DE3010063C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Klimatisierung von Gebäuden, bestehend aus mehrschichtigen, wärmegedämmten geschoß- oder brüstungshohen Wandelementen in Verbindung mit Wärmetau­ schern und einer Flüssigkeit als Wärmeträger, wobei an der Raum­ seite ein energieabgebender Wärmetauscher vorgesehen ist, der als aus mehreren Metallblechen gebildetes doppeltes Kanalsystem zur Durchströmung mit Heiz- oder Kühlwasser und zur Durchströ­ mung mit Raumluft ausgebildet ist, und daß zwischen außenseiti­ gen Wärmetauschern und dem raumseitigen Wärmetauscher zwei Spei­ cherbehälter zwischengeschaltet sind, von denen der eine als Warmwasserspeicher und der zweite als Kaltwasserspeicher dient, nach Patent P 29 32 628 C2.

Der Erfindung lieg die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung nach dem Hauptpatent zur Klimatisierung von Gebäuden so auszu­ bilden, daß sowohl absorbierte Wärmeenergie, als auch Kühlener­ gie auch bei relativ ge­ ringer Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträger und gewünschter Raumtemperatur voll wirksam sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der die Raumluft führende Kanal unmittelbar hin­ ter der inneren Verkleidung der Wandelemente angeordnet ist und daß der Heiz- oder Kühlwasser führende Teil des Kanals rohrförmig ausgebildet und innerhalb des die Raumluft füh­ renden Kanals angeordnet ist.

Im Gegensatz zum Hauptpatent, wo nur Metallbauelemente ver­ wendet werden, werden hier Holzbauelemente verwendet, die ebenfalls als geschoß- oder brüstungshohe Wandelemente vor­ gefertigt werden können. Diese Elemente können bei ausge­ bauten schrägen Dachgeschossen auch als Dachelemente mit der gleichen Funktion verwendet werden.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung wird vor­ geschlagen, daß bei Außenwänden mit großflächiger Verglasung und unzureichend geschlossener Wandfläche eine nach demselben Prinzip aufgebaute, elementierte Plafonddecke mit raumseiti­ gem Wärmetauscher die Wärme- oder Kühlenergieabgabe voll oder ergänzend übernehmen kann. Sofern genügend hohe Fensterstürze vorhanden sind, können auch im oberen Wandhohlraum luftdurch­ strömte Konvektoren vorgesehen werden. In beiden Fällen ist aber eine zwangsweise Durchströmung mit Luft mittels Ventila­ tor über ein verzweigtes Leitungsnetz erforderlich. Dabei kann die zugeführte Luft über Wärmetauscherrohre in den Spei­ cherbehältern vorgewärmt oder vorgekühlt werden. Im ersten Fall kann bei der Luftrückführung über den Kaltwasserspei­ cher zugleich Wärmeenergie zurückgewonnen werden.

Nähere Erläuterungen sind in der Beschreibung der Zeichnungen enthalten. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch und detailliert dar. Es zeigt

Fig. 1 einen Gebäudequerschnitt mit geschoßhohen Wandelementen,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Fassade gemäß Fig. 1,

Fig. 3 und 4 zwei Horizontalschnitte durch die Fassade gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine Ansicht der Rückseite der Innenverkleidung mit der Rohrführung in der Wand gemäß Fig. 1,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt der Fassade gemäß Fig. 1 mit einem äußeren Sonnen-Luftkollektor als Variante zu Fig. 2,

Fig. 7 und 8 zwei Horizontalschnitte durch die Fassade ohne und mit Gebäudestütze gemäß Fig. 6,

Fig. 9 einen Vertikalschnitt durch ein geneigtes Dachelement als weiteres Anwendungsbeispiel zu Fig. 1,

Fig. 10 einen Querschnitt durch das Dachelement gemäß Fig. 9,

Fig. 11 einen Gebäudequerschnitt mit brüstungshohen Wandele­ menten als Variante zu Fig. 1,

Fig. 12 einen Vertikalschnitt durch die Fassade gemäß Fig. 11,

Fig. 13 einen Horizontalschnitt durch das Fensterband der Fassade gemäß Fig. 11,

Fig. 14 und 15 zwei Horizontalschnitte durch die Brüstung der Fassade ohne und mit Gebäudestütze gemäß Fig. 11,

Fig. 16 eine Ansicht der Rückseite der Innenverkleidung mit der Leitungsführung in der Wand gemäß Fig. 11,

Fig. 17 ein Schema der verschiedenen Lüftungswege im Fenster­ band der Fassade gemäß Fig. 11,

Fig. 18 einen Vertikalschnitt der Fassade gemäß Fig. 11 mit äu­ ßerem Sonnen-Luftkollektor als Variante zu Fig. 12,

Fig. 19 und 20 zwei Horizontalschnitt durch die Brüstung der Fassade ohne und mit Gebäudestütze gemäß Fig. 18,

Fig. 21 einen Querschnitt durch ein abgehängtes Plafonddecken­ element mit raumseitigem Wärmetauscher,

Fig. 22 eine Rückansicht der Plafonddecke mit der Leitungs­ führung gemäß Fig. 21,

Fig. 23 einen Detailschnitt vom Anschluß der Plafonddecken­ elemente untereinander gemäß Fig. 21,

Fig. 24 einen Gebäudequerschnitt mit geschoßhohen Wand- und Fensterelementen mit oberem Sturzhohlraum zur Unter­ bringung von zwangsweise luftdurchströmten Rippenroh­ ren als Konvektoren, sowie Warm- und Kaltwasserspei­ chern (im Keller) mit luftdurchströmten Wärmetauscher­ rohren,

Fig. 25 einen Vertikalschnitt durch die Fassade gemäß Fig. 24,

Fig. 26 und 27 zwei Horizontalschnitte durch die Fassade mit und ohne Gebäudestütze gemäß Fig. 25,

Fig. 28 einen Querschnitt durch die Deckenkonstruktion mit luftführenden Kanälen und wasserführenden Leitungen gemäß Fig. 25.

Fig. 1, 11 und 24 zeigen jeweils einen Querschnitt eines Ge­ bäudes (1) mit der dritten Dimension in isometrischer Dar­ stellung als Übersichtszeichnung und Beispiele (11, 24) für eine mögliche Anwendung wasser- und luftdurchströmter Teile von Wandbauelementen im Holzbausektor. Die Konstruktion der Wandbauelemente (2) selbst ist jeweils in Fig. 2 bis 8 und 12 bis 20 und 24 bis 28 dargestellt. Fig. 9 und 10 enthalten statt der Wandbauelemente ein Anwendungsbeispiel desselben Systems für geneigte Dachelemente (9). Fig. 21 bis 23 zeigen ein Anwendungsbeispiel wasser- und luftdurchströmter Plafond­ elemente (21) für den Fall, daß unzureichende Außenwandflä­ che für die raumseitigen Wärmetauscher zur Verfügung steht.

Das Wandelement (2) gemäß Fig. 2 bis 8 besteht aus einem Massivholz-Rahmenwerk mit dazwischenliegender Wärmedämmung (25), die nach innen hin eine aufkaschierte Alufolie enthält. Hinter der Innenverkleidung (27) aus Metallblech oder Holz­ werkstoff-, Faserzement- oder Gipskartonplatten mit spaltsei­ tig aufkaschierter Alufolie (26) liegt ein Luftspalt (38), der für die Abgabe der Wärme- oder Kühlenergie mittels natür­ licher Luftumwälzung dient und der unten einen Zuluft- (29) und oben einen Abluftschlitz (34) mit regulierbaren Verschluß­ elementen (30) enthält. Im Luftspalt (38) liegen die heiz- und kühlwasserführenden Rohrschlangen (28) aus Metall oder Kunststoff. Eventuell bei Kühlung auftretendes Kondenswasser kann unten in einer Metallrinne (32) aufgefangen und durch Röhrchen nach draußen geleitet werden. Die Außenverkleidung der Wandbauelemente besteht in Fig. 2 bis 4 aus vertikaler Holzschalung (23) auf Querlattung (24). Die Wandbauelemente werden mit Bolzenschrauben und Decklatten (35, 37) unterein­ ander und an Fensterelemente verbunden. Die heiz- oder kühl­ wasserführenden, wärmegedämmten Steigleitungen (39) sind mit Vor- und Rückläufen zwischen Außenwand und Gebäudestütze (31) mit Verkleidungen (36) untergebracht und mit Thermostatven­ tilen (40) versehen.

Die Luftzirkulation im Raum wird bei Heizung infolge aufstei­ gender Luft im Luftspalt (38) von oben nach unten (Pfeil 4 in Fig. 1) und bei Kühlung infolge abfallender Luft im Luft­ spalt von unten nach oben (Pfeil 3 in Fig. 1) erfolgen.

Die in Fig. 1 im Kellergeschoß aufgenommenen Kalt- (6) und Warmwasserspeicher (6), die zusammen mit den über Rohrleitun­ gen durchströmten Wand-, Dach- oder Plafondelementen ein zu­ sammengehöriges System bilden, entsprechen in Darstellung und Beschreibung dem Hauptpatent 29 32 628 C2. Das Medium Wasser dient dabei in erster Linie als Speichermittel, das an geeig­ neter Stelle im Gebäude zentral gelagert wird, und in zweiter Linie als Transportmittel, das in einem Leitungsnetz (9) mit­ tels Umwälzpumpe (10) zu den durchströmten Bauelementen führt. Dem Kaltwasserspeicher (5) wird bei Wärmebedarf im Winter zwecks Einsparung fossiler Brennstoffe niedertemperierte, na­ türliche Wärmeenergie aus Sonnen- (20), Luft- (7) oder Wasser­ kollektoren (8) von außen zugeführt. Eine Wärmepumpe (11) zwi­ schen Kalt- (5) und Warmwasserspeicher (6) bringt letzteren mittels künstlicher Zusatzenergie auf die gewünschte Wasser­ temperatur, von wo aus die entsprechenden Bauelemente ther­ misch versorgt werden. Vom Warmwasserspeicher aus kann noch ein kleiner Brauchwarmwasserspeicher angeschlossen werden. Bei Kühlbedarf im Sommer kann dem Kaltwasserspeicher durch Luft- (7) oder Wasserkollektoren (8) in abgezweigtem Fluß- (12) oder Grundwasser (13) natürliche Kühlenergie zugeführt werden. Die Wärmepumpe (11), die in diesem Fall als Kühlpumpe fungiert, kann dem Kaltwasserspeicher (5) unerwünschte Wärme­ energie entziehen und diesen auf die gewünschte Wassertempe­ ratur bringen, wobei die an den Warmwasserspeicher abgeführ­ te Wärmeenergie für Brauchwarmwasser genutzt werden kann. In diesem Falle erfolgt die Kühlenergieversorgung der entspre­ chenden Bauelemente durch Umschalten auf den Kaltwasserspei­ cher. Die Wärmeübertragung in den beiden Speicherbehältern erfolgt durch berippte Wärmetauscher, wobei im Kaltwasser­ speicher einer für Kühlwasserentnahme (14), einer für Wärme­ pumpe (15), einer für äußere Wärme- oder Kühlquellen (16) und einer speziell für Sonnenkollektoren (21) dient. Im Warmwas­ serspeicher ist ein Wärmetauscher für Warmwasserentnahme (18), einer für die Wärmepumpe (19) und einer speziell für Sonnen­ kollektoren (22) bei hoher Wärmeabgabe vorgesehen. Zur Tempe­ raturstabilität und Erhöhung der Wärmespeicherfähigkeit sind im Warwasserspeicher ferner zylindrische Glasbehälter mit Calciumchloridflüssigkeit als Schmelzwärmespeicher (17) ein­ gebaut.

Fig. 6, 7 und 8 zeigen Vertikal- und Horizontalschnitte einer Variante des Wandbauelementes zu Fig. 2, 3 und 4 mit dem Unter­ schied, daß an der Außenseite statt der Holzverschalung (23) Sonnen-Luftkollektoren (41) (ohne Verglasung) vorgesehen sind, die auf Metallschienen (42) geklemmt werden. Sie bestehen aus zwei aufeinander geschweißten Profilblechen mit einem Kanalsy­ system zur Durchströmung mit frostsicherem Wasser, wobei sowohl aus eingestrahlter Sonnenergie als auch aus wärmerer Außen­ luft im Winter Wärmeenergie entzogen und dem Kaltwasserspei­ cher zugeführt werden kann. Dafür ist ein separates Leitungs­ netz vorgesehen.

Daß die Wandbauelemente mit (oder ohne) äußere Sonnen-Luftkol­ lektoren bei geleichem Aufbau auch als geneigte Dachelemente (43) verwendbar sind, zeigt Fig. 9 mit einem Dachquerschnitt und Fig. 10 mit einem Detailquerschnitt am Dachsparren (44). Der Anschluß der Dachelemente untereinander wird mit einem Metallprofil (45) abgedeckt. Fig. 5 zeigt die Rückseite der In­ nenverkleidung des Dachelementes mit den Rohrschlangen (28), die auf drei Befestigungsschienen (42) geklemmt sind.

Fig. 11 zeigt den Querschnitt eines Gebäudes analog zu Fig. 1, wobei die Wandbauelemente jedoch nicht geschoßhoch, sondern nur brüstungshoch ausgebildet sind, um mit einem durchlaufen­ den Fensterband eine gleichmäßige Raumbelichtung zu erhal­ ten. Da die Luftspalthöhe in den Brüstungen kleiner und damit auch der thermische Auftrieb geringer ist, ist eine erzwunge­ ne Luftumwälzung mittels Ventilator über ein separates Lei­ tungsnetz (47) vorgesehen. Dabei wird der Luftspalt des Dop­ pelfensters (50) in das Luftumwälzsystem mit einbezogen. Die gemäß Fig. 12 aus den Luftleitungen (47) über einen Verteiler­ querkanal vor dem Luftspalt unten an der Wand eingeführte Frischluft kann dann wahlweise entweder über den Abluft­ schlitz (34) im oberen Brüstungsteil oder durch den Doppel­ fensterspalt über den unteren Verteilerquerkanal (51) und die Verbindungsschlitze (53) (unten und oben) zum oberen Verteilerquerkanal (52) mittels Klappen (49) direkt in den Raum gelangen oder bei geschlossenen Klappen (49) in den Hohlraum der Decke geleitet und von dort über Wärmetauscher in der Plafonddecke (46) (vergleiche Fig. 21) dem Raum zu­ geführt werden. Bei Luftführung durch den Doppelfenster­ spalt kann an einer heruntergelassenen Jalousie (54) bei Sonnenstrahlung Wärme absorbiert und mit in den Raum ge­ führt werden. Fig. 13 zeigt einen Fensterrahmenquerschnitt, Fig. 14 einen Brüstungsquerschnitt ohne Gebäudestütze und Fig. 15 mit Gebäudestütze. Die nur brüstungshohen Wandbauele­ mente sind zur Versteifung mit durchlaufenden Holzstielen (55) an den Gebäudestützen befestigt.

Fig. 16 zeigt die Rückseite der Innenverkleidung der Brüstungs­ elemente zu Fig. 11 bis 14 mit den auf drei Klemmschienen (42) verlegten Rohrschlangen (28). An der Unterseite befindet sich die Vor- und an der Oberseite die Rücklaufleitung. Die ver­ schiedenen Lüftungsmöglichkeiten über den Doppelfensterluft­ spalt und die oberen und unteren Klappen (48, 49) zeigt Fig. 17 als Prinzipskizze. Dabei kann über den Zirkulationsweg 71 Aus­ senluft unmittelbar in den Raum gebracht werden. Mit dem Zir­ kulationsweg 72 kann bei heruntergelassener Jalousie (54) im Sommer unerwünschte Wärmeenergie direkt nach draußen abge­ führt und mit dem Zirkulationsweg 73 erwünschte Wärmeenergie im Winter nach innen geführt werden. Letzteres ist auch mit dem zuvor beschriebenen Zirkulationsweg 74 möglich.

Fig. 18, 19 und 20 zeigen Vertikal- und Horizontalschnitte ei­ ner Variante des Wandbauelementes zu Fig. 12, 14 und 15 mit dem Unterschied, daß an der Außenseite statt der Holzverscha­ lung verglaste Sonnenkollektoren (56) angeordnet sind. Dabei kann Sonnenergie besser, aber keine Außenluftwärme genutzt werden. Die absorbierende Kanalblechplatte (58) ist durch ei­ ne Luftschicht (59) von der auf beiden Seiten mit einer Alu­ folie kaschierten Wärmedämmschicht getrennt. Die Verglasung (57) kann aus Kunststoff- oder Glasplatten bestehen.

Für den Fall, daß die Außenwände durch größere Glasflächen unzureichend geschlossene Wandflächen zur Unterbringung von Wand-Wärmetauschern bieten, kann ein Teil des Wärmetauscher­ systems auch in eine abgehängte, elementierte Plafonddecke verlagert werden. Fig. 21 zeigt dazu ergänzend einen Verti­ kalschnitt durch die Deckenkonstruktion, Fig. 22 die Rücksei­ te der Plafondelemente mit den Rohrschlangen (28) auf drei Klemmschienen (42) und Fig. 23 einen Detailschnitt vom Auf­ bau und Anschluß der Elemente untereinander und an der tra­ genden Massivdecke (33). Das Plafondelement besteht aus perfo­ riertem Metallblech (65) mit Luftschlitzen (66), über denen sich die Rohrschlangen (28) zwecks Wärmeübertragung bei Hohl­ raumbelüftung der Decke befinden. Darüber liegt eine luft­ durchlässige Glasfasermatte (64). Die Plafondelemente sind an Aufhängevorrichtungen (63) befestigt, die auch die Vor- und Rücklaufleitungen (62) mittragen. Das Wärmetauschersy­ stem der Plafonddecke kann sich auf einen Deckenstreifen ent­ lang der Außenwand beschränken und der restliche Deckenhohl­ raum mit einer Abschottung (61) versehen werden. Zwecks Wär­ merückstrahlung sollte die tragende Massivdecke unten mit einer Alufolie (60) abgeklebt werden.

Ein letztes Beispiel durchströmter Wandbauelemente, vor allem bei mangelnder Außenwandfläche, zeigt der Gebäudeschnitt in Fig. 24 mit der Unterbringung von Rippenrohren als Konvektoren in ausreichend hohen Fensterstürzen. Die von außen mittels Ventilator zugeführte Frischluft wird durch Wärmetauscherroh­ re (87) im Warmwasserspeicher (6) vorgewärmt und über Zuluftkanäle (85, 82) unter der Kellerdecke mit vertikalen Sammelkanälen zu den Flurkanälen unter den Geschoßdecken (mittlerer Flachkanal) zu­ geführt. Dort kann die Frischluft bei Bedarf durch Rippenrohre ge­ führt und weiter vorgewärmt werden, um dann durch Deckenhohl­ räume in oder unter den Geschoßdecken den eigentlichen wasserdurchströmten Wärme­ tauschern im Fenstersturz der Außenwände zugeführt zu werden. Diese Wärmetauscher (80) werden aus dem Wärmetauscher (18) für Warmwasserentnahme im Warmwasserspeicher (6) gespeist. Bei Kühlung erfolgt die Speisung aus dem Wärmetauscher (14) für Kühlwasserentnahme im Kaltwasserspeicher (5).

Fig. 28 zeigt die Luftführung in Kanälen einer aufbetonierten Stahltrapezblechdecke (90) nebst den Rohrleitungen (92) mit unterer Verkleidung (91) als Beispiel und Fig. 25 die weitere Luftführung im Vertikalschnitt der Außenwand. Die Rippenrohre im Fenstersturz als von oben nach unten zwangsdurchströmte Konventoren (80) können mit Verschlußklappen (93) reguliert werden. Die erwärmte oder gekühlte Luft strömt dann in den Luftspalt der Wandbauelemente (38). Sie kann entweder durch Klappen (94) bereits oben durch den Wandluftspalt (38) über eventuelle Doppelfensterspalte unter Mitnahme an Jalou­ sien absorbierter Wärmeenergie im Brüstungsteil durch Klappen (96) oder den unteren Luftschlitz (29) in den Raum geführt wer­ den. Die Luftabfuhr erfolgt durch Gitterschlitze in den Innen­ wänden zum Flurkanal (unterer Flachkanal), von wo aus sie über vertikale Sammelkanäle und die horizontalen Kanäle (81, 84) unter der Kellerdecke über die Wärmetauscher (86) im Kaltwas­ serspeicher (5) unter Wärmeenergieabgabe nach draußen oder teilweise wieder in den Umlauf gebracht werden kann. Bei Küh­ lung im Sommer erfolgt die Zuluft über den Kalt- (5) und die Abluft über den Warmwasserspeicher (6).

Fig. 26 zeigt abschließend einen Horizontalschnitt durch Fen­ ster- und Wandelement mit äußerer Holzverschalung (88) vor einer Luftschicht (89) und Fig. 27 einen Horizontalschnitt durch zwei Wandelemente mit Anschluß an die Gebäudestützen.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Klimatisierung von Gebäuden, bestehend aus mehrschichtigen, wärmegedämmten geschoß- oder brüstungs­ hohen Wandelementen in Verbindung mit Wärmetauschern und ei­ ner Flüssigkeit als Wärmeträger, wobei an der Raumseite ein energeiabgebender Wärmetauscher vorgesehen ist, der als aus mehreren Metallblechen gebildetes doppeltes Kanalsystem zur Durchströmung mit Heiz- oder Kühlwasser und zur Durchströ­ mung mit Raumluft ausgebildet ist, und daß zwischen außen­ seitigen Wärmetauschern und dem raumseitigen Wärmetauscher zwei Speicherbehälter zwischengeschaltet sind, von denen der eine als Warmwasserspeicher und der zweite als Kaltwasser­ speicher dient, nach Patent P 29 32 628 C2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die Raumluft führende Kanal (38) unmittel­ bar hinter der inneren Verkleidung (27) der Wandbauelemente angeordnet ist und daß der das Heiz- oder Kühlwasser führen­ de Teil des Kanals (28) rohrförmig ausgebildet und innerhalb des die Raumluft führenden Kanals (38) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Verkleidung (27) aus Metallblech oder aus Holz­ werkstoff-, Faserzement- oder Gipskartonplatten mit rücksei­ tig aufkaschierter Aluminiumfolie besteht.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch ein temperierbares, vorfabriziertes Decken­ element (65), welches eine obere luftdurchlässige Mineral­ fasermatte (64) aufweist und zur Luftführung an den Wärme­ tauscherrohren (28) vorbei Schlitze (66) in einer Abdeckplatte enthält.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet dadurch, daß in Hohlräumen der Wandelemente zwangs­ weise wasserdurchströmte Konvektoren (80) angeordnet sind, die mit den Vor- und Rückläufen (92, 9) über Wärmetauscher im Warm- (6) und Kaltwasserspeicher (5) des zentralen Wasser­ reservoirs verbunden sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch Wärmetauscherrohre für Zu- und Abluft (84, 85, 86, 87) im oberen Bereich der Kalt- (5) und Warmwasser­ speicher (6) des zentralen Wasserreservoirs.