Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konstruktionselement mit regelbarem Wärmedurchgangskoeffizienten U sowie dessen Verwendung als Wand- und/oder Dachelement in Gebäuden oder Fahrzeugen und ein Verfahren zum Regeln des Wärmedurchgangskoeffizienten U in einem solchen Konstruktionselement.

Der Wärmedurchgangskoeffizient U ist im Bauwesen ein spezifischer Kennwert eines Bauteils oder Baumaterials, der prinzipiell dessen Wärmedämmeigenschaften angibt. Je höher dabei der Wärmedurchgangskoeffizient U ist, desto schlechter ist die Wärmedämmeigenschaft des Bauteils oder Baumaterials.

Besondere Bedeutung hat der Wärmedurchgangskoeffizient U spätestens seit der im Jahr 2009 in Deutschland in Kraft getretenen geänderten Energieeinsparverordnung (EnEV) erlangt, nach welcher der Jahres-Primärenergiebedarf und der spezifische Transmissionswärmeverlust eines zu errichtenden Gebäudes bestimmte Grenzwerte einhalten müssen. Dabei geht der Wärmedurchgangskoeffizient U in die Berechnung des Transmissionswärmeverlustes und dieser wiederum in die Berechnung des Primärenergiebedarfs ein. Ferner schreibt die Energieeinsparverordnung Grenzwerte für den Wärmedurchgangskoeffizienten U für bestimmte Bauteile vor, wenn diese in bestehenden Gebäuden ausgetauscht oder neu eingebaut werden.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Dämmelementen bekannt, welche zur Wärmedämmung von Gebäuden eingesetzt werden. Diese bestehen in der Regel aus einer oder mehreren Dämmschichten aus einem Isoliermaterial (z.B. Schaumstoffe, geschäumte Polymermaterialien). Je nach Beschaffenheit des Isoliermaterials ist auf der Außenseite solcher Dämmelemente eine Schutzschicht aufgebracht. Diese Dämmelemente dienen insbesondere dazu, einen Wärmeabfluss vom Inneren eines Gebäudes nach außen zu verhindern. Gleichzeit kann ein Wärmefluss in ein Gebäude hinein ebenfalls verringert werden. Nach dem Stand der Technik haben die meisten Dämmelemente feststehende Dämmeigenschaften, das heißt, die Isoliereigenschaft kann lediglich durch die Variation der Dicke und/oder Anzahl der Dämmelemente geregelt werden. Hierdurch ist es jedoch nicht möglich, flexibel auf aktuell gegebene Temperaturen innerhalb und außerhalb eines Gebäudes zu reagieren.

Durch die Verwendung hochdämmender Materialien kommt es aber mittlerweile zu Situationen, dass die natürliche Außentemperaturschwankung nicht mehr genutzt werden kann, um die durch Sonneneinstrahlung tagsüber in das Gebäude eingetragene Wärme bei Nacht wieder abzuführen. Durch den hierdurch entstehenden Wärmestau wird der Energiebedarf für aktive Kühlungseinrichtungen erhöht. Es besteht daher ein Bedarf nach einem Dämmelement, dessen Dämmeigenschaften veränderbar sind. Im Stand der Technik gibt es zur Erfüllung dieses Bedarfs erste Ansätze. So beschreibt DE 10 2006 024 067 A1 ein Dämmelement, das insbesondere zur Innen- und/oder Außendämmung von Gebäuden geeignet ist. Die Dämmeigenschaften des dort beschriebenen Dämmelements lassen sich je nach gewünschter Innentemperatur des Gebäudes beziehungsweise je nach Außentemperatur und/oder Sonneneinstrahlung verändern, insbesondere durch Veränderung des Wärmedurchgangskoeffizienten U und/oder der Reflektionseigenschaften des Dämmelements selbst. Zur technischen Lösung wird hierbei das Dämmelement mit einem Dämmstoff versehen, der in seiner Position verändert werden kann, so dass das verwendete Dämmmaterial ganz, teilweise oder im Wesentlichen nicht zur Dämmung des Gebäudes beiträgt. Hierzu kann beispielsweise der Dämmstoff ganz oder teilweise zusammengedrückt werden, um den Wärmefluss durch das Dämmelement hindurch ganz oder teilweise freizugeben. Wesentlicher Nachteil aller Ausführungsformen des Standes der Technik ist dabei, dass große Mengen Material bewegt bzw. zusammengedrückt werden müssen, da die Fläche des Elements im Wesentlichen von Isoliermaterial erfüllt bzw. befreit sein muss.

Ferner wird in US 4,058,109 eine Vorrichtung zum Isolieren und/oder solaren Heizen offenbart. Diese wird auf die Fassade eines vorhandenen Gebäudes aufgebracht und besteht aus einer transparenten Tafel, die vor eine Wand vorgesetzt wird und dadurch einen definierten Raum mit der Wand einschließt. Innerhalb des definierten Raumes ist ein Wärmeabsorber aus einem geschlossenzelligen Isoliermaterial angeordnet. Dieser Wärmeabsorber besitzt Öffnungen, so dass sich abhängig von den Temperaturverhältnissen eine Konvektionsströmung innerhalb der beschriebenen Vorrichtung ausbilden kann. Hierdurch soll einerseits durch das Vorhandensein des Isoliermaterials eine Wärmedämmung des Gebäudes erreicht werden, während andererseits Sonneneinstrahlung durch den Wärmeabsorber dazu verwendet wird, das in der Vorrichtung eingeschlossene Gasvolumen zu erwärmen und diese Wärme über die Konvektionsströmung in einem gewissen Maß an die vorhandene Gebäudewand abzugeben. Ein weiterer Ansatz im Stand der Technik wird in DE 196 47 567 A1 beschrieben. Dort wird eine schaltbare Vakuumdämmung, insbesondere zum Einsatz für die solare Energienutzung, realisiert, wobei ein grob poröses oder grob strukturiertes Dämmmaterial gasdicht umhüllt und evakuiert wird. Dieses Element kann nach Bedarf mit Wasserstoffgas geflutet werden, wodurch sich innerhalb der Umhüllung ein zur Adsorption und Deadsorption von Wasserstoff geeignetes, elektrisch beheizbares Gettermaterial befindet, das von einem Wärmeisolationsmaterial umschlossen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit nicht oder nur wenig vom Gasdruck in diesem Bauelement abhängt.

Ferner offenbart US 2003/0061776 A1 ein Isoliersystem mit variablem Wärmedurchgangskoeffizienten, das auf einer aufblasbaren Struktur beruht und so durch Volumenänderung auf Änderung der atmosphärischen Temperatur reagiert. Hierdurch kann der Wärmestromdurchfluss geregelt werden.

AT 380 946 B1 offenbart eine sogenannte Wärmeaustauschwand, die im wesentlichen aus einer von einem Röhrensystem umgebenen Dämmplatte besteht, in der ein gasförmiges Wärmeträgermedium zirkulieren kann, dessen Zirkulation durch das spezielle Design des Röhrensystems selbsttätig gesperrt werden kann. Für ein Dämmelement mit schaltbarem Dämmverhalten ist eine selbsttätige Sperre nicht unbedingt sinnvoll, da dieselben Temperaturunterschiede je nach Wetterlage entweder eine starke Dämmung oder aber eine verringerte Dämmung sinnvoll erscheinen lassen. Außerdem ist das in AT 380 946 B1 beschriebene Dämmelement vergleichsweise kompliziert aufgebaut und dementsprechend nur schlecht zu fertigen.

Daneben gibt es eine Reihe von mehrschaligen Wand-, Fenster- und Dachelementen, wie sie beispielsweise in EP 0 317 425 A2, FR 2 478 800 A1 , EP 2 366 845 B1 und DE 10 2006 037 741 A1 beschrieben sind. In diesen Elementen wird eine Veränderung des Wärmeflusses erreicht, indem die Durchströmung eines Zwischenraums zwischen den verschiedenen Schalen mit Außenluft entweder ermöglicht oder unterdrückt wird. Teilweise findet der Luftaustausch auch durch das Element hindurch mit dem Innenraum statt. Allen diesen Ansätzen ist als Nachteil gemeinsam, dass bei der Durchströmung mit Außenluft Staub aus der Luft in den Zwischenraum gelangt und dort zu unerwünschten Verschmutzungen führen kann, die insbesondere bei transluzenten und transparenten Elementen deren optische Funktion beeinträchtigen. Bei einem zusätzlichen Luftaustausch zum Innenraum hin verschärft sich diese hygienische Problematik zusätzlich, da durch den Luftstrom auch unerwünschte Keime oder Schädlinge verschleppt werden können.

In FR 2 798 991 A1 wird schließlich ein Element vorgestellt, bei dem die Wand in rautenförmige Zellen unterteilt ist, in denen durch Neigung eines in diese eingepassten Isolierkörpers entweder dessen Umströmung durch einen Konvektionsstrom ermöglicht oder aber unterdrückt werden kann. Dieses Element ist aufgrund der zahlreichen Segmente und der nicht quaderförmigen Außengestalt der einzelnen Zellen wiederum vergleichsweise kompliziert zu fertigen. Obwohl die im Stand der Technik beschriebenen Dämmelemente mit, in gewissen Grenzen, regelbaren Wärmedurchgangskoeffizienten U Vorteile gegenüber herkömmlichen Dämmstoffen haben, bringen sie alle deutliche Nachteile hinsichtlich ihrer gebäudetechnischen Einsetzbarkeit mit sich und sind teilweise extrem aufwändig in ihrer Herstellung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Konstruktionselement zu schaffen, dass den Energiebedarf eines Gebäudes minimiert, indem es zur Regelung seines Wärmehaushaltes beiträgt.

Diese Aufgabe wird bei einem Konstruktionselement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es einen regelbaren Wärmedurchgangskoeffizienten U besitzt und wie folgt ausgestaltet ist:

Konstruktionselement (1 ) mit regelbarem Wärmedurchgangskoeffizienten U, umfassend

- einen Rahmen (7),

- zwei gegenüberliegende Platten (3, 5), die mit einem Abstand A voneinander in dem Rahmen (7) angeordnet sind, wobei durch die Platten (3, 5) und den Rahmen (7) ein abgeschlossenes Volumen V definiert wird, das mit zumindest einem Gas gefüllt ist,

- zumindest ein flächiges Element (9), dessen Breite der vertikalen lichten Weite W des Rahmens (7) entspricht und dessen Höhe geringer ist als die lichte Höhe H des Rahmens (7), wobei das flächige Element (9) so zwischen den Platten (3, 5) angeordnet ist, dass es seitlich mit den Innenseiten des Rahmens (7) abschließt, und wobei zwischen dem flächigen Element (9) und dem Rahmen (7) vertikal nach oben ein Zwischenraum (1 1 ) und zwischen dem flächigen Element (9) und dem Rahmen (7) vertikal nach unten ein Zwischenraum (13) gebildet ist,

- einen ersten Hohlraum (15), der zwischen der Platte (3) und dem flächigen Element (9) mit einem Abstand X gebildet ist,

- einen zweiten Hohlraum (17), der zwischen dem flächigen Element (9) und der Platte (5) mit einem Abstand Y gebildet ist, wobei der erste Hohlraum (15) und der zweite Hohlraum (17) über den Zwischenraum (1 1 ) und den Zwischenraum (13) so in Verbindung stehen, dass zwischen dem ersten Hohlraum (15) und dem zweiten Hohlraum (17) über den Zwischenraum (1 1 ) und den Zwischenraum (13) eine Konvektionsströmung fließen kann,

- zumindest ein Mittel zur Regelung der Konvektionsströmung, das zumindest für einen der Zwischenräume (1 1 , 13) angeordnet ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Konstruktionselement (1 ) mit regelbarem Wärmedurchgangskoeffizienten U gelöst, das umfasst

- einen Rahmen (7),

- eine erste Platte (3) und eine zweite Platte (5), die einander gegenüber liegen und die mit einem Abstand A voneinander in dem Rahmen (7) angeordnet sind, wobei durch die erste Platte (3), die zweite Platte (5) und den Rahmen (7) ein abgeschlossenes Volumen V definiert wird, das mit zumindest einem Gas gefüllt ist,

- zumindest ein flächiges Element (9), dessen Breite der vertikalen lichten Weite W des Rahmens (7) entspricht und dessen Höhe geringer ist als die lichte Höhe H des Rahmens (7),

wobei das flächige Element (9) so zwischen der ersten Platte (3) und der zweiten Platte (5) angeordnet ist, dass es seitlich mit den Innenseiten des Rahmens (7) abschließt, und

wobei zwischen dem flächigen Element (9) und dem Rahmen (7) vertikal nach oben ein oberer Zwischenraum (1 1 ) und zwischen dem flächigen Element (9) und dem Rahmen (7) vertikal nach unten ein unterer Zwischenraum (13) gebildet ist,

- einen ersten Hohlraum (15), der zwischen der ersten Platte (3) und dem flächigen Element (9) mit einem Abstand X gebildet ist,

- einen zweiten Hohlraum (17), der zwischen dem flächigen Element (9) und der zweiten Platte (5) mit einem Abstand Y gebildet ist,

wobei der erste Hohlraum (15) und der zweite Hohlraum (17) über den oberen Zwischenraum (1 1 ) und den unteren Zwischenraum (13) so in Verbindung stehen, dass zwischen dem ersten Hohlraum (15) und dem zweiten Hohlraum (17) über den oberen Zwischenraum (1 1 ) und den unteren Zwischenraum (13) eine Konvektionsströmung fließen kann,

- zumindest ein Mittel zur Regelung der Konvektionsströmung, das für den oberen Zwischenraum (1 1 ) und/oder für den unteren Zwischenraum (13) angeordnet ist.

In einem zweiten Aspekt wird die vorstehend genannte Aufgabe durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) als Wand- und/oder Dachelement in Gebäuden oder Fahrzeugen gelöst.

Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Regeln des Wärmedurchgangskoeffizienten U in einem erfindungsgemäßen Konstruktionselement (1 ), umfassend die Schritte

- Bereitstellen eines Konstruktionselements (1 ),

- Aufnehmen von Wärmeenergie durch eine erste Platte (3) oder eine zweite Platte (5) auf einer ersten Seite des Konstruktionselements (1 ), wodurch das das Volumen V füllende Gas in einem ersten Hohlraum (15) oder in einem zweiten Hohlraum (17) erwärmt wird und vertikal nach oben steigt,

- Öffnen eines vertikal oberen Zwischenraums (1 1 ) und/oder eines vertikal unteren Zwischenraums (13), wodurch eine Konvektionsströmung von dem einem der Hohlräume (15, 17) durch den Zwischenraum (1 1 ) in den anderen der Hohlräume (15, 17) ermöglicht wird,

- Abgabe von Wärmeenergie durch das das Volumen V füllende Gas an die erste Platten (3) oder die zweite Platte (5) auf einer zweiten Seite des Konstruktionselements (1 ), wodurch sich das das Volumen V füllende Gas in dem anderen der Hohlräume (15, 17) abkühlt und vertikal nach unten fällt, so dass die Konvektionsströmung von diesem Hohlraum (15, 17) durch den unteren Zwischenraum (13) in den einen der Hohlräume (15, 17) fließt,

wobei durch das Öffnen und/oder Schließen des unteren Zwischenraums (1 1 ) und/oder des oberen Zwischenraums (13) die Intensität der Konvektionsströmung eingestellt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Wärmedurchgang durch ein Konstruktionselement (1 ) der beschriebenen Art durch Ausbilden und Kontrollieren einer inneren Konvektionsströmung geregelt werden kann.

Es wurde überraschenderweise herausgefunden, dass es mit dem erfindungsgemäßen Konstruktionselement (1 ) auch auf technisch einfache Art und Weise möglich ist, den Energiebedarf eines Gebäudes deutlich zu minimieren und so die herrschenden Temperaturen innerhalb und außerhalb eines Gebäudes optimal auszunutzen. Es ist von Vorteil, dass gemäß der vorliegenden Erfindung der Wärmedurchgangskoeffizient U bedarfsweise und unabhängig von den herrschenden Innen-/Außentemperaturen geregelt werden kann. So kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Konstruktionselements (1 ) erreicht werden, dass während der kühleren Nachtstunden ein verstärkter Austrag von Wärme aus dem Gebäude ermöglicht wird, während bei hohen Außentemperaturen tagsüber im Sommer und bei niedrigen Außentemperaturen im Winter eine den Vorschriften für eine adäquate Wärmedämmung entsprechende Dämmwirkung sichergestellt werden kann.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung weiter präzisiert.

In einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Konstruktionselement (1 ) mit regelbarem Wärmedurchgangskoeffizienten U, umfassend

- einen Rahmen (7),

- eine erste Platte (3) und eine zweite Platte (5), die einander gegenüber liegen und die mit einem Abstand A voneinander in dem Rahmen (7) angeordnet sind, wobei durch die erste Platte (3), die zweite Platte (5) und den Rahmen (7) ein abgeschlossenes Volumen V definiert wird, das mit zumindest einem Gas gefüllt ist,

- zumindest ein flächiges Element (9), dessen Breite der vertikalen lichten Weite W des Rahmens (7) entspricht und dessen Höhe geringer ist als die lichte Höhe H des Rahmens (7),

wobei das flächige Element (9) so zwischen der ersten Platte (3) und der zweiten Platte (5) angeordnet ist, dass es seitlich mit den Innenseiten des Rahmens (7) abschließt, und wobei zwischen dem flächigen Element (9) und dem Rahmen (7) vertikal nach oben ein oberer Zwischenraum (1 1 ) und zwischen dem flächigen Element (9) und dem Rahmen (7) vertikal nach unten ein unterer Zwischenraum (13) gebildet ist,

- einen ersten Hohlraum (15), der zwischen der ersten Platte (3) und dem flächigen Element (9) mit einem Abstand X gebildet ist,

- einen zweiten Hohlraum (17), der zwischen dem flächigen Element (9) und der zweiten Platte (5) mit einem Abstand Y gebildet ist,

wobei der erste Hohlraum (15) und der zweite Hohlraum (17) über den oberen Zwischenraum (1 1 ) und den unteren Zwischenraum (13) so in Verbindung stehen, dass zwischen dem ersten Hohlraum (15) und dem zweiten Hohlraum (17) über den oberen Zwischenraum (1 1 ) und den unteren Zwischenraum (13) eine Konvektionsströmung fließen kann,

- zumindest ein Mittel zur Regelung der Konvektionsströmung, das für den oberen Zwischenraum (1 1 ) und/oder für den unteren Zwischenraum (13) angeordnet ist.

Dabei bilden der Rahmen (7) und die gegenüberliegenden Platten (3, 5), d.h. die erste Platte (3) und die zweite Platte (5), einen dreidimensionalen Körper aus, der ein abgeschlossenes Volumen V definiert. Der Rahmen (7) des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) dient vor allem zur Einfassung und mechanischen Stabilisierung des Konstruktionselements (1 ) und zur Aufnahme der ersten und zweiten Platten (3, 5). Die Ausgestaltung der ersten und zweiten Platten (3, 5) wird im Folgenden näher beschrieben.

Die Form des Konstruktionselements (1 ) kann in weiten Grenzen frei gewählt und den Anforderungen an seine Einbausituation und/oder Verwendung angepasst werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist ein näherungsweise quaderförmiges Element. Aber auch andere geometrische Formen sind, abhängig von der Einbausituation, mit dem erfindungsgemäßen Konstruktionselement (1 ) realisierbar beispielsweise die Grundform eines Dreiecks, eines Fünfecks oder dergleichen. Weitere Ausgestaltungen des Rahmens werden nachstehend definiert.

Das Konstruktionselement (1 ) umfasst zumindest ein flächiges Element (9), das im Wesentlichen zentral so angeordnet ist, dass die innere Konvektionsströmung rund um das flächige Element (9) möglich ist, wobei die Konvektionsströmung von der Seite des Konstruktionselements (1 ), an der Wärme zugeführt wird, durch den oberen Zwischenraum (1 1 ) auf die andere Seite des flächigen Elements (9) geführt wird, wo die Konvektionsströmung Wärme an die gegenüberliegende Seite abgeben kann und anschließend durch den unteren Zwischenraum (13) wieder auf die Seite der Wärmezufuhr fließt. Das flächige Element (9) besteht insbesondere aus einem isolierenden Material. Zum Kontrollieren der inneren Konvektionsströmung beinhaltet das erfindungsgemäße Konstruktionselement (1 ) zumindest ein Mittel, mit dem ein Öffnen und/oder Schließen eines der Zwischenräume (1 1 , 13) vorgenommen wird, wodurch wiederum die Konvektionsströmung geregelt wird.

Der Begriff „Mittel", wie er vorliegend verwendet wird, beschreibt einerseits Maßnahmen und andererseits Vorrichtungen, mit denen die Konvektionsströmung geregelt werden kann. Bevorzugte Ausgestaltungen werden nachstehend definiert. Sofern es sich bei den Mitteln um Vorrichtungen handelt, können diese sowohl am und/oder im Rahmen (7) als auch am und/oder im flächigen Element (9) angeordnet sein, um die Konvektionsströmung erfindungsgemäß zu regeln. Ferner schließen die Mittel auch Hilfskonstruktionen zum Erreichen der erfindungsgemäßen Regelung der Konvektionsströmung ein. Der Begriff „Konstruktionselement", wie er hier verwendet wird, ist im Sinne der vorliegenden Erfindung so zu verstehen, dass das Konstruktionselement (1 ) sowohl für Wand- als auch für Dachflächen geeignet ist. Das Konstruktionselement (1 ) ist selbsttragend und kann daher eigenständig in einen Rohbau eines Gebäudes als Wand- und/oder Dachelement eingesetzt werden.

Der Wärmedurchgangskoeffizient U (früher auch „k-Wert") beschreibt einen Wärmeausgleich infolge einer Temperaturdifferenz zwischen unterschiedlichen Energiesystemen. Der Wärmedurchgangskoeffizient U ist somit ein Maß für den Wärmestromdurchgang. Die Leistung (Energiemenge pro Zeiteinheit), welche durch eine Fläche von einem Quadratmeter fließt, wenn der Temperaturunterschied zwischen der Luft auf beiden Seiten einer Wand ein Kelvin beträgt, wird als Wärmedurchgangskoeffizient U angegeben. Der Wärmedurchgangskoeffizient U wird international im Standard EN ISO 6946 definiert. Seine Maßeinheit ist W/(m ² · K). Die Ermittlung von genauen Wärmedurchgangskoeffizienten U verschiedener Materialien ist dem Fachmann bekannt. Er wird aus dem Mittelwert des Wärmedurchgangswiderstandes R _T berechnet:

i

υ =—. Die erforderlichen Bemessungswerte für den Wärmedurchgangskoeffizienten U sind in den Normen EN 12524 und DI N 4108-4 festgelegt.

Er wird im Wesentlichen durch die Wärmeleitfähigkeit und die Dicke der verwendeten Materialien bestimmt, zusätzlich aber auch durch Wärmestrahlung und Konvektion an den Oberflächen des Bauteils. Der Wärmedurchgangskoeffizient U gibt somit den Wärmestromdurchgang durch eine ein- oder mehrlagige Materialschicht an, wenn auf beiden Seiten verschiedene Temperaturen anliegen. Bei dem erfindungsgemäßen Konstruktionselement (1 ) kann der Wärmedurchgangskoeffizient U zwischen einem durch die im Konstruktionselement (1 ) enthaltenen Lagen isolierender Materialien bestimmten Wert sowie einem durch die Konvektion um diese herum bestimmten Wert variiert werden.

Unter dem Begriff „Hohlraum" wird der im Wesentlichen in seinen Abmessungen unveränderliche Raum zwischen einer Platte (3, 5), d.h. zwischen der ersten Platte (3) oder der zweiten Platte (5) und einem flächigen Element (9) verstanden, während mit „Zwischenraum" ein Raum zwischen flächigem Element (9) und Rahmen (7) bezeichnet wird, der in geeigneter Weise verschlossen werden kann.

Die Angaben „vertikal nach oben" und „vertikal nach unten" sind im Sinne der vorliegenden Erfindung so zu verstehen, dass sie sich nicht nur auf senkrecht ausgerichtete Konstruktionselemente (1 ) beziehen, sondern auch auf Konstruktionselemente (1 ), die mit einem bestimmten Winkel gegenüber der Senkrechten angeordnet sind. Die Angabe„vertikal nach oben" bedeutet dann, dass der obere Zwischenraum (1 1 ) im Wesentlichen über dem unteren Zwischenraum (13) angeordnet ist, insbesondere schräg darüber.

Es ist bevorzugt, wenn das das Volumen V füllende Gas aus Argon, Krypton, Xenon, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffen, teilweise halogenierten Kohlenwasserstoffen, Halogeniden der Chalkogene und/oder Pyknogene und Mischungen davon ausgewählt ist, um zusätzliche Verbesserungen in der Isolationswirkung des Konstruktionselements bzw. der Größenordnung des Wärmedurchgangs zu erreichen. Die Verwendung mehratomiger Gase ist aufgrund der höheren konvektiven Wärmeleitfähigkeit besonders bevorzugt. In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) ist zumindest eine der Platten (3, 5), d.h. die erste Platte (3) und/oder die zweite Platte (5), zumindest teilweise transparent oder transluzent.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Konstruktionselements (1 ), bei dem die gegenüberliegenden Platten (3, 5), d.h. die erste Platte (3) und/oder die zweite Platte (5), transparent oder zumindest transluzent sind und ferner ebenfalls das flächige Element (9) transparent oder zumindest transluzent ist, kann das Konstruktionselement (1 ) auch in Form eines teilweise transparenten oder zumindest transluzenten Fensterelements verwendet werden. Insbesondere bietet sich das erfindungsgemäße Konstruktionselement (1 ) in dieser Ausgestaltung für den Ersatz von herkömmlich verwendeten Glasbausteinen an, wie sie früher häufig beispielsweise für Treppenhäuser verwendet wurden. Hier besitzt das erfindungsgemäße Konstruktionselement (1 ) gegenüber herkömmlichen Glasbausteinen den großen Vorteil der guten Wärmedämmung bei gleichzeitiger ausreichender Lichtdurchlässigkeit zur Beleuchtung beispielsweise eines Treppenhauses. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Konstruktionselement (1 ) als sogenannte Isolierglas-Einheit (IGU) ausgebildet werden. Eine solche Isolierglas- Einheit kann sich in eine entsprechend modifizierte, herkömmliche Fensterrahmen- Konstruktion einbauen lassen. Hierbei ist insbesondere der Einbau der erfindungsgemäßen Elemente im Bereich des Oberlichts und der Brüstung von Interesse, die mit üblichen Isolierverglasungen auf Sichthöhe kombiniert werden können. Der Einbau eines erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) mit transluzenten flächigen Elementen (9, 9a, 9b) im Bereich des Oberlichts bringt dabei insbesondere den Vorteil mit sich, dass das im Oberlichtbereich einfallende Licht infolge der Isotropisierung der einfallenden Strahlung im transluzenten flächigen Element (9, 9a, 9b) teilweise in tiefere Bereiche des Raums gelangen kann als dies beim Lichteinfall durch transparente Oberlichtelemente möglich ist.

Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des vorstehend genannten Mittels umfasst das vertikale Verschieben oder das Verkippen um eine horizontale Achse des zumindest einen flächigen Elements (9), so dass zumindest einer der Zwischenräume (1 1 , 13), d.h. der obere Zwischenraum (1 1 ) und/oder der untere Zwischenraum (13), durch das flächige Element (9) verschlossen und die Konvektionsstromung dadurch ganz oder teilweise unterbunden wird. Auf diese Weise ist es möglich, nur durch Bewegen des zumindest einen flächigen Elements (9) auf einfache Art die Konvektionsstromung zu regeln.

Dabei kann das genannte Mittel ferner eine Vorrichtung zum Verschieben des zumindest einen flächigen Elements (9) umfassen, die bevorzugt aus Servomotoren, pneumatischen, magnetischen oder piezoelektrischen Systemen, mechanischen Hebeln, Seilzügen oder Bimetall-Konstruktionen ausgewählt ist. Die Auswahl kann somit angepasst an die äußeren Bedingungen des Konstruktionselements erfolgen.

Eine andere erfindungsgemäße Ausgestaltung des vorstehend genannten Mittels umfasst die Veränderung der vertikalen Ausdehnung des zumindest einen flächigen Elements (9), so dass zumindest einer der Zwischenräume (1 1 , 13), d.h. der obere Zwischenraum (1 1 ) und/oder der untere Zwischenraum (13), durch das flächige Element (9) verschlossen und die Konvektionsstromung dadurch ganz oder teilweise unterbunden wird. Auch diese Ausgestaltung hat den Vorteil, nur durch Bewegen des zumindest einen flächigen Elements (9) auf einfache Art die Konvektionsstromung zu regeln. Das vorstehend genannte Mittel kann ferner in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine Verschlusseinrichtung für zumindest einen der oberen und unteren Zwischenräume (1 1 , 13) umfassen, die bevorzugt aus Klappen, aufblasbaren Schläuchen oder Bälgen, zylinderhahnförmigen Verschlüssen oder verschiebbaren oder drehbaren Keilen ausgewählt ist. Abhängig von der dimensionalen Auslegung des Konstruktionselements (1 ) und der verwendeten Materialien für das zumindest eine flächige Element (9) kann es vorteilhaft sein, diese zusätzlichen Verschlusseinrichtungen vorzusehen, um die Konvektionsströmung wirkungsvoll regeln zu können. Geeignet ausgeführte aufblasbare Bälge können auch dazu verwendet werden, dass sich das erfindungsgemäße Konstruktionselement (1 ) bei sehr niedrigen Außentemperaturen infolge des dann im Innenraum des Konstruktionselements (1 ) herrschenden Unterdrucks selbsttätig in den isolierenden Zustand schaltet. Dies ist von Vorteil, um auch bei Ausfall einer anderweitigen Steuerung der Konvektion in der kalten Jahreszeit immer eine adäquate Isolierung sicherzustellen.

Soweit die Platten (3, 5), d.h. die erste Platte (3) und/oder die zweite Platte (5), transparent sind und das Material dieser Platte Gläser und/oder Polymere umfasst sowie außerdem das oder die flächigen Elemente (9, 9a, 9b) aus einem transluzenten Material bestehen, kann durch das erfindungsgemäße Konstruktionselement (1 ) zusätzlich Tageslicht in das Gebäude gelangen.

Dabei sind die Gläser bevorzugt aus Silikatgläsern, Borosilikatgläsern, Bleisilikatgläsern und/oder die Polymere aus PET (Polyethylenterephthalat), PVB (Polyvinylbutyral), EVA (Ethylenvinylacetat), Polyolefinen, Styrolkunststoffen, Polycarbonaten, PMMA (Polymethylmethacrylat), Polyurethanen, PVC (Polyvinylchlorid) oder Mischungen bzw. Mehrschichtsystemen daraus ausgewählt. Insbesondere können die Polymere als Platten oder extrudierte, geblasene oder gegossene Folien oder Scheiben gebildet sein. Je nach Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) steht so der geeignete Werkstoff zur Verfügung, bspw. Polymere für Leichtbau-Anwendungen oder spezielle Gläser für Anwendungen mit erhöhter chemischer Beanspruchung. Ferner ist es möglich, eine oder mehrere Schichten mit bestimmten Funktionalitäten vorzusehen, bspw. Wärmeschutzschichten oder chromotrope Schichten. Um das Konstruktionselement (1 ) auch als lichtdurchlässiges Fensterelement einsetzen zu können, hat es sich neben der Verwendung von oben genannten Gläsern als sinnvoll erwiesen, auch das zumindest eine flächige Element (9) aus einem transluzenten Werkstoff zu bilden, der vorzugsweise aus organischen, anorganischen oder hybriden geschlossenporigen oder offenporigen Schäumen oder beschichteten oder unbeschichteten Textilien ausgewählt ist. Alternativ zu der vorstehend genannten Ausführungsform kann das zumindest ein flächiges Element (9) aus einem mineralischen, metallischen, polymeren und/oder bioorganischen Werkstoff gebildet sein. Dies ist dann von Vorteil, wenn das Konstruktionselement (1 ) nicht als lichtdurchlässiges Bauteil verwendet werden soll, sondern bspw. erhöhten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist (metallischer Werkstoff, faserverstärktes Polymer) oder rein der Wärmedämmung dienen soll (mineralischer und/oder polymerer Werkstoff). Ferner ist es mit dieser Ausführungsform möglich, auch ökologisch besonders verträgliche Konstruktionselemente (1 ) zu schaffen (bioorganische Werkstoffe). Dabei kann das verwendete Material offenporig oder geschlossenzellig sein. Soweit zusätzlich die außen liegende erste oder zweite Platte (3, 5) des Konstruktionselements (1 ) in einer geeigneten Weise beschichtet oder anderweitig modifiziert wurde, dass sie die einfallende Sonnenstrahlung direkt oder diffus reflektieren kann, findet durch das Konstruktionselement (1 ) tagsüber eine besonders geringe Aufheizung durch die Sonneneinstrahlung statt.

Um flexibel auf unterschiedlichste Anforderungen an das erfindungsgemäße Konstruktionselement (1 ) reagieren zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Werkstoff des Rahmens (7) aus Beton, Gips, Tonen, Gläsern, Natursteinen, Keramiken, Polyamid, Polyestern, Holz, Metallen, insbesondere Stahl und Aluminium und dessen Legierungen, PVC, Polycarbonat, PMMA, Styrolkunststoffen, Polyurethanen und Faserverbundwerkstoffen und Kompositwerkstoffen aus zwei oder mehreren dieser Werkstoffe sowie aus offenporigen oder geschlossenzelligen Schäumen und Faserplatten aus synthetischen oder nachwachsenden Rohstoffen auszuwählen. Es ist besonders bevorzugt, wenn der Werkstoff des Rahmens (7) gas- und/oder feuchtigkeitsdicht ausgeführt ist.

Insbesondere bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ), die nicht lichtdurchlässig sein müssen, können die vorstehend genannten Werkstoffe auch für eine oder beide Platten (3, 5), d.h. die erste Platte (3) und/oder die zweite Platte (5), eingesetzt werden. Bevorzugt sollten Materialien mit kleiner Wärmeleitfähigkeit verwendet werden. Ferner kann in einer weiteren Ausführungsform der Rahmen (7) aus photovoltaischen Elementen oder Solarthermie-Elementen aufgebaut sein. Derartige Elemente sind dem Fachmann bekannt und können entweder als opake Elemente oder als teilweise transluzente Konstruktionen ausgeführt werden. Sie können auch so eingesetzt werden, dass nur ein Teil der Rahmenfläche von ihnen beansprucht wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann zumindest die erste Platte (3) und/oder die zweite Platte (5) und/oder das zumindest eine flächige Element (9) an der Oberfläche dreidimensional strukturiert sein. Hierdurch lassen sich optische Effekte erreichen, die beispielsweise einen Blendschutz bei direkt einfallendem Licht durch Modifikation der Winkelverteilung des abgestrahlten Lichts und/oder durch Änderung seiner Intensität bewirken. Soweit mehrere flächige Elemente (9, 9a, 9b) im erfindungsgemäßen Konstruktionselement (1 ) enthalten sind, kann der Lichtlenkungseffekt durch geeignete Kombinationen von flächigen Elementen (9, 9a, 9b) mit unterschiedlichem Winkelverhalten der Transluzenz zusätzlich verstärkt werden. So hat es sich beispielsweise als besonders vorteilhaft erwiesen, ein flächiges Element (9, 9a, 9b) mit stark isotropisierender Transluzenz auf der Außenseite und ein flächiges Element (9, 9a, 9b) mit einer bevorzugten Abtrahlung senkrecht zur Elementoberfläche miteinander zu kombinieren, um den Effekt der Lichtweiterteilung in die Tiefe des Raumes zu verstärken. Ein ähnlicher Effekt wie bei einer dreidimensional strukturierten Oberfläche kann durch eine Kombination flächiger Elemente (9, 9a, 9b) mit unterschiedlichen Transluzenz-Eigenschaften erzielt werden.

Daneben lassen sich auf nichttechnischem Gebiet durch eine dreidimensionale Strukturierung gestalterische Effekte erzielen. Alternativ dazu können die ersten und/oder zweiten Platten (3, 5) und/oder das zumindest eine flächige Element (9) zum Erreichen gleicher oder ähnlicher Effekte bedruckt oder beschichtet sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Konstruktionselement (1 )

- ein erstes flächiges Element (9a) und ein zweites flächiges Element (9b), deren Breite jeweils der vertikalen lichten Weite W des Rahmens (7) entsprechen und deren Höhe jeweils geringer ist als die lichte Höhe H des Rahmens (7),

wobei das erste flächige Element (9a) und das zweite flächige Element (9b) so zwischen der ersten Platte (3) und der zweiten Platte (5) angeordnet sind, dass sie seitlich jeweils mit den Innenseiten des Rahmens (7) abschließen, und

wobei zwischen dem ersten flächigen Element (9a) und dem zweiten flächigen Element (9b) und dem Rahmen (7) vertikal nach oben jeweils ein erster oberer Zwischenraum (1 1 a) und ein zweiter oberer Zwischenraum (1 1 b) und zwischen dem ersten flächigen Element (9a) und dem zweiten flächigen Element (9b) und dem Rahmen (7) vertikal nach unten jeweils ein erster unterer Zwischenraum (13a) und ein zweiter unterer Zwischenraum (13b) gebildet ist,

- einen ersten Hohlraum (15), der zwischen der ersten Platte (3) und dem ersten flächigen Element (9a) mit einem Abstand X gebildet ist,

- einen zweiten Hohlraum (17), der zwischen dem zweiten flächigen Element (9b) und der zweiten Platte (5) mit einem Abstand Y gebildet ist,

- einen dritten Hohlraum (23), der zwischen dem ersten flächigen Element (9a) und dem zweiten flächigen Element mit einem Abstand Z gebildet ist,

wobei zumindest der erste Hohlraum (15) und der zweite Hohlraum (17) über den ersten oberen Zwischenraum (1 1 a) und den zweiten oberen Zwischenraum (1 1 b) und den ersten unteren Zwischenraum (13a) und den zweiten unteren Zwischenraum (13b) so in Verbindung stehen, dass zumindest zwischen dem ersten Hohlraum (15) und dem zweiten Hohlraum (17) über den ersten oberen Zwischenraum (1 1 a) und den zweiten oberen Zwischenraum (1 1 b) und den ersten unteren Zwischenraum (13a) und den zweiten unteren Zwischenraum (13b) eine Konvektionsströmung fließen kann.

Die sich ausbildende Konvektionsströmung fließt dabei im Wesentlichen durch den ersten Hohlraum (15), die ersten und zweiten oberen Zwischenräume (1 1 a, 1 1 b), den zweiten Hohlraum (17) und die ersten und zweiten unteren Zwischenräume (13a, 13b). Eine Konvektionsströmung durch den dritten Hohlraum (23) bildet sich nicht oder nur in vernachlässigbarem Umfang aus.

In einem zweiten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung des vorstehend beschriebenen Konstruktionselements (1 ) als Wand- und/oder Dachelement in Gebäuden oder Fahrzeugen, insbesondere in Schienenfahrzeugen oder Wasserfahrzeugen. Insbesondere bei Schienenfahrzeugen mit ihrem großen Verhältnis zwischen Wandfläche und Volumen und langen Stehzeiten an Orten mit hoher Sonneneinstrahlung kann hier der Bedarf für aktive Kühlung verringert werden.

Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung, der die vorstehend genannte Aufgabe löst, betrifft ein Verfahren zum Regeln des Wärmedurchgangskoeffizienten U in einem vorstehend beschriebenen Konstruktionselement (1 ), das die Schritte umfasst

- Bereitstellen eines Konstruktionselements (1 ),

- Aufnehmen von Wärmeenergie durch eine erste Platte (3) oder eine zweite Platte (5) auf einer ersten Seite des Konstruktionselements (1 ), wodurch das das Volumen V füllende Gas in einem ersten Hohlraum (15) oder in einem zweiten Hohlraum (17) erwärmt wird und vertikal nach oben steigt,

- Öffnen eines vertikal oberen Zwischenraums (1 1 ) und/oder eines vertikal unteren Zwischenraums (13), wodurch eine Konvektionsströmung von dem einem der Hohlräume (15, 17) durch den Zwischenraum (1 1 ) in den anderen der Hohlräume (15, 17) ermöglicht wird,

- Abgabe von Wärmeenergie durch das das Volumen V füllende Gas an die erste Platten (3) oder die zweite Platte (5) auf einer zweiten Seite des Konstruktionselements (1 ), wodurch sich das das Volumen V füllende Gas in dem anderen der Hohlräume (15, 17) abkühlt und vertikal nach unten fällt, so dass die Konvektionsströmung von diesem Hohlraum (15, 17) durch den unteren Zwischenraum (13) in den einen der Hohlräume (15, 17) fließt,

wobei durch das Öffnen und/oder Schließen des unteren Zwischenraums (1 1 ) und/oder des oberen Zwischenraums (13) die Intensität der Konvektionsströmung eingestellt wird.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten, die Erfindung aber nicht einschränkenden Ausführungsbeispiele und der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Konstruktionselements in einer ersten

Ausführungsform der Erfindung, eine schematische Darstellung eines Konstruktionselements in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, eine Detailansicht des in Fig. 2 markierten Bereichs, eine vereinfachte Wiedergabe des in Fig. 1 dargestellten Konstruktionselements mit schematisch dargestellter Konventionsströmung,

Fig. 3b eine vereinfachte Wiedergabe des in Fig. 2 dargestellten

Konstruktionselements mit schematisch dargestellter Konventionsströmung, Fig. 4a eine vereinfachte Wiedergabe des in Fig. 1 dargestellten

Konstruktionselements mit schematisch dargestellter unterbundener Konventionsströmung,

Fig. 4b eine vereinfachte Wiedergabe des in Fig. 2 dargestellten

Konstruktionselements mit schematisch dargestellter unterbundener Konventionsströmung,

Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung des in Fig. 1 dargestellten

Konstruktionselements,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Konstruktionselements in einer

Ausführungsform der Erfindung mit reduzierten Strömungswiderstand.

Figur 1 zeigt die Grundform eines erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1 . Das Konstruktionselement 1 wird durch einen Rahmen 7 aufgebaut, der vier Seiten des Elements bildet, nämlich Ober- und Unterseite sowie die Seitenflächen. In dem Rahmen 7 sind gegenüberliegend zwei Platten 3, 5, d.h. eine erste Platte 3 und eine zweite Platte 5, angeordnet, die gemeinsam mit dem Rahmen 7 ein abgeschlossenes Volumen definieren. Im Inneren des definierten Volumens ist ein flächiges Element 9 so angeordnet, dass es seitlich jeweils mit dem Rahmen 7 abschließt und oben einen oberen Zwischenraum 1 1 und unten einen unteren Zwischenraum 13 zum Rahmen freilässt. Ferner ist das flächige Element 9 mit einem Abstand X zur ersten Platte 3 und mit einem Abstand Y zur zweiten Platte 5 angeordnet.

Wie in der vereinfachten Darstellung der Figur 3a dargestellt ist, kann sich eine Konvektionsströmung rund um das flächige Element 9 herum ausbilden. In der Darstellung der Figur 3a wird Wärme von der zweiten Platte 5 durch freie Konvektion auf die erste Platte 3 übertragen, wobei die freie Konvektion sich dadurch einstellt, dass die Temperatur T ₂ auf der linken Seite der Figur größer als die Temperatur T-i auf der rechten Seite der Figur ist. Hierdurch ist die Temperatur des Gases im zweiten Hohlraum 17 im Mittel höher als im ersten Hohlraum 15 und die Dichte ist entsprechend niedriger. Dadurch ergibt sich eine Druckdifferenz vor und hinter dem unteren Zwischenraum 13, der schließlich die Konvektionsbewegung in Gang setzt, so dass das wärmere Gas aus zweiten Hohlraum 17 über den oberen Zwischenraum 1 1 in den ersten Hohlraum 15 strömt, während das kältere Gas über den unteren Zwischenraum 13 in den zweiten Hohlraum 17 strömt. Insgesamt erfolgt so ein Energiestrom von rechts nach links.

In Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Diese weist zwei in dem definierten Volumen angeordnete flächige Elemente 9a, 9b auf, d.h. ein erstes flächiges Element 9a und ein zweites flächiges Element 9b. Diese sind prinzipiell wie das flächige Element 9 in Figur 1 angeordnet, jedoch mit dem Unterschied, dass sie zwischen sich einen dritten Hohlraum 23 mit dem Abstand Z voneinander ausbilden. Wie in Figur 3b gezeigt wird, ist die Ausbildung der inneren Konvektionsströmung im Wesentlichen gleich der in Figur 3a dargestellten Ausführungsform.

Um die Konvektionsströmung zu regeln oder zu unterbinden, kann in einer Ausführungsform das flächige Element 9 durch ein geeignetes Mittel, beispielsweise nach oben, bewegt werden, so dass es den oberen Zwischenraum 1 1 verschließt, wie in Figur 4a dargestellt wird. Das durch die Wärme W1 erwärmte Gasvolumen im ersten Hohlraum 15 kann zwar nach oben steigen, durch den geschlossenen oberen Zwischenraum 1 1 ist die Ausbildung einer Konvektionsströmung jedoch nicht möglich.

In ähnlicher Weise wirkt die besondere Ausführungsform, die in Figur 2 dargestellt ist, wenn das oder die ersten und/oder zweiten flächigen Elemente 9, 9a, 9b so verschoben werden, dass einer der Zwischenräume 1 1 a, 1 1 b, 13a, 13b, d.h. der erste obere Zwischenraum 1 1 a, der zweite obere Zwischenraum 1 1 b, der erste untere obere Zwischenraum 13a, der zweite untere Zwischenraum 13b, verschlossen wird. Ein mögliche Konfiguration wird in Figur 4b dargestellt, in der das erste flächige Element 9a nach oben verschoben wurde, um den ersten oberen Zwischenraum 1 1 a zu schließen, während das zweite flächige Element 9b nach unten verschoben wurde, um den zweiten unteren Zwischenraum 13b zu verschließen. Auch in dieser Ausführungsform kann sich keine Konvektionsströmung ausbilden.

Allgemein stellen die Konfigurationen in den Figuren 3a und 3b den Zustand dar, in dem das Konstruktionselement 1 einen maximalen Wärmedurchgangskoeffizienten U aufweist, das heißt, es ermöglicht einen maximalen Wärmedurchgang. Andererseits stellen die Konfigurationen in den Figuren 4a und 4b einen Zustand dar, in dem das Konstruktionselement 1 seinen minimalen Wärmedurchgangskoeffizienten U hat, also eine maximale Wärmedämmung bietet.

Figur 5 ist eine perspektivische Darstellung des in Figur 1 gezeigten Konstruktionselements 1 , aus der insbesondere deutlich wird, wie das flächige Element 9 seitlich mit dem Rahmen 7 abschließt. Figur 6 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konstruktionselements mit reduziertem Strömungswiderstand, wobei die Verringerung des Strömungswiderstands durch die Abrundung 25 der Kanten des flächigen Elements 9 und durch runde Ausformung 27 der Ecken der ersten und/oder zweiten Platten 3, 5 erfolgt. Der Vorteil einer solchen Ausführungsform ist, dass bei gleicher Temperaturdifferenz ein größerer Konvektionsstrom resultiert und dadurch mehr Energie übertragen werden kann, während im geschlossenen Fall (Figuren 4a, 4b) keine Verschlechterung der Isolierwirkung vorliegt.

Abhängig von der Einbausituation des Konstruktionselements 1 können im definierten Volumen V auch mehr als zwei flächige Elemente 9, 9a, 9b vorgesehen sein. Zudem kann es von Vorteil sein, den zwischen zwei ersten und zweiten flächigen Elementen 9a, 9b gebildeten dritten Hohlraum 23 auf eine Minimum zu reduzieren, bis zu der Ausführungsform, dass sich die ersten und zweiten flächigen Elemente 9a, 9b berühren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können aktive Konvektionselemente in den ersten Hohlraum 15 und/oder in den zweiten Hohlraum 17 integriert werden. Unter „aktive Konvektionselementen" werden bspw. kleine Rotoren verstanden, welche die Ausbildung der Konvektionsströmung unterstützen und diese aufrecht erhalten. Hierdurch wird insbesondere Schalthub zwischen der Seite mit höherer Temperatur T ₂ und der Seite mit niedrigerer Temperatur T-i erhöht.

Wie aus den Figuren deutlich wird, kann in Umkehrung des aus dem Stand der Technik bekannten Effektes das erfindungsgemäße Konstruktionselement 1 insbesondere dazu verwendet werden, um Wärme aus Gebäuden abzuführen. Dies kann beispielsweise in der warmen Jahreszeit vorteilhaft sein. Ferner ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1 zur Wärmeabführung aus Industriebauten denkbar.

Je nach Einbausituation des erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1 können die ersten und/oder zweiten Platten 3, 5 entweder senkrecht oder geneigt ausgeführt werden. Auf diese Weise können sowohl Wandflächen als auch schräge Dachflächen gebildet werden. Der Winkel der schrägen Dachflächen zur Senkrechten liegt im Wesentlichen zwischen 0° und 90°, bevorzugt zwischen 5° und 60°. Trotz der schrägen Lage des erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1 bleibt das Prinzip des regelbaren Wärmedurchgangskoeffizienten U erhalten, d.h. die Regelung durch gezielte Steuerung der inneren Konvektionsstromung.

Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1 für Flachdachflächen müssen nur geringe konstruktive Änderungen vorgenommen werden, so dass die innere Konvektionsstromung weiterhin sichergestellt ist. Zwingend für den Einsatz in Flachdachflächen ist die Verwendung von aufblasbaren Bälgen, Schiebern, Klappen oder Keilen anstelle der Verschiebung der flächigen Elemente 9, 9a, 9b, da diese mit einer zu hohen Reibung und einer daraus resultierenden Beschädigung der flächigen Elemente 9, 9a, 9b verbunden wäre. Je nach Einsatzgegebenheiten ist eventuell eine leicht andere Bemaßung des Konstruktionselements 1 notwendig.

Das erfindungsgemäße Konstruktionselement 1 kann demnach als Wand- und/oder Dachelement in einem Rohbau eingesetzt werden, ohne weitere Wandelemente oder Dachelemente vorsehen zu müssen. Natürlich ist das erfindungsgemäße Konstruktionselement 1 auch als klassisches Dämmelement zum Aufsetzen auf eine Fassade verwendbar.

In einer weiteren Ausführungsform wird das zumindest eine flächige Element 9 aus einem flexiblen, offenzelligen Schaumstoff auf Melaminharzbasis gebildet, der kommerziell unter der Bezeichnung Basotect ^® (BASF SE) erhältlich ist. Basotect ^® zeigt über einen weiten Temperaturbereich gleichbleibende physikalische Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht, guten Wärmedämmeigenschaften und hohem Schallabsorptionsvermögen. Zudem ist Basotect ^® (ohne den Zusatz von Flammschutzmitteln) schwer entflammbar, was ein erfindungsgemäßes Konstruktionselement 1 mit diesem Werkstoff besonders geeignet für Wand- und/oder Dachelemente macht.

In einer speziellen Ausführungsform kann der Rahmen 7 mit Leuchtmitteln (beispielsweise LEDs) versehen werden, um bei Dunkelheit das erfindungsgemäße Konstruktionselement 1 auch zur Innen-/Außenraumbeleuchtung zu verwenden. Ferner sind durch eine Diffusorwirkung von strukturierten Platten 3, 5 und/oder strukturierten flächigen Elementen 9, 9a, 9b optische und gestalterische Effekte erzielbar.

Die bevorzugten Dimensionen des Konstruktionselements 1 und seiner Teile werden nachstehend angegeben.

Der Abstand A zwischen der ersten Platte 3 und der zweiten Platte 5 beträgt < 50 cm, bevorzugt < 35 cm, besonders bevorzugt zwischen 5 cm und 12 cm. Allgemein gilt, dass, je höher das Konstruktionselement 1 ist, desto breiter die ersten und zweiten Hohlräume 15, 17 gewählt werden müssen, um eine spontane Konvektion schon bei kleinen Temperaturunterschieden zu bewirken. Dieses Verhältnis von Höhe des Konstruktionselements 1 zu Breite der ersten und zweiten Hohlräume 15, 17 ist sehr sensibel und bedarf einer genauen Abstimmung. Die erfindungsgemäßen Konstruktionselemente 1 unterliegen prinzipiell keiner Größenbeschränkung. Aus praktischer Sicht hat sich eine Höhe von bis zu 1 ,5 m als sinnvoll herausgestellt. Die Breite der Elemente wird im Wesentlichen durch die Stabilität der verwendeten Materialien begrenzt und beträgt sinnvollerweise bis zu 5 m. Aus Gründen der thermisch bedingten Druckänderungen sollte das im Konstruktionselement 1 eingeschlossene Gasvolumen möglichst klein gehalten werden

Nachstehend werden Maße für das erfindungsgemäße Konstruktionselement 1 angegeben, die durch rechnergestützte Optimierung ermittelt wurden.

Wertebereiche (relativ) für eine erste Ausführungsform des Konstruktionselements 1 :

X/H: Relative Dicke des Spaltes zwischen Platte 3 und flächigem Element 9:

0,001 < X/H < 0,05; bevorzugt: 0.005 < X/H < 0,04

Y/H: Relative Dicke des Spaltes zwischen flächigem Element 9 und Platte 5:

0,001 < Y/H < 0,05; bevorzugt: 0,005 < Y/H < 0,04 falls Y<X:

s ₀ /Y: Relative Dicke des Spaltes zwischen dem flächigem Element 9 und dem oberen Rahmen 7 im Zustand mit hohem Wärmedurchgangskoeffizienten:

0,3 < s ₀ /Y i 5; bevorzugt: 0,5 < s ₀ /Y ^ 4; besonders bevorzugt: 1 < s ₀ /Y ^ 3

Su/Y: Relative Dicke des Spaltes zwischen dem flächigem Element 9 und dem unteren

Rahmen 7 im Zustand mit hohem Wärmedurchgangskoeffizienten:

0,3 < Su/Y i 5; bevorzugt: 0,5 < Su/Y ^ 4; besonders bevorzugt: 1 < Su/Y ^ 3 falls Y> X: s ₀ /X: Relative Dicke des Spaltes zwischen dem flächigem Element 9 und dem oberen Rahmen 7 im Zustand mit hohem Wärmedurchgangskoeffizienten;

0,3 < s ₀ /X i 5; bevorzugt: 0,5 < s ₀ /X ^ 4; besonders bevorzugt: 1 < s ₀ /X ^ 3

Su/X: Relative Dicke des Spaltes zwischen dem flächigem Element 9 und dem unteren Rahmen 7 im Zustand mit hohem Wärmedurchgangskoeffizienten:

0,3 < Su/X i 5; bevorzugt: 0,5 < Su/X ^ 4; besonders bevorzugt: 1 < Su/X ^ 3

H: Höhe des Konstruktionselements 1 :

0,25 m < H < 6 m; bevorzugt: 0,5 m < H < 4 m; besonders bevorzugt: 0,7 m < H < 3 m

Wertebereiche (relativ) für eine zweite Ausführungsform des Konstruktionselements 1 :

X/H: Relative Dicke des Spaltes zwischen Platte 3 und flächigem Element 9a:

0,001 < X/H < 0,05; bevorzugt: 0,005 < X/H < 0,04

Y/H: Relative Dicke des Spaltes zwischen flächigem Element 9b und Platte 5:

0,001 < Y/H < 0,05, bevorzugt: 0,005 < Y/H < 0,04 falls Y<X:

s ₀ /Y: Relative Dicke des Spaltes zwischen den flächigen Elementen 9a, 9b und dem oberen Rahmen 7 im Zustand mit hohem Wärmedurchgangskoeffizienten:

0,3 < s ₀ /Y i 5; bevorzugt: 0,5 < s ₀ /Y ^ 4; besonders bevorzugt: 1 < s ₀ /Y ^ 3

Su/Y: Relative Dicke des Spaltes zwischen den flächigen Elementen 9a, 9b und dem unteren Rahmen 7 im Zustand mit hohem Wärmedurchgangskoeffizienten:

0,3 < Su/Y i 5; bevorzugt: 0,5 < Su/Y ^ 4; besonders bevorzugt: 1 < Su/Y ^ 3 falls Y> X:

s ₀ /X: Relative Dicke des Spaltes zwischen den flächigen Elementen 9a, 9b und dem oberen Rahmen 7 im Zustand mit hohem Wärmedurchgangskoeffizienten:

0,3 < s ₀ /X i 5; bevorzugt: 0,5 < s ₀ /X ^ 4; besonders bevorzugt: 1 < s ₀ /X ^ 3

Su/X: Relative Dicke des Spaltes zwischen den flächigen Elementen 9a, 9b und dem unteren Rahmen 7 im Zustand mit hohem Wärmedurchgangskoeffizienten:

0,3 < Su/X i 5; bevorzugt: 0,5 < Su/X ^ 4; besonders bevorzugt: 1 < Su/X ^ 3 H: Höhe des Konstruktionselements 1 :

0,25 m < H < 6 m; bevorzugt: 0,5 m < H < 4 m; besonders bevorzugt: 0,7 m < H < 3 m

Wertebereiche (relativ) für eine erste Ausführungsform mit reduziertem Strömungswiderstand: r/(A-X-Y): Relativer Abrundungsradius des flächigen Elements 9: 0 < ι7(Α-Χ-Υ) < 0,5; bevorzugt: 0, 1 < r/(A-X-Y)< 0,5; besonders bevorzugt: 0,25 < r/(A- X-Y) < 0,5

R/A: Relativer Abrundungsradius der Außenecken:

0 < R/A < 0,5; bevorzugt: 0, 1 < R/A < 0,5; besonders bevorzugt: 0,25 < R/A< 0,5

Für den den Zwischenraum 23 definierenden Abstand der flächigen Elemente 9a, 9b hat sich eine Breite von 0,003 m bis 0,05 m, bevorzugt 0,005 m bis 0,04 m, besonders bevorzugt 0,007 m bis 0,03 m als zweckmäßig erwiesen.

Beispiele

In einem experimentellen Aufbau wurden die Eigenschaften von erfindungsgemäßen Konstruktionselement-Prototypen ermittelt. Für die Platten 3, 5 wurden Plexiglasscheiben mit einer Größe von 800 x 800 mm verwendet, während das flächige Element aus einem transluzenten Isoliermaterial (nicht eingefärbtes Basotect ®) bestand. Der Rahmen 7 war aus PVC-Platten gefertigt. Die Stärke des Prototyps betrug 96 mm. Die Hohlräume 15, 17 hatten jeweils ein Maß X, Y von 30 mm. Der Versuchsaufbau wurde so gewählt, dass zwischen zwei identische Prototypen der vorstehend beschriebenen Art ein beheizbares Element eingeschoben wurde, während auf den gegenüberliegenden Seiten kühlbare Elemente vorgesehen wurden. Der Wärmefluss von dem beheizbaren Element zu den kühlbaren Elementen wurde elektrisch gemessen. Der durch einen der Prototypen durchgehende Wärmefluss beträgt somit die Hälfte des insgesamt gemessenen Wärmeflusses. Auf diese Weise wurden die thermische Leitfähigkeit λ und der Wärmedurchgangskoeffizient U gemessen.

In einem ersten Messaufbau (I) war das Maß des oberen Zwischenraums 1 1 60 mm und das Maß des unteren Zwischenraums 13 0 mm, in einem zweiten Messaufbau (I I) waren beide Maße der oberen und unteren Zwischenräume 1 1 , 13 jeweils 30 mm. In einem weiteren Paar von Messaufbauten (II I) und (IV) wurden die beiden Schaltzustände eines erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1 in der Konfiguration mit zwei flächigen Elementen 9a, 9b realisiert. In den Messaufbauten wurden zwei flächige Elemente 9a, 9b aus Basotect ® mit einer Dicke von jeweils 15 mm eingesetzt. Die Maße der Hohlräume 15 und 17 betrugen jeweils 15 mm, das Maß des Zwischenraums 23 10 mm. In Aufbau (I I I) betrugen die Maße der Zwischenräume 1 1 a und 13b 30 mm, die Maße der Zwischenräume 1 1 b und 13a 0 mm. In Aufbau (IV) betrugen die Maße der Zwischenräume 1 1 a, 1 1 b, 13a und 13b jeweils 15 mm. Die Aufbauten (I I I) und (IV) wurden zusätzlich mit C0 ₂ als Füllgas anstelle von Luft gemessen. Diese Messungen sind in der Tabelle mit l l lb und IVb bezeichnet. Für jeden Messaufbau wurden jeweils zwei Messungen mit niedrigem Temperaturunterschied zwischen beheizbarem Element und kühlbarem Element (Messungen 1 und 3) und eine Messung mit hohem Temperaturunterschied zwischen beheizbarem Element und kühlbarem Element (Messungen 2 und 4) durchgeführt. Die Messergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle dargestellt.

Die Messungen 1 und 3 zeigen, dass der Wärmedurchgangskoeffizient U mehr als verdoppelt wird, wenn die Position des flächigen Elements 9 verändert wird, während im Wesentlichen der gleiche Temperaturunterschied an den Prototypen anliegt.

Die Messungen 2 und 4 bestätigen, dass die die Konvektion und damit auch der Wärmedurchgangskoeffizient U mit dem Temperaturunterschied steigen. Mit den experimentellen Aufbau und den Messungen wurde gezeigt, dass der Wärmedurchgangskoeffizient U in dem erfindungsgemäßen Konstruktionselement geregelt werden kann. Bezugszeichenliste

1 Konstruktionselement

3 erste Platte

5 zweite Platte

7 Rahmen

9 flächiges Element

9a erstes flächiges Element

9b zweites flächiges Element

1 1 , 1 1 a, 1 1 b oberer Zwischenraum

13, 13a, 13b unterer Zwischenraum

15 erster Hohlraum

17 zweiter Hohlraum

23 dritter Hohlraum

25 abgerundete Außenecke

27 abgerundete Innenecke

H lichte Höhe des Rahmens 7

W lichte Weite des Rahmens 7

A Abstand erste Platte 3 zu zweite Platte 5

X Abstand erste Platte 3 zu flächigem Element 9, 9a, 9b

Y Abstand zweite Platte 5 zu flächigem Element 9, 9a, 9b

S-i Dicke der ersten Platte 3

S ₂ , S _2a , S _2b Dicke des flächigen Elements 9, 9a, 9b

S ₃ Dicke der zweiten Platte 5

S ₀ Breite oberer Zwischenraum 1 1 , 1 1 a, 1 1 b

S _u Breite unterer Zwischenraum 13, 13a, 13b

r Radius Innenecke

R Radius Außenecke