ausgebildet sein. Die
Wand 14 ist schwarz oder von dunkler Farbe, während die
Wand 16 weiß oder
in heller Farbe gehalten ist. Der Laden 36 ist hinter einer
Glasscheibe 42 eines Gebäudes angeordnet, die einer
Sonneneinstrahlung S ausgesetzt ist. Der Laden kann in Form eines
horizontal gleitenden Ladens (8 und 9)
und geeignet zum Verschieben in einer Führung 43 der Mauer 18 (8)
und zum Anordnen hinter der Glasscheibe 42 (9)
ausgeführt
sein.
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Während der
Winterperiode ist die Vorrichtung in der in 6 dargestellten
Position eingerichtet und arbeitet auf analoge Weise wie zuvor für die 1 und 2 beschrieben.
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Während der
Sommerperiode wird der Laden umgedreht und befindet sich in der
Stellung der 7, die der zuvor für die 4 und 5 beschriebenen
Funktionsweise entspricht. Mit anderen Worten, man erreicht tagsüber eine
Wärmedämmung und
während
der Nacht eine Kühlfunktion.
Dies wird durch die Tatsache begünstigt,
dass die weiße
Oberfläche
(Wand 16) nun der Sonneneinstrahlung S gegenüber liegt,
während
die schwarze Oberfläche (Wand 14)
auf der Gegenseite liegt.
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Es
wird nun auf die 10 und 11 Bezug
genommen, die eine weitere Ausführungsform der
Erfindung darstellen, die der der 1 und 2 ähnelt. Der
Hauptunterschied ergibt sich aus der Tatsache, dass die erste Wand 14 nacheinander
eine Glaswand 44, die der Sonneneinstrahlung ausgesetzt
ist, ein Gewebe 46 aus Glas oder Kunststoff und ein Blech 48 aufweist,
das auf der einen Seite mit einer schwarzen Beschichtung 50 und
auf der anderen Seite mit einer weißen Beschichtung 52 ausgestattet ist.
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Darüber hinaus
ist die Wand 14 mit einem Blockierelement 54 ausgestattet,
das in der Stellung von 10 nach
außen
gerichtet ist. Während
der Winterzeit befindet sich die Vorrichtung in der Konfiguration
von 10 und arbeitet auf analoge Weise wie jene der 1 und
2.
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Während der
Sommerzeit wird die Wand 14 umgedreht, so dass das Blockierelement 54 den
Kanal 28 abschließt.
Daraus ergibt sich, dass die Zirkulation des Kühlmediums FC absichtlich verhindert wird.
Dadurch kann das Kühlmedium
keinen Wärmeaustausch
von der der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Wand 14 zur
Wand 16 auf der Seite der Gebäudemauer gewährleisten.
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In
der Ausführungsform
der 12 und 13 findet
man eine Vorrichtung wieder, die der der 10 und 11 ähnelt. Das
Blockieren der Zirkulation des Mediums im Sommer wird hier jedoch durch
Rotation des Kerns 20 um eine Achse 56 herum bewirkt.
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Während der
Winterperiode findet sich der Kern 20 in der in 12 dargestellten
Position, d.h. er trägt
dazu bei, die Zirkulationskanäle
zu definieren, um ein Aufheizen zu gewährleisten. Während der Sommerzeit
dreht man den Kern 20 derart um seine Achse, dass er an
die Zwischenwände 24 und 26 anstößt, um die
Zirkulation des Mediums in der Schleife zu blockieren, wie in 13 dargestellt.
Mann erreicht auf diese Weise eine Wärmedämmung.
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Die
Ausführungsform
der 14 und 15 ähnelt der
der 12 und 13, mit
einer Anordnung entsprechend der der 4 und 5.
Dies bedeutet, dass der Kanal 28 und der Kanal 30 den höher gelegenen
bzw. den tiefer gelegenen Kanal bilden. Der Kern 20 ist
in gleicher Weise um eine Achse 56 schwenkbar angeordnet.
Während
der Sommerzeit (15) wird der Kern derart gestellt,
um die Zirkulation des Kühlmediums
zu erlauben, wohingegen während
der Winterperiode (14) der Kern geschwenkt ist,
um die Zirkulation des Mediums in den Kanälen 28 und 30 zu
blockieren.
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Die
Vorrichtung der 16 und 17 weist erste
Module 12a auf, die den 12 und 13 entsprechen
und mit zweiten Modulen 12b alternieren, die den 14 und 15 entsprechen.
Diese Module sind aneinandergereiht und derart angeordnet, dass
die Kerne 20 synchron schwenken können. Auf den 16 und 17 sind
die Module 12a in Winterstellung für die Heizung (s. 12)
und die Module 12b in Winterstellung zur Wärmedämmung (s. 14).
Wenn man die Kerne synchron schwenkt, gelangen die Module 12a in
Sommerstellung zur Wärmedämmung (s. 13)
und die Module 12b in Sommerstellung zur Abkühlung (s. 15).
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In
der Ausführungsform
der 18 und 19 sind
die Kanäle 28 und 30 der
Vorrichtung miteinander über
zwei obere Kanäle 32a und 32b verbunden,
die sich im rechten Winkel schneiden und über zwei untere Kanäle 34a und 34b,
die sich im rechten Winkel schneiden. Auf Höhe der beiden auf diese Weise
gebildeten Kreuzungen sind zwei Auswahleinrichtungen 58 bzw. 60 angeordnet,
die jeweils aus einem Drehschieber vom Typ mit vier vorgesehenen
Zweigen ausgebildet sind, um synchron angetrieben zu werden und
in der einen oder der anderen der beiden Stellungen eingestellt
zu sein. Die vorher erwähnten
Kanäle
werden von den Wänden 14 und 16 sowie
den äußeren Kernen 62 und 64 begrenzt und
durchqueren darüber
hinaus einen zentralen Kern 66.
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In
einer ersten oder Winterstellung, dargestellt in 18,
wird die Zirkulation des Kühlmediums in
den Kanälen 32a und 34a erlaubt,
die vom Kanal 28 hin zum Kanal 30 ansteigend ausgerichtet
sind und wird in den Kanälen 32b und 34b blockiert,
die vom Kanal 28 hin zum Kanal 30 abfallend ausgerichtet
sind. Die Vorrichtung funktioniert folglich wie die der 1 und 2.
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In
einer zweiten oder Sommerstellung, dargestellt in 19,
wird die Zirkulation des Kühlmediums
in den Kanälen 32b und 34b zugelassen
und in den Kanälen 32a und 34a blockiert.
Die Vorrichtung funktioniert folglich wie die der 4 und 5.
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Die
Vorrichtung der 20 und 21 besteht
aus einem Block 68 der allgemeinen Form eines Parallelepipeds,
der aus einem Wärmedämmmaterial,
z.B. Kunststoff oder Gasbeton gegossen ist. Es ist vorgesehen, dass
man ihn senkrecht mit einem oder mehreren anderen gleichen Blöcken wie
in 21 gezeigt stapeln kann. Er weist zwei Kernabschnitte 20a und 20b auf,
die auf der einen und anderen Seite einer schrägen Zwischenwand 70 angeordnet
sind. Er definiert zwei vertikale Kanäle 28 und 30, die
entsprechend entlang den beiden großen vertikalen sich gegenüberliegenden
Flächen
des Blocks angeordnet sind, sowie einen schrägen Kanal 32, der über der
Zwischenwand 70 angeordnet ist und in Verbindung mit dem
Senkrechten Kanal 28 steht, sowie einen weiteren schrägen Kanal 32,
der unter der Zwischenwand 70 angeordnet ist und in Verbindung
mit dem senkrechten Kanal 30 steht. Wenn die Blöcke aufeinander
gestapelt sind, bildet man eine Vorrichtung, die sowohl der der 1 und 2 als
auch der der 4 und 5 ähnelt, je
nach dem ob die Kanäle 28 auf
der Seite der Sonneneinstrahlung angeordnet sind oder nicht.
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Es
wird nun Bezug genommen auf die 22, die
eine weitere Ausführungsform
der Erfin dung zeigt, in der die Vorrichtung der der 1 und 2 ähnelt, aber
dazu verwendet wird, um das Erwärmen
von Wasser zu gewährleisten,
das in den an die Wand 16 angebauten Kanälen 72 zirkuliert.
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Es
ist in gleicher Weise anzumerken, dass die Wände 14 und 16 nicht
mehr exakt vertikal verlaufen, sondern um einen Winkel A von ungefähr 30° bezüglich der
Vertikalen geneigt sind. Dort bildet der Kanal 28 immer
noch, wie in den 1 und 2 einen
tiefer gelegenen Kanal und der Kanal 30 einen höher gelegenen
Kanal. Daraus ergibt sich, dass man die Aufheizung des Wassers unter
der Wirkung der Sonneneinstrahlung gewährleisten und anschließend die
Abkühlung
dieses Wassers durch Schaffung eines Wärmeisolators verhindern kann,
wenn keine Sonneneinstrahlung mehr vorhanden ist.
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Die
Vorrichtung in 23 ist in Form eines Ladens 36 ausgeführt, der
um eine vertikale Achse 74 schwenkend angeordnet ist, wodurch
die Vorrichtung zwei unterschiedliche Stellungen annehmen kann,
eine erste Stellung (24A und 24B), die
einer Einstellung "Winter" entspricht, und
eine zweite Stellung (25A und 25B), die einer Einstellung "Sommer" entspricht. Der Laden 36 ist dazu
geeignet, entlang einer Mauer 18 zwischen den beiden erwähnten Stellungen
zu schwenken und ähnelt
auf diese Weise einem Laden, der eine Schwenkung "à la française" aufweist.
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Der
Laden 36 ähnelt
dem zuvor unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschriebenen.
Er weist Kerne 20 auf, die mit Zwischenwänden 24 und 26 abwechseln
und die zwischen den beiden Wänden 14 und 16 angeordnet
sind. Die Wand 14 ist hier ein schwarzes Empfangsblech,
das hinter einer Scheibe 42 angeordnet ist, während die
Wand 16 aus einem weißen
Blech besteht. In der Einstellung "Winter" sind die Scheibe 42 und die
Wand 14 nach außen hin
angeordnet, während
die Wand 16 nach innen hin angeordnet ist, d.h. auf die
Mauerseite. In der Einstellung "Sommer" findet man die entgegengesetzte
Situation vor.
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Während der
Winterperiode ist die Vorrichtung in der Stellung der 24A und 24B angeordnet
und arbeitet auf gleiche Weise wie die der 1 und 2.
Während
der Sommerzeit wird der Laden umgedreht und funktioniert auf gleiche
Weise wie der der 4 und 5.
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Die
Vorrichtung in 26 ist in Form eines radförmigen Elementes 36 ausgeführt, das
um eine Achse 76 eingerichtet ist, die senkrecht zu einer
Mauer 18 steht. Wie in der vorherigen Ausführungsform weist
die Vorrichtung Kerne 20 abwechselnd mit Zwischenwänden 24 und 26 auf,
die zwischen zwei Wänden
angeordnet sind, nämlich
einer äußeren Wand 14,
die hier ein schwarzes Blech ist und einer inneren Wand 16,
die hier aus einem schwarzen Blech besteht. Eine Glasscheibe 42 ist
außen
angeordnet.
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Zwischen
der Glasscheibe 42 und der Wand 14 ist eine Reihe
von beweglichen Lamellen 78 vorgesehen, die jede um eine
horizontale Achse 80 herum angelenkt sind, die hinter der
Glasscheibe 42 angeordnet ist. Diese Lamellen haben eine
weiße
Farbe und sind geeignet, in Abhängigkeit
der Position des Ladens 36 zu verschwenken. In einer ersten
Stellung (28A), die einer Wintereinstellung
entspricht, sind die Lamellen 78 in Abhängigkeit der Sonnenstellung
geneigt und ermöglichen
den Sonnenstrahlen, auf das Blech 14 aufzutreffen. In einer
zweiten Stellung (28B), die der Sommereinstellung
entspricht, schwenken die Lamellen 78 in die Vertikale und
kommen so zum Anliegen gegen und hinter der Glasscheibe 42,
wodurch ein Eindringen der Solarenergie in die Mauer verhindert
wird.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die zuvor beispielhaft
beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass sie weitere Anwendungen finden kann, außerhalb
der Heizung, der Kühlung
und der Wärmedämmung von
Gebäuden. So
ist es mit einer derartigen Vorrichtung möglich, die Aufheizung eines
Ofens (Solarofens), die Heizung eines Schwimmbads, eines Treibhauses
etc. sicherzustellen. Es ist ebenfalls möglich, für eine Wärmedämmung von Kühleinheiten zu sorgen.
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In
allen Fällen
schafft man eine Art "thermische
Diode", die eine
Zirkulation des Kühlmediums auf
natürliche
Weise zulässt
oder verhindert, was die Ausführung
der Vorrichtung vereinfacht.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
andere Medien, insbesondere Flüssigkeiten,
zu verwenden, obwohl die Erfindung mit Bezug auf ein Kühlmedium
beschrieben wurde, das aus Luft gebildet ist.
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Schließlich ist
die Ausführung
des oder der Module für
zahlreiche Abwandlungen geeignet, insbesondere was die Auswahl des
Wärmedämmmaterials
betrifft. Dieses kann ebenfalls z.B. aus Stoffen oder dergleichen
gebildet sein.