Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konstruktionselement mit regelbarem Wärmedurchgangskoeffizienten U und aktiver thermischer Masse sowie dessen Verwendung.

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. Gleichzeitig 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 oder Fahrzeugs minimiert, indem es zur Regelung seines Wärmehaushaltes beiträgt. Hierzu ist eine möglichst große regelbare Änderung des Wärmedurchgangskoeffizienten U wünschenswert.

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

Konstruktionselement (1 ) mit regelbarem Wärmedurchgangskoeffizienten U, umfassend

einen ersten flächigen Hohlraum (15),

einen zweiten flächigen Hohlraum (17),

- ein zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen

Hohlraum (17) angeordnetes flächiges Element (9), das mindestens ein isolierendes Material umfasst und dessen Breite und dessen Höhe jeweils der

Breite und Höhe des ersten flächigen Hohlraums (15) und/oder des zweiten flächigen Hohlraums (17) entspricht,

wobei der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) durch mindestens eine erste Verbindungsleitung (13) durch das flächige Element

(9) hindurch untereinander verbunden sind, und

wobei der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) zumindest teilweise mit einem flüssigen Wärmeträgermedium W gefüllt sind, und - zumindest eine Pumpe (19) zur Regelung des Austausche von flüssigem Wärmeträgermedium W zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17), die für die erste Verbindungsleitung (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, insbesondere Wasserfahrzeugen, gelöst.

Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) zur Abführung von Wärme von einer ersten Seite des Konstruktionselements (1 ) zu dessen zweiter Seite. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Wärmedurchgang durch ein Konstruktionselement (1 ) der beschriebenen Art durch gezieltes Steuern der Strömung eines flüssigen Wärmeträgermediums W von außen geregelt werden kann. Das flüssige Wärmeträgermedium W stellt in der vorliegenden Erfindung eine aktive thermische Masse dar, die gezielt zur Regelung des Wärmehaushalts eines Gebäudes oder Fahrzeugs eingesetzt wird.

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 gezielt von außen 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 ersten flächigen Hohlraum (15),

einen zweiten flächigen Hohlraum (17),

- ein zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen

Hohlraum (17) angeordnetes flächiges Element (9), das mindestens ein isolierendes Material umfasst und dessen Breite und dessen Höhe jeweils der

Breite und Höhe des ersten flächigen Hohlraums (15) und/oder des zweiten flächigen Hohlraums (17) entspricht,

wobei der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) durch mindestens eine erste Verbindungsleitung (13) durch das flächige Element

(9) hindurch untereinander verbunden sind, und

wobei der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) zumindest teilweise mit einem flüssigen Wärmeträgermedium W gefüllt sind, und - zumindest eine Pumpe (19) zur Regelung des Austausche von flüssigem Wärmeträgermedium W zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17), die für die erste Verbindungsleitung (13) angeordnet ist.

In einer Alternative zu diesem ersten Aspekt wird die vorstehend genannte Aufgabe durch ein Konstruktionselement (1 ) mit regelbarem Wärmedurchgangskoeffizienten U gelöst, umfassend

einen ersten flächigen Hohlraum (15),

einen zweiten flächigen Hohlraum (17),

ein zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17) angeordnetes flächiges Element (9), das mindestens ein isolierendes Material umfasst und dessen Breite und dessen Höhe im Wesentlichen jeweils der Breite und Höhe des ersten flächigen Hohlraums (15) und/oder des zweiten flächigen Hohlraums (17) entspricht,

wobei der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) durch mindestens eine erste Verbindungsleitung (13) durch das flächige Element (9) hindurch untereinander verbunden sind, und

wobei der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) zumindest teilweise mit einem flüssigen Wärmeträgermedium W gefüllt sind, und zumindest eine Pumpe (19) zur Regelung des Austausche von flüssigem Wärmeträgermedium W zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17), die für die erste Verbindungsleitung (13) angeordnet ist.

Unter "flächigem Hohlraum" wird in der vorliegenden Erfindung ein in geeigneter Weise abgeschlossenes Volumen verstanden, dessen Breite und/oder Höhe um mindestens eine Größenordnung über dessen Tiefe (d.h. Dicke) liegen. So kann ein flächiger Hohlraum im Sinne der Erfindung als flacher Tank ausgebildet sein. Dieser kann ggf. auch Verstrebungselemente oder Dickenvariationen in der Fläche enthalten; entsprechende Konstruktionen sind dem Fachmann bekannt.

Alternativ kann der erste flächige Hohlraum (15) durch eine erste Platte (3), einen Rahmen (7) und das flächige Element (9) und der zweite flächige Hohlraum (17) durch eine zweite Platte (5), den Rahmen (7) und das flächige Element (9) definiert werden. Das flächige Element (9) bildet quasi eine Trennwand zwischen den beiden flächigen Hohlräumen (15, 17). In diesem Fall dient der Rahmen (7) des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) vor allem zur Einfassung und mechanischen Stabilisierung des Konstruktionselements (1 ) und zur Aufnahme der ersten und zweiten Platten (3, 5), die im Folgenden näher beschrieben werden. Die Oberfläche des flächigen Elements (9) ist in diesem Falle dicht gegen das flüssige Wärmeträgermedium W.

Als Materialien zum Aufbau des ersten flächigen Hohlraums (15) und/oder des zweiten flächigen Hohlraums (17) kommen insbesondere Polymerwerkstoffe (eventuell mit Zusätzen zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit), Glas und Metalle in Frage. Da an den Außenwänden des Konstruktionselements (1 ) ein hoher Wärmedurchgangskoeffizient U in dem mit dem flüssigen Wärmeträgermedium W gefüllten flächigen Hohlraum (15, 17) wünschenswert ist, sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die jeweiligen Außenwände des ersten flächigen Hohlraums (15) und/oder des der zweiten flächigen Hohlraums (17) aus einem anderen Material gefertigt werden als die zum Inneren des Konstruktionselements (1 ) hin gewandten Wände (z.B. Außenseiten aus Metall, Innenseite aus Polymerwerkstoff). Neben den Wärmeübergangseigenschaften der Wände können durch Materialkombinationen für die Wandmaterialien des ersten flächigen Hohlraums (15) und/oder des der zweiten flächigen Hohlraums (17) auch die mechanische Stabilität des Konstruktionselements (1 ) sowie dessen Brandschutzeigenschaften verbessert werden.

Der Rahmen (7) des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) kann insbesondere aus metallischen, polymeren (eventuell faserverstärkten) oder keramischen Werkstoffen oder im Falle eines Konstruktionselements (1 ) gemäß der nachstehend beschriebenen und in den Figuren 1 und 3 dargestellten ersten und zweiten Ausführungsformen auch aus Holz bzw. holzbasierten Verbundwerkstoffen aufgebaut sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Konstruktionselement (1 ) in sich abgeschlossen ist und damit gut einsetzbar, d.h. verbaubar, gemacht wird.

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.

Das Konstruktionselement (1 ) umfasst zumindest ein flächiges Element (9), das mindestens ein isolierendes Material umfasst und das zentral zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17) angeordnet ist. Der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) sind über mindestens eine erste Verbindungsleitung (13) durch das flächige Element (9) hindurch untereinander verbunden, so dass ein Austausch von flüssigem Wärmeträgermedium W zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17) möglich ist. Auf diese Weise kann Wärme, die dem flüssigen Wärmeträgermedium W auf einer Seite des Konstruktionselements (1 ) zugeführt wird, auf dessen andere Seite geführt werden. Dieser Austausch von flüssigem Wärmeträgermedium W wird durch die Pumpe (19) bewirkt.

Es ist insbesondere bevorzugt, wenn es sich bei der ersten Verbindungsleitung (13) um eine Leitung mit geringem Durchmesser handelt. Eine solche Verbindungsleitung (13) mit geringem Durchmesser weist den weiteren Vorteil auf, dass die eine geringere Wärmebrücke zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17) darstellt. Vorteilhafterweise ist die erste Verbindungsleitung (13) aus einem thermisch isolierenden Material aufgebaut, beispielsweise einem Polymerwerkstoff. Als "geringer Durchmesser" ist ein Maß von 0, 1 cm bis 2 cm, insbesondere von 0,2 cm bis 1 cm, bevorzugt.

Das flächige Element (9) umfasst mindestens ein isolierendes Material, das insbesondere aus Platten aus Polymerschäumen (bspw. aus Polyurethan (PUR- oder PI R-Schäume oder TPU-basierte Partikelschäume), Polystyrol oder dessen Copolymeren sowie Melaminharzen), isolierenden Faserplatten technischen oder natürlichen Ursprungs (bspw. Mineralwolle, Pflanzenfasermatten, Holzfaserplatten, Wollfaserplatten), Hohlräumen mit Schüttungen technischer oder natürlicher poröser bzw. faseriger Dämmstoffe wie z.B. Polystyrolschaum-Perlen, Cellulose- und anderen Pflanzenfaser-Zubereitungen, Wollfasern, porösen mineralischen Granulaten, Aerogelen), Dämmplatten aus mineralischen Materialien (bspw. Silica-Aerogel, Schäume zementöser oder gipsbasierter Werkstoffe, Glasschäume) sowie Dämmplatten aus organisch/anorganischen Hybridwerkstoffen, direkt am Ort des flächigen Elements erzeugten Schäumen aus organischen, anorganischen oder hybriden Werkstoffen ausgewählt wird. Im Falle eines Konstruktionselements (1 ) der nachstehend beschriebenen und in Figur 2 dargestellten alternativen Weiterbildung der ersten Ausführungsform müssen entweder vollständig geschlossenzellige und flüssigkeitsfeste Materialien für das flächige Element (9) gewählt werden oder dieses noch mit einer für das flüssige Wärmeträgermedium W vollständig undurchlässigen Beschichtung ausgestattet werden.

Die Formulierung "im Wesentlichen" in Bezug auf die Höhe und die Breite des flächigen Elements (9) bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Größe des flächigen Elements (9) der Größe des ersten flächigen Hohlraums (15) und/oder des zweiten flächigen Hohlraums (17) im Rahmen der Fertigungstoleranzen genau entspricht. Aus Gründen der praktischen Auslegung des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) kann die Größe des flächigen Elements (9) jedoch um bis zu ± 5 % variieren, ohne von der Erfindung abzuweichen. Mit der in dem erfindungsgemäßen Konstruktionselement (1 ) vorgesehenen Pumpe (19) kann die Strömung des flüssigen Wärmeträgermediums W gezielt geregelt werden. Durch Anhalten der Pumpe (19) kann ferner jegliche Strömung unterbunden werden. In diesem Zustand wird der Wärmedurchgangskoeffizient U des Konstruktionselements (1 ) weitgehend durch den Wärmedurchgangskoeffizienten des flächigen Elements (9) bestimmt. Demensprechend wirkt das Konstruktionselement (1 ) bei angehaltener, d.h. sperrender, Pumpe (19) wie eine thermische Isolierung. Wird eine Konvektionsströmung zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17) in Gang gesetzt, wird der Wärmetransport zwischen beiden Seiten des Konstruktionselements (1 ) vor allem durch diesen Vorgang bestimmt. Es hat sich dabei gezeigt, dass bereits vergleichsweise geringe Flussraten im Bereich von ca. 1 ml/sm ² bis 10 ml/sm ² für ein wasserbasiertes flüssiges Wärmeträgermedium W ausreichen, um hierdurch effektive Wärmedurchgangskoeffizienten U im Bereich von 4 W/m ² K oder höher zu erreichen.

Die für den Betrieb der Pumpe (19) notwendige Energie kann vorteilhafterweise mittels Photovoltaik-Elementen gesammelt werden, die auf der als Außenseite verwendeten Seite des Konstruktionselements (1 ) angebracht sind. Der erzeugte Strom kann in entsprechenden am oder im Konstruktionselement (1 ) vorgesehenen Akkumulatoren gespeichert werden, die dann die Pumpe (19) versorgen. Bei dieser Ausgestaltung ist jedes Konstruktionselement (1 ) so weit autark, dass keine Verkabelung oder dergleichen nötig ist.

Es ist ferner möglich, für die Pumpe (19) eine drahtlose Kommunikation mit einem externen System (bspw. einer Gebäudetechnik) vorzusehen, um die Pumpe (19) bedarfsgerecht zu steuern. Für die drahtlose Kommunikation kann die notwendige Energie ebenfalls aus dem vorstehend beschriebenen Akkumulator zugeführt werden.

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 bevorzugt selbsttragend ausgeführt und kann daher eigenständig in einen Rohbau eines Gebäudes oder die Außenwände eines Fahrzeugs 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. Die erforderlichen Bemessungswerte für den Wärmedurchgangskoeffizienten U sind in den Normen EN 12524 und DIN 4108-4 festgelegt. Der Wärmedurchgangskoeffizient U wird durch die Wärmeleitfähigkeit und die Dicke der verwendeten Materialien bestimmt, zusätzlich aber auch durch Wärmestrahlung und Konvektion an den Oberflächen des Bauteils. Er 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 das im Konstruktionselement (1 ) enthaltene isolierende Material des flächigen Elements (9) bestimmten Wert sowie einem durch gezielte Konvektionsbewegungen des flüssigen Wärmeträgermediums W bestimmten Wert variiert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist aus Gründen der gezielten Steuerung des Wärmehaushalts das flächige Element (9) einen Wärmedurchgangskoeffizienten U von höchstens 0,5 W/m ² K, bevorzugt zwischen 0,35 W/m ² K und 0,08 W/m ² K, auf. Es hat sich für das gezielte Regeln der Strömung des flüssigen Wärmeträgermediums W von außen als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) das gleiche Fassungsvermögen für das flüssige Wärmeträgermedium W aufweisen. Hierdurch werden Totmengen an flüssigem Wärmeträgermedium W vermieden, die zu einer unnötig großen thermischen Trägheit des Systems führen würden. "Das gleiche Fassungsvermögen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass dieses um bis zu ± 5 % abweichen kann, im Rahmen der Fertigungstoleranzen jedoch bevorzugt das gleiche Fassungsvermögen vorhanden ist.

Ferner kann in einer Weiterbildung das flüssige Wärmeträgermedium W Wasser und ein anorganisches oder organisches Frostschutzmittel umfassen. Wasser weist für die vorliegende Erfindung eine sehr gute Balance zwischen Wärmekapazität, Verfügbarkeit und Umweltverträglichkeit auf. Da das erfindungsgemäße Konstruktionselement (1 ) bei seinem Einsatz auch Minustemperaturen ausgesetzt ist, sollte bei Verwendung von Wasser ein geeigneter Frostschutz vorgesehen werden. Erfindungsgemäße Beispiele sind Glysantin® (Handelsprodukt der BASF SE, Hauptbestandteil Monoethylenglykol) oder wasserlösliche Salze insbesondere der Elemente Na, K, Mg und Ca.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Verbindungsleitung (13) im vertikal unteren Bereich des flächigen Elements (9) und eine zweite Verbindungsleitung (1 1 ) im vertikal oberen Bereich des flächigen Elements (9) angeordnet, so dass der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) über die erste Verbindungsleitung (13) und die zweite Verbindungsleitung (1 1 ) so in Verbindung stehen, dass zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17) über die erste Verbindungsleitung (13) und die zweite Verbindungsleitung (1 1 ) eine Konvektionsströmung des flüssigen Wärmeträgermediums W fließen kann. Die Angaben "vertikal oben" und "vertikal 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.

"Vertikal unterer Bereich" bzw. "vertikal oberer Bereich" bedeuten, dass die erste Verbindungsleitung (13) bzw. die zweite Verbindungsleitung (1 1 ) im unteren, bzw. oberen Drittel, vorzugsweise im unteren, bzw. oberen Viertel, bevorzugt im unteren, bzw. oberen Fünftel, insbesondere in den unteren, bzw. oberen 5 % des flächigen Elements (9) angeordnet sind.

In dieser ersten Ausführungsform wird die Pumpe (19) dazu eingesetzt, eine Konvektionsströmung des flüssigen Wärmeträgermediums W zu bewirken, bspw. von dem ersten flächigen Hohlraum (15), in dem das flüssige Wärmeträgermedium W aus dem Inneren eines Gebäudes heraus erwärmt wird, durch die zweite Verbindungsleitung (1 1 ) in den zweiten flächigen Hohlraum (17), wo das flüssige Wärmeträgermedium W seine Wärme nach außen abgeben kann, und zurück über die erste Verbindungsleitung (13) in den ersten flächigen Hohlraum (15). Um die vorstehend beschriebene Konvektionsströmung des flüssigen Wärmeträgermediums W effizient ausführen, d.h. gezielt von außen regeln, zu können, ist es vorteilhaft, wenn der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) vollständig mit dem flüssigen Wärmeträgermedium W gefüllt sind. Die Formulierung " vollständig gefüllt" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf den Umstand, dass in der Praxis der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) nicht zu exakt 100 % gefüllt werden können.

Dabei hat es sich als sinnvoll erwiesen, wenn der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) jeweils ein Fassungsvermögen von 0,5 l/m ² bis 10 l/m ² , bevorzugt zwischen 1 l/m ² und 5 l/m ² , aufweisen.

Dabei kann der erste flächige Hohlraum (15) ein lichtes Maß x und/oder der zweite flächige Hohlraum (17) ein lichtes Maß y von jeweils 0, 1 cm bis 1 ,0 cm, insbesondere 0, 1 cm bis 0,5 cm, aufweisen. Unter "lichtes Maß " ist im Sinne der vorliegenden Erfindung der mittlere Querschnitt des jeweiligen Hohlraums (15, 17) bezeichnet, bspw. das mittlere Innenmaß eines Tanks oder der mittlere Abstand zwischen einer ersten oder zweiten Platte (3, 5) und dem flächigen Element (9).

In einer zweiten, alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Konstruktionselement (1 ) nur die erste Verbindungsleitung (13) auf und das in dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17) enthaltene Volumen des flüssigen Wärmeträgermediums W nimmt 50 % bis 60 % des gesamten Volumens ein, das der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) umschließen. Ferner umfasst das vorstehend genannte gesamte Volumen neben dem jeweiligen Volumen des ersten flächigen Hohlraums (15) und des zweiten flächigen Hohlraums (17) auch die Volumina, die von der ersten Verbindungsleitung (13) sowie der Pumpe (19) umschlossen werden. Diese beiden Volumina sind jedoch im Vergleich zu den Volumina des ersten flächigen Hohlraums (15) und des zweiten flächigen Hohlraum (17) gering.

Die Pumpe (19) wird dazu eingesetzt, das flüssige Wärmeträgermedium W gezielt von dem ersten flächigen Hohlraum (15) durch die erste Verbindungsleitung (13) in den zweiten flächigen Hohlraum (17) zu pumpen. Das Volumen an flüssigem Wärmeträgermedium W muss in jedem Fall so dimensioniert sein, dass entweder der erste flächige Hohlraum (15) oder der zweite flächige Hohlraum (17) und die Verbindungsleitung (13) vollständig gefüllt werden können. Im Betrieb des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) der zweiten, alternativen Ausführungsform befindet sich das flüssige Wärmeträgermedium W abwechselnd vollständig entweder in dem ersten flächigen Hohlraum (15) oder in dem zweiten flächigen Hohlraum (17). Das in der zweiten, alternativen Ausführungsform eingesetzte flüssige Wärmeträgermedium W umfasst ebenfalls Wasser. Die Zugabe eines anorganischen oder organischen Frostschutzmittels ist in diesem Fall nicht vorgesehen, da beim Einsatz dieses Konstruktionselements (1 ) bei Minustemperaturen das flüssige Wärmeträgermedium W auf die Seite des Konstruktionselements (1 ) gepumpt wird, die einem Gebäude oder Fahrzeug zugewandt ist, d.h. auf die "warme" Innenseite. Das Vorhandensein von anorganischen oder organischen Frostschutzmitteln im flüssigen Wärmeträgermedium W ist jedoch andererseits für die zweite, alternative Ausführungsform nicht hinderlich. Das flüssige Wärmeträgermedium W, das bspw. im ersten flächigen Hohlraum (15) aus dem Inneren eines Gebäudes heraus erwärmt wurde, wird in den zweiten flächigen Hohlraum (17) gepumpt, wo es seine Wärme nach außen wieder abgeben kann. Der erste flächige Hohlraum (15) ist dann mit Ausnahme von unvermeidlichen aber vernachlässigbaren Mengen von dem flüssigen Wärmeträgermedium W entleert.

Es hat sich als sinnvoll erwiesen, wenn in der zweiten, alternativen Ausführungsform im vertikal oberen Bereich des flächigen Elements (9) eine Druckausgleichsleitung zwischen dem ersten flächigen Hohlraum (15) und dem zweiten flächigen Hohlraum (17) vorgesehen ist, so dass das Gasvolumen über dem flüssigen Wärmeträgermedium W bei dessen Einpumpen in den ersten flächigen Hohlraum (15) oder den zweiten flächigen Hohlraum (17) in den jeweils anderen flächigen Hohlraum (15, 17) ausweichen kann. Die Druckausgleichsleitung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass kein Übertritt von flüssigem Wärmeträgermedium W erfolgt, bspw. durch ein Rückschlagventil.

In dieser zweiten Ausführungsform hat es sich als sinnvoll erwiesen, wenn der erste flächige Hohlraum (15) und der zweite flächige Hohlraum (17) jeweils ein Fassungsvermögen zwischen 1 l/m ² und 100 l/m ² , bevorzugt zwischen 5 l/m ² und 40 l/m ² , aufweisen. Fassungsvermögen in diesem Bereich stellen einen guten Kompromiss zischen einer ausreichenden thermischen Speicherkapazität des darin aufgenommenen flüssigen Wärmeträgermediums W und einem gut handhabbaren Gewicht des Konstruktionselements (1 ) der zweiten, alternativen Ausführungsform dar.

Dabei kann das lichte Maß x des ersten flächigen Hohlraums (17) und/oder das lichte Maß y des zweiten flächigen Hohlraums (17) jeweils 0,5 cm bis 10,0 cm, insbesondere 0,5 cm bis 4,0 cm, betragen.

In einer Weiterbildung der zweiten Ausführungsform ist in dem ersten flächigen Hohlraum (15) und/oder dem zweiten flächigen Hohlraum (17) jeweils ein Folienkammersystem vorgesehen, das auf dem flüssigen Wärmeträgermedium W schwimmfähig ist und bei von dem flüssigen Wärmeträgermedium W entleertem ersten flächigen Hohlraum (15) oder zweiten flächigen Hohlraum (17) diesen in voll entfaltetem Zustand vollständig ausfüllt.

Das Folienkammersystem weist insbesondere an seiner Unterseite ein Schwimmerelement auf, das auf der Oberfläche des flüssigen Wärmeträgermediums W schwimmt. An seiner Oberseite ist es an der oberen Innenseite des ersten flächigen Hohlraums (15) oder des zweiten flächigen Hohlraums (17) des Konstruktionselements (1 ) angebracht. Wird das flüssige Wärmeträgermedium W von einem flächigen Hohlraum (15, 17) in den anderen gepumpt, entfaltet sich das Folienkammersystem, so dass es in voll entfaltetem Zustand das Volumen des jeweiligen entleerten flächigen Hohlraums (15, 17) voll ausfüllt und damit eine ggf. auftretende Konvektion des enthaltenen Gasvolumens unterbindet. Hierdurch wird ein noch geringerer Wärmedurchgangskoeffizient U des Gesamtsystems erreicht. Zudem kann das Folienkammersystem mit einer reflektierenden Oberfläche versehen sein, um eine weitere Verbesserung der Isolierungswirkung zu erreichen.

Es hat sich für die erste und zweite Ausführungsform als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste flächige Hohlraum (15) und/oder der zweite flächige Hohlraum (17) an der Oberfläche dreidimensional strukturiert ist/sind. Durch diese dreidimensionale Strukturierung können die Effekte der Konventionsströmung in der ersten Ausführungsform und die Wärmeströmung in der zweiten Ausführungsform effektiver geleitet werden. Außerdem kann die mechanische Stabilität des jeweiligen flächigen Hohlraums (15, 17) verbessert werden. Bei der Verwendung eines Folienkammersystems muss die Strukturierung so beschaffen sein, dass trotzdem das Ein- und Ausfalten des schwimmenden Folienkammersystems möglich ist.

Das flächige Element (9) kann insbesondere 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 liegenden Flächen des ersten flächigen Hohlraums (15) oder des zweiten flächigen Hohlraums (17) des Konstruktionselements (1 ) in einer geeigneten Weise beschichtet oder anderweitig modifiziert wurden, dass sie die einfallende Sonnenstrahlung direkt oder diffus reflektieren kann, findet durch das Konstruktionselement (1 ) tagsüber eine besonders geringe Aufheizung durch die Sonneneinstrahlung statt.

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 Wasserfahrzeugen. Im Folgenden wird die Erfindung Anhang Gebäuden erläutert, gilt aber prinzipiell ebenso für Fahrzeuge, insbesondere Wasserfahrzeuge.

Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ) zur Abführung von Wärme von einer ersten Seite des Konstruktionselements (1 ) zu dessen zweiter Seite. Dieser Aspekt kann insbesondere dazu verwendet werden, um in der warmen Jahreszeit während der kühleren Nachtstunden oder während einzelner kühlerer Tage Wärme aus einem Gebäude gezielt nach draußen abzuführen, d.h. eine gezielte Kühlung des Gebäudes zu bewirken. Dabei kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf Wohnungen und Büros angewendet werden, um ein angenehmes Klima zu schaffen, sondern auch auf Räume, in denen durch Maschinen viel Wärme erzeugt wird, bspw. Werkhallen oder Server-Räume.

Aber auch in umgekehrter Richtung kann die Erfindung eingesetzt werden, bspw. um an sonnigen Tagen in der kalten Jahreszeit auf der Außenseite eines Gebäudes über das Konstruktionselement (1 ) der vorliegenden Erfindung Wärme aufzunehmen und zum Heizen in das Gebäude gezielt einzuleiten. Daher kann bei der vorstehend beschriebenen Verwendung die thermische Kapazität des flüssigen Wärmeträgermediums W insbesondere als thermische Masse eingesetzt werden. Die thermische Kapazität, d.h. das thermische Speichervermögen (auch thermische Masse genannt), die für diese Zwecke zur Verfügung steht, ist umso größer, je größer die im Element enthaltene Menge an flüssigem Wärmeträgermedium W ist. Eine beliebige Steigerung dieser Menge ist jedoch aus Gründen des Gewichts und der zunehmenden thermischen Trägheit der Flüssigkeitsmenge nicht sinnvoll.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Konstruktionselements (1 ), insbesondere nach der zweiten Ausführungsform, wobei das flüssige Wärmeträgermedium W gegen externe Wärmeoder Kälte-Reservoire gekoppelt wird. Solche Reservoire können kaltes Grundwasser oder das (kalte) Trinkwassernetz sein oder aber lokale Warmwassertanks.

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 1 in einer ersten

Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Weiterbildung eines

Konstruktionselements 1 in einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Konstruktionselements in einer zweiten

Ausführungsform der Erfindung. Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1. Das Konstruktionselement 1 wird durch einen ersten flächigen Hohlraum 15 und einen zweiten flächigen Hohlraum 17 mit einem flächigen Element 9 dazwischen gebildet. Die flächigen Hohlräume 15, 17 sind hier als flache Tanks ausgebildet, die bspw. außen aus einem Metall und innen aus einer Beschichtung aus einem Polymerwerkstoff bestehen können. Durch das flächige Element 9 führt im unteren Bereich eine erste Verbindungsleitung 13 mit darin vorgesehener Pumpe 19. Im oberen Bereich ist eine zweite Verbindungsleitung 1 1 vorgesehen. In den flächigen Hohlräumen 15, 17 ist schraffiert das flüssige Wärmeträgermedium W dargestellt, das hier nicht mit einem Bezugszeichen versehen ist. Stellvertretend für alle Figuren sind in Figur 1 das lichte Maß x des ersten flächigen Hohlraums 15 und das lichte Maß y des zweiten flächigen Hohlraums 17 angegeben

Um eine Konvektionsströmung des flüssigen Wärmeträgermediums W zu erzeugen, wird dieses durch die Pumpe 19 gezielt von einem flächigen Hohlraum 15, 17 in den anderen gepumpt. Je nach gewünschter Wirkungsweise wird entweder von innen erwärmtes flüssiges Wärmeträgermedium W auf die Außenseite des Konstruktionselements 1 gepumpt, um beispielsweise ein Gebäude zu kühlen. Umgekehrt kann Wärme von außen dem Gebäude nach innen hin zugeführt werden. Ist kein Austausch gewünscht, wird die Pumpe 19 gezielt angehalten und damit jegliche Konvektionsströmung unterbunden. Das Konstruktionselement 1 wirkt in diesem Fall als Isolierung.

Figur 2 zeigt eine Weiterbildung der ersten Ausführungsform. Hier ist das Konstruktionselement 1 durch einen Rahmen 7 aufgebaut, der vier Seiten des Konstruktionselements 1 bildet, nämlich Ober- und Unterseite sowie die Seitenflächen. In der Darstellung der Figur 2 ist der Rahmen 7 im Schnitt nur oben und unten dargestellt. In dem Rahmen 7 sind gegenüberliegend zwei Platten 3, 5, d.h. eine erste Platte 3 und eine zweite Platte 5, angeordnet. Zwischen den beiden Platten 3, 5 ist ein flächiges Element 9 so angeordnet, dass es seitlich, oben und unten jeweils mit dem Rahmen 7 abschließt. Ferner ist das flächige Element 9 mit einem lichten Maß x zur ersten Platte 3 und mit einem lichten Maß y zur zweiten Platte 5 angeordnet. Durch das flächige Element 9 führt auch hier im unteren Bereich eine erste Verbindungsleitung 13 mit darin vorgesehener Pumpe 19. Im oberen Bereich ist eine zweite Verbindungsleitung 1 1 vorgesehen. Das flüssige Wärmeträgermedium ist der Übersichtlichkeit der Abbildung wegen nicht schraffiert dargestellt.

Auf beiden Seiten des flächigen Elements 9 und durch die Verbindungsleitungen 1 1 , 13 kann sich eine Konvektionsströmung ausbilden. So kann Wärme von der zweiten Platte 5 durch die Konvektionsströmung auf die erste Platte 3 übertragen werden,

Gemäß einer anderen Weiterbildung, die nicht bildlich dargestellt ist, können aktive Konvektionselemente in den ersten flächigen Hohlraum 15 und/oder in den zweiten flächigen Hohlraum 17 integriert werden. Unter "aktiven Konvektionselementen" werden bspw. kleine Rotoren verstanden, welche die Ausbildung der Konvektionsströmung bzw. der Umwälzung des flüssigen Wärmeträgermediums unterstützen und diese aufrecht erhalten. Hierdurch wird insbesondere der Schalthub zwischen der Seite mit höherer Temperatur und der Seite mit niedrigerer Temperatur erhöht.

Figur 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Konstruktionselement 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In dieser sind der erste flächige Hohlraum 15 und der zweite flächige Hohlraum 17 nur über die erste Verbindungsleitung 13 verbunden, in der eine Pumpe 19 angeordnet ist. Die Darstellung zeigt einen Zustand, in dem der erste flächige Hohlraum 15 nur wenig mit dem hier wieder schraffiert dargestellten flüssigen Wärmeträgermedium W gefüllt ist, während der zweite flächige Hohlraum 17 zum größten Teil damit gefüllt ist. Figur 3 zeigt also einen Zustand während des Pumpens des flüssigen Wärmeträgermediums W von einem flächen Hohlraum 15, 17 in den anderen. Die nicht schraffierten Bereiche des ersten flächigen Hohlraums 15 und des zweiten flächigen Hohlraums 17 stellen in Figur 3 freies Volumen dar, das i.d.R. mit einem Gas gefüllt ist.

Wie aus den Figuren 1 bis 3 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 kann dieses 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 zwischen 0° und 90°, bevorzugt zwischen 5° und 60°. Trotz der schrägen Lage des erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1 bleibt das Prinzip des gezielt regelbaren Wärmedurchgangskoeffizienten U erhalten, d.h. die Regelung durch gezielte Steuerung der inneren Konvektionsströmung. Dies gilt auch für den Einsatz des erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1 in Flachdächern.

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.

Nachstehend wird tabellarisch ein konkretes Beispiel für die erste Ausführungsform gegeben:

Bei stillstehender Pumpe 19 herrscht Isolation.

Bei eingeschalteter Pumpe 19 findet konvektiver Wärmetransport statt:

ca. 4,2 J/(ml K),

Flussrate 1 ml/(sm ² ) (etwa 3,6 l/(hm ² )): Ui = 4,2 W/(m ² K)

Flussrate 10 ml/(sm ² ): Ui = 42 W/(m ² K)

Wasservolumen auf jeder Seite: etwa 2 I charakteristische Verweilzeit für "schnellen" Fluss: etwa 5 min

charakteristische Wärmediffusionslänge in dieser Zeit: (D _th = 0,134 e-6 m ² /s): 9 mm möglicher oberer U-Wert im System: 5,3 W/(m ² K)

thermische Masse des Wassers (4 l/m ² ): etwa 4,7 Wh/m ² K

Es gilt die Gleichung worin h _se den Wärmeübergangskoeffizienten auf der Außenseite bzw. h _si den Wärmeübergangskoeffizienten auf der Innenseite bezeichnet.

Nach DIN 4108 werden dabei üblicherweise folgende Werte angesetzt:

h _se = 25 W/m ² K,

h _si = 8 W/m ² K

Nachstehend wird stichpunktartig ein konkretes Beispiel für die zweite Ausführungsform gegeben:

Bei stillstehender Pumpe 19 und Wasser auf der Innenseite des Konstruktionselements 1 herrscht Isolation, die innere thermische Masse beträgt 23 Wh/m ² K.

Bei stillstehender Pumpe 19 und Wasser auf der Außenseite des Konstruktionselements 1 herrscht Isolation, die innere thermische Masse beträgt 23 Wh/m ² K.

Zeitkonstante für das Pumpen < 30 min (bei 12 ml/s)

Thermische Zeitkonstante < 1 h aufgrund von Konvektion im Inneren des Reservoirtanks.

Mögliche Betriebsmodi a) einfacher Fassadenkollektor an kalten Tagen mit guter Bestrahlung der Wand b) mehrfaches Zirkulieren der thermischen Masse während der Nacht in der Kühlsaison, was einem schaltbaren U-Wert > 5 W/m ² K entspricht (wobei der U-Wert hier als zeitliches Mittel über die Wirkung des Elements über einen Zeitraum von mehreren Stunden hinweg verstanden werden muss) Die vorliegende Erfindung bietet eine Reihe weiterer Möglichkeiten zur Temperierung von Gebäuden. So können die mit flüssigem Wärmeträgermedium W zumindest teilweise gefüllten Hohlräume 15, 17 gegen externe Wärme- oder Kälte-Reservoire gekoppelt werden, beispielsweise gegen kaltes Grundwasser oder das Trinkwassernetz oder gegen lokale Warmwassertanks. Dabei kann eine Vernetzung zwischen verschiedenen Orten des Gebäudes auf vorgegebenen Niveaus vorgenommen werden.

Ferner kann das energetische Speichervermögen des erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1 auch mit anderen Energiequellen, insbesondere dem öffentlichen Stromnetz, im Sinne eines "Smart Grid" gekoppelt werden, um einen energetisch optimalen Betrieb von "thermisch aktiven" Haushaltsanwendungen wie Spülmaschinen oder Waschmaschinen zu ermöglichen. Hierzu ist eine Steuerungssoftware notwendig, die aus dem aktuellen Energieaufkommen im öffentlichen Stromnetz sowie der in erfindungsgemäßen Konstruktionselementen 1 gespeicherten thermischen Energie berechnet, wann der Betrieb eines Haushaltsgeräts am sinnvollsten ist, das teilweise elektrische und teilweise thermische Energie benötigt. Ferner ist es möglich, die nicht unerheblichen Mengen an flüssigem Wärmeträgermedium W, insbesondere im Fall von Wasser, als Notfallreserve für den Brandschutz vorzusehen. Beispielsweise können in den Hohlräumen 15, 17 Berstscheiben vorgesehen werden, die bei Erreichen einer kritischen Temperatur das flüssige Wärmeträgermedium W in das Gebäude freigeben.

Bezugszeichenliste

I Konstruktionselement

3 erste Platte

5 zweite Platte

7 Rahmen

9 flächiges Element

I I zweite Verbindungsleitung

13 erste Verbindungsleitung

15 erster flächiger Hohlraum

17 zweiter flächiger Hohlraum

19 Pumpe

x lichtes Maß des ersten flächigen Hohlraums 15 y lichtes Maß des zweiten flächigen Hohlraums 17