FASSADEN- ODER DACHELEMENT ZUR ANBRINGUNG AN EINEM GEBäUDE UND VERWENDUNG HIERFüR

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fassaden- oder Dachelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Verwendung hierfür gemäß dem Anspruch 8.

Aus dem EP 1 248 932 B1 ist ein die Gebäudeaußenwand ersetzendes Fassadenelement bekannt, bei dem zwischen zwei Glasscheiben ein PCM (Phase Change Material, insbesondere Paraffin, Kalciumchlorid-Hexahydral oder dergleichen) beinhaltender Latentspeicher vorgesehen ist. Auf einer der Außenseite zugewandten Seite des Fassadenelementes ist der den Latentspeicher begrenzenden Glasscheibe eine prismenartig ausgebildete Glasscheibe beabstandet vorgelagert, wobei der Zwischenraum mit einem bei Isoliervergiasungen üblichen Gas gefüllt ist. Hierdurch ist eine trans- parente Wärmedämmung geschaffen, die das Gebäude gut isoliert und dennoch Sonnenlicht an den Latentspeicher durchlässt. Die Prismen sind so eingestellt, dass die Wärmestrahlung des Sonnenlichtes bei hochstehender Sonne im Sommer zumindest teilweise reflektiert wird, während die Wärmestrahlung bei niedrig stehender Sonne im Winter durchgelassen wird. Dies vermeidet eine überhitzung im Sommer und führt dem Latentspeicher im Winter Solarenergie zu.

Mit dem Fassadenelement gemäß EP 1 248 932 B1 soll also die Heizung im Winter durch Ausnutzung der Sonnenenergie unterstützt werden, während die Prismen im Sommer eine überhitzung vermeiden sollen. Zur

Schonung der Umwelt wäre es wünschenswert, wenn die vorhandene Solarenergie noch intensiver genutzt werden könnte.

Im Inneren des Latentspeichers ist ein fluidführendes Rohr vorgesehen, das an eine Heizung angeschlossen ist, damit der Latentspeicher im Winter mit zusätzlicher Wärmeenergie versorgt werden kann, falls die Sonnenenergie zum Erwärmen des Fassadenelementes auf Raumtemperatur nicht ausreichen sollte. Im Latentspeicher liegt ein Teil des Speichermediums PCM unmittelbar an den Rohren an, so dass die vom Fluid mitgeführte Wärme über die Rohre an das in unmittelbarer Nähe der Rohre gelegene Speichermedium abgegeben werden kann und erst danach in entferntere Bereiche des Latentspeichers wandert. PCM hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit was zur Folge hat, dass im Latentspeicher ein Temperaturgefälle entsteht und dass im Bereiches des Rohres eine höhere Temperatur herrscht, als in entfernteren Bereichen, so dass der Wärmeübergang vom Rohr auf das Speichermedium erschwert ist. Dies führt zu einem hohen Energieeinsatz, um an der dem Raum zugewandten Seite des Fassadenelementes eine ausreichende Temperatur bereit zu stellen. Aus der DE 198 51 710 C2 ist ein plattenartiges Verbundmaterial zur Speicherung von Wärmeenergie bekannt, welches einen Fasergrundstoff aus Holz, Kunststoff oder Mineralwolle besitzt, in dem ein Latentwärmespeichermaterial mit Fest/Flüssig Phasenänderung eingebettet ist. Zur besseren passiven Nutzung der Solarenergie ist es vorteilhaft, wenn die auf das plattenartige Verbundmaterial auftreffende Solarenergie schnell in den Latentwärmespeicher gelangen kann. Auch zur Erwärmung des Raumes unter Verwendung der gespeicherten Energie ist es vorteilhaft, wenn diese schnell vom Latentwärmespeicher an die Oberfläche des plattenartigen Verbundmaterials gelangt. Hierzu wird in der DE 198 51 710 C2 vorgeschlagen, in den Fasergrundstoff senkrecht zur Oberfläche ausgerichtete Metallsteifen (oder Metallfasern) anzuordnen, wobei die Metallstreifen nur etwa 2 Vol.% des Fasergrundstoffes ausmachen.

Mit solchen Metallstreifen wird zwar die Wärmeleitfähigkeit vom Latentspeicher zur Oberfläche der Verbundplatte verbessert, nicht aber die Wärmeleitfähigkeit insgesamt, weil diese Metallstreifen im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche, also parallel zueinander, ausgerichtet sind und somit keinen Kontakt untereinander haben.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Fassaden- oder Dachelement der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine schnelle Wärmeübertragung zwischen der fluidführenden Leitung und dem Latentspeicher erfolgt.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Fassaden- oder Dachelement mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Fassaden- oder Dachelementes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildetes Fassaden- oder Dachelement hat den Vorteil, dass die wärmeleitfähige Leichtbauplatte, die im thermischen Kontakt mit der fluidführenden Leitung steht, die im Latentspeicher vorhandene Wärme sehr schnell an die fluidführende Leitung transportiert und umgekehrt, so dass die von der fluidführenden Leitung bereitgestellte Wärme sehr schnell im Latentspeicher verteilt werden kann. Noch ein Vorteil besteht darin, dass das in offenen Poren der Leichtbau- platte gehaltene Speichermedium eine große Kontaktfläche zur Leichtbauplatte besitzt, so dass über diese große Kontaktfläche in sehr kurzer Zeit Wärme übertragen werden kann. Im Ergebnis ist durch die wärmleitfähige, offen-porige Leichtbauplatte mit dem darin eingelagerten Speichermedium ein Latentspeicher geschaffen, der unter anderem aufgrund der guten Leit- fähigkeit der Leichtbauplatte eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung besitzt und bei dem die im Latentspeicher vorhandene Wärme über die

Leichtbauplatte sehr schnell an die fluidführende Leitung abgibt. Es versteht sich, dass auch in umgekehrter Richtung die von der fluidführenden Leitung ausgehende Wärme sehr schnell und gleichmäßig durch die Leichtbauplatte im Latentspeicher verteilt wird. Im Ergebnis führt dies zu dem Vorteil, dass das erfindungsgemäße Fassaden- oder Dachelement gespeicherte Wärme schnell und verlustarm an die fluidführende Leitung abgeben kann, beispielsweise um damit eine Wärmepumpe zu betreiben.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die auftretende Solarwärme durch die wärmeleitfähige, offenporige Leichtbauplatte sehr schnell im gesamten Latentspeicher verteilt wird, so dass lokale überhitzungen vermieden werden.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die offenporige Leichtbauplatte als eine Matrix aus expandiertem, vorzugsweise hochporösem Naturgraphit oder aus einem offenporigen, geschäumten Metall herzustellen. Beide Materialien haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit, können offenporig ausgestaltet werden und stehen in ausreichender Menge und kostengünstig zur Verfügung.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Außenwand zwei parallel angeordnete Glasscheiben, zwischen denen ein Vakuum ausgebildet ist. Durch dieses Vakuum erreicht das Fassaden- oder Dachelement eine sehr hohe Isolierwirkung, so dass die im Latentspeicher gespeicherte Wärme nur zu einem sehr geringen Prozentsatz wieder durch die Außenwand verloren geht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind zwischen den Glasscheiben eine Anzahl von Abstandshaltern angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass durch das Vakuum auf die Glasscheiben wirkende Kräfte nicht zu einem Reißen oder Brechen der Glasscheiben führen.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Außenwand als zwei oder drei Glasscheiben aufweisende Isolierverglasung ausgebildet. Solche Isolier- verglasungen sind im Stand der Technik bekannt und haben ebenfalls gute Isolierwerte, so dass auch hier die im Latentspeicher vorhandene Wärme nur zu einem geringen Prozentsatz wieder verloren geht.

Bei dem Fassadenelement gemäß EP 1 248 932 B1 wird die durch den Latentspeicher führende Leitung dazu verwendet, um im Winter Wärme dem Latentspeicher zuzuführen, so dass der dahinterliegende Raum ausreichend beheizt wird. Bei diesem Fassadenelement wird die Solarenergie lediglich zur Unterstützung der winterlichen Heizung eingesetzt. Um aber die Sonnenenergie noch stärker effektiver nutzen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dem eine transparente Wärmedämmung und einen Latentspeicher aufweisende Fassaden- oder Dachelement vor allem im Sommer und in der übergangszeit überschüssige Solarenergie über die fluidführende Leitung zu entnehmen und einer Wärmepumpe zuzuführen. über diese Wärmepumpe kann dann beispielsweise Brauchwasser erwärmt werden oder eine Heizung unterstützt werden.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, ein Speichermedium mit einer Phasenwechseltemperatur zwischen 18 ⁰ C und 26 ⁰ C, vorzugsweise zwischen 21 ⁰ C und 22 ⁰ C einzusetzen, wobei vorteilhafterweise dem Latentspeicher soviel Wärme entzogen wird, dass diese stets eine Temperatur zwischen 18 ⁰ C und 26°C, vorzugsweise zwischen 21 ⁰ C und 22 ⁰ C besitzt. Ein solcher Latentspeicher besitzt also die für die in dem Raum befindlichen Personen eine Ideale Temperatur, was zur Folge haben wird, dass die Raumtemperatur ebenfalls zumindest annähernd in diesem Bereich angesiedelt ist. Im Sommer bewirkt eine solche Temperatur, dass die Bewohner das Fassadenelement als eine Fläche empfinden, von der eine angenehme Kühle ausgeht. Im Winter geht von dem Fassadenelement

eine als angenehm empfundene Niedertemperatur-Strahlungswärme aus. Im Ergebnis wird also durch die gewählte Phasenwechseltemperatur ganzjährig ein sehr angenehmes Raumklima geschaffen.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Fassaden- oder Dachelementes ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines erfindungs- gemäßen Fassaden- oder Dachelementes in geschnittener

Darstellung, geschnitten entlang Linie I - 1 in Fig. 2;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ausschnittes des Fassadenoder Dachelementes gemäß Fig. 1 in geschnittener Darstellung, geschnitten entlang Linie Il - Il in Fig. 1 ; Fig. 3 eine Detailvergrößerung des Fassaden- oder Dachelementes gemäß Fig. 1 entsprechend Linie III in Fig. 1 ;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fassaden- oder Dachelementes in geschnittener Darstellung.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Fassadenoder Dachelementes dargestellt, welches eine Innenwand 10, eine Außenwand 12 und einen zwischen der Außen- und der Innenwand angeordneten, thermischen Latentspeicher 14 umfasst. Die Außenwand 12 besteht aus einer ersten, 6 mm dicken Glasscheibe 16 und einer zweiten, ebenfalls 6 mm dicken Glasscheibe 18. Zwischen der ersten Glasscheibe 16 und der

zweiten Glasscheibe 18 sind eine Anzahl von Abstandshaltern 20 angeordnet, die die beiden Glasscheiben 16, 18 beabstandet voneinander halten. Zwischen der ersten Glasscheibe 16 und der zweiten Glasscheibe 18 ist ein Vakuum 20 ausgebildet, um eine gute thermische Isolierung der Außen- wand 12 zu erreichen. Die Abstandshalter 20 bewirken dabei, dass sich die Glasscheiben 16, 18 nicht aufgrund der durch das Vakuum entstandenen Kräfte verbiegen und brechen. Die Glasscheiben 16, 18 haben einen hohen Wärmestrahlungsdurchgangskoeffizienten, damit die von außen auf die Fassade oder das Dachelement auftreffende Sonnenstrahlung gut in dem Latentspeicher 14 gelangt. Gleichzeitig hat die Außenwand 12 einen guten Isolierwert, damit im Latentspeicher 14 vorhandene Wärme nicht unkontrolliert wieder verloren geht.

Die Innenwand 10 ist ebenfalls aus einer 6 mm dicken Glasscheibe her- gestellt. Diese Innenwand 10 kann dabei je nach Geschmack bedruckt oder bemalt werden oder aus einem für das menschliche Auge undurchsichtigen Glas hergestellt sein. Diese Innenwand 10 dient bei dem fertigen Gebäude gleichzeitig als Zimmerwand, so dass dessen dekorative Ausgestaltung den individuellen Geschmäckern der Bewohner vorbehalten wird.

Im Latentspeicher 14 ist eine gut wärmeleitende, offenporige Leichtbauplatte 24 aus einer Matrix aus expandiertem, hochporösem Naturgraphit gebildet. In die offenen Poren der Leichtbauplatte 24 ist ein Speichermedium 28, in diesem Fall ein PCM (Phase Change Material) eingelagert. Dieses PCM kann ein Paraffin oder ein Kalziumchlorid-Hexahydral sein. In etwa in der Mitte des Latentspeichers 14 ist eine fluidführende Leitung 26 vorgesehen, die mit der Leichtbauplatte 24 in einem thermischen Kontakt steht. über diese Leitung 26 kann dem Latentspeicher 14 Wärme entzogen oder zugeführt werden. Die Leitung 26 ist idealerweise mäanderförmig verlegt und durchzieht den Latentspeicher 14 großflächig. Die Leitung 26 ist an eine hier nicht näher dargestellten Wärmepumpe angeschlossen, so

dass die im Fluid geführte Wärme von der Wärmepumpe energetisch genutzt werden kann.

Das Speichermedium 28 besitzt eine Phasenwechseltemperatur zwischen 21 ⁰ C und 22 ⁰ C, so dass das Speichermedium 28 in diesem Temperaturbereich die meiste Energie aufnehmen kann.

Es versteht sich, dass das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Element sowohl als Fassadenelement bei einem Gebäude, als auch als Dachelement eines Gebäudes eingesetzt werden kann.

Nachfolgend wird der Betrieb eines solchen Fassaden- oder Dachelementes detailliert beschrieben.

Das Fassaden- oder Dachelement wird als Ersatz für eine normale Hauswand an einem Gebäude angebracht, wobei die Außenwand 12 der Sonne zugewandt ist und wobei die Innenwand 10 dem Inneren des Gebäudes zugewandt ist. Dabei dient die Innenwand 10 gleichzeitig als Raumab- schluss und kann entsprechend den Wünschen des Bewohners dekorativ gestaltet werden, insbesondere durch Aufdrucke, durch Verwendung bestimmter Glasmaterialien oder dergleichen.

Durch die Sonneneinstrahlung gelangt Sonnenwärme durch die Außenwand 12 in den Latentspeicher 14. Dabei wird die eintretende Sonnen- energie durch die Leichtbauplatte 24 und dessen hoher Wärmeleitfähigkeit schnell im gesamten Latentspeicher 14 verteilt. Aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen der Leichtbauplatte 24 und dem Speichermedium 28 wird die Sonnenwärme schnell an das PCM abgegeben. Weil das PCM eine Phasenwechseltemperatur zwischen 21 ⁰ C und 22 ⁰ C besitzt, weist der Latentspeicher 14 in der Regel ebenfalls eine Temperatur zwischen 21 0C und 22 ⁰ C auf.

Durch die Leitung 26 fließt ein Fluid, beispielsweise Wasser oder Glykol mit einer niedrigeren Temperatur, weswegen das Fluid auf seinem Weg durch das Fassaden- oder Dachelement erwärmt wird. Auch hier findet eine schnelle Wärmeübertragung vom Speichermedium PCM auf das Fluid statt, weil die Leichtbauplatte 24 eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und die Wärme somit schnell vom PCM zum Fluid transportieren kann.

Die Entnahme der Wärme aus dem Latentspeicher 14 wird dabei so gesteuert, dass der Latentspeicher idealerweise stets eine Temperatur zwischen 21 ⁰ C und 22 ⁰ C aufweist. In Ausnahmefällen kann die Temperatur des Latentspeichers auch auf 18 °C absinken oder auf 26 ⁰ C ansteigen. Im Sommer führt also ein auf 21 ⁰ C bis 22 ⁰ C temperiertes Fassaden- oder Dachelement zu einer angenehmen Kühlung des Gebäudes, während im Winter eine auf 21 ⁰ C bis 22 ⁰ C temperiertes

Fassaden- oder Dachelement Kältestrahlung vermeidet, so dass ganzjährig ein sehr angenehmes Raumklima entsteht, wobei gleichzeitig überschüssige Sonnenenergie über die Wärmepumpe genutzt werden kann.

Das in Fig. 4 dargestellte Fassadenelement unterscheidet sich von dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Fassadenelement lediglich dadurch, dass die Außenwand 112 aus einer Dreischeiben-Isolierverglasung gemäß dem Stand der Technik besteht. Im übrigen entspricht diese zweite Ausführungsform der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen mit all seinen Vorteilen.

Bezugszeichenliste:

10 Innenwand

12, 112 Außenwand

14 Latentspeicher

10 16 Glasscheibe

18 Glasscheibe

20 Abstandshalter

22 Vakuum

24 Leichtbauplatte

15 26 Leitung

28 Speichermedium