DE10132060A1

DE10132060A1 - Energie-Sammel-,Speicher- und Dämmelement für Dach und Fassade

Info

Publication number: DE10132060A1
Application number: DE10132060A
Authority: DE
Original assignee: Uti Holding and Management AG
Current assignee: Uti Holding and Management AG
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2003-01-16

Abstract

Flächiges außen und innen glattes Dach- oder Fassadenelement in jeder transportierbaren Größe, das Elementteile für die Stromerzeugung, die Wassererwärmung, die Wärmedämmung und die Wärmespeicherung enthält, selbsttragend oder tragend ist und eine relativ geringe Stärke aufweist.

Description

Die Erschließung und nachhaltige Nutzung von Energiequellen hat große Bedeutung für jetzige und kommende Generationen weltweit. Sowohl die Erzeugung von Strom und Wärme als auch die Abschirmung von Gebäuden gegen unpassende Temperaturen, ob warm oder kalt, gehören genauso zur rationellen Nutzung regenerativer Energiequellen wie die Energiespeicherung. Der einfachen Recyclebarkeit sollte ebenfalls große Bedeutung beigemessen werden, was insbesondere auch das Wärmedämmmaterial betrifft, so daß sich hier die hocheffiziente Vakuumdämmung anbietet. Neben Wasser sollten auch andere latente Speichermaterialien Verwendung finden, wenn diese wirtschaftlich sind.
Photovoltaik-Anlagen zur Stromerzeugung sind seit Jahren bekannt und werden in verschiedenen Techniken verwendet, in der Regel in Form von kleinformatigen Platten, bei denen eine Vielzahl kleinerer Zellen zusammengefaßt werden. Neuerdings gibt es auch Metallpaneele, sogar hinterschäumt, mit aufgeklebten Photovoltaik-Laminaten, die als Fassadenpaneele und auf Industriedächern Verwendung finden und Kunststoffdachbahnen, auf denen Photovoltaik-Laminate aufgeklebt werden, die dann als Abdeckung für Flach- oder leicht geneigte Dächer vor Ort aneinandergeklebt und auf die Unterkonstruktionen aufgebracht werden.
Kollektoranlagen zur Wärmeerzeugung gibt es in einer großen Vielfalt, von einfachen Kunststoff- und Gummihohlmatten und -bahnen für die Schwimmbaderwärmung bis zu hochwertigen Vakuum-Röhren-Kollektoren mit erheblicher Leistung. Alle Kollektoren sind jedoch in ihrer Größe in der Regel begrenzt und werden über dem Dach montiert oder in das Dach integriert und stören somit in vielen Fällen die Gebäudeoptik. Auch ersetzen diese zumindest nicht die Dachisolierung und die Wärmespeicherungsanlagen.
Thermisch hochdämmende Elemente mit großem Isolationsvermögen bringen bei Gebäuden den Vorteil, daß sich das Verhältnis der Nutzfläche zu umgebenden Wänden und Dach erheblich verbessert, was bei gleichen Kosten der Dämmung zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.
Vollflächige, dünne Elemente für die Wassererwärmung tragen auf dem Dach ebenfalls zusätzlich dazu bei und ermöglichen es, bei geringem Gewicht, sogar in der Sanierung von alten Dächern, ja sogar in der energie- und dämmfördernden Veränderung von Dächern neueren Herstelldatums, neueste Erkenntnisse der Nutzung regenerativer Energiequellen zu verwirklichen.
Bisherige Probleme der mangelnden Stützfunktion bei vakuumgedämmten Paneelen konnten nur durch die Akzeptanz hoher Gewichte (z. B. bei Stahlpaneelen usw.) oder kleiner und kleinster Formate der Elemente (z. B. bei Befüllung mit mikroporöser Kieselsäure usw.) erkauft werden. Hier besteht die Gefahr, daß bei der geringsten Beschädigung auch nur eines Kleinelementes dieses ausgetauscht werden muß, was beim Bauwesen zu erheblichem Aufwand führt.
Auch war es bisher nicht möglich, die oft geringe, der vollen Sonnenbestrahlung ausgesetzte Fläche gleichzeitig zur Strom- und zur Wärmeerzeugung zu nutzen und es waren eine Anzahl von verschiedenen Handwerkern nötig, um eine Dacheindeckung und -dämmung durchzuführen.
Zudem paßten die verschiedenen Einzelelemente, die für die Stromerzeugung, Wassererwärmung, Wärmedämmung und Wärmespeicherung erforderlich waren, schon materialmäßig, vom Ausdehnungskoeffizienten her, nicht zusammen, um ein einheitliches Produkt herzustellen, das keine bauphysikalischen Probleme aufweist.
Eine Lastabtragung war in der Regel über solche Elemente auch nicht möglich, weil sowohl Dachkollektoren als auch Dämmstoffe und dämmende Vakuumpaneele dafür nicht geeignet waren. Vakuumstahlpaneele weisen dazu erhebliche Wärmebrücken auf, die einen Teil der Dämmung wieder zunichte machen.
Die Erfindung löst diese Probleme komplett und zwar im Ganzen gesehen ohne Mehrkosten für einen Bauherrn.
Das Energie-Sammel-, Speicher- und Dämmelement ist sowohl für jede Dachform, als auch für Fassaden jeder Art geeignet. Es faßt im optimalen Anwendungsfall die Aufgaben der Stromerzeugung, der Wassererwärmung für Brauch- und Prozeßwärme, der Wärmedämmung und der Wärmespeicherung in einem einzigen Element, wenn erforderlich bestehend aus einem gleichen Grundmaterial, zusammen. Im Mindestfall, sofern auf die Stromerzeugung aus Kostengründen und wegen der Notwendigkeit größerer Langzeit- Speicherkapazitäten verzichtet wird, kann es die Wassererwärmung und die Wärmedämmung allein bewerkstelligen.
Das Element kann sowohl für komplette Hauseindeckungen und Fassadenbeplankungen als auch für Teilflächen dieser Bereiche und für unabhängig von Gebäuden aufgestellte Energie-Feldstationen eingesetzt werden.
In Kombination mit Sparrenprofilen ist es gar möglich, komplette selbsttragende Giebeldächer und andere Dachformen herzustellen, so daß aus den Elementen ohne weitere Baumaterialien komplette Energiedächer, mit Strom- und Warmwassererzeugung sowie -speicherung, vollgedämmt, durch einen Handwerker erstellt werden können.
Das Element kann vollflächig, ohne breite, als Wärmebrücken wirksame Randzonen sowohl beim Photovoltaikteil, als auch beim Wassererwärmungs- und Wärmedämmteil sowie weitgehend vollflächig beim Wärmespeicherteil hergestellt werden, so daß kaum Verluste durch Rahmenteile entstehen, wie dies bei kleineren Montageteilen in der Regel der Fall ist.
Da dicke Fassaden- und Dachdämmstärken zu Lasten der Nutzfläche gehen, wurde für den Dämmteil die Vakuumisolierung vorgesehen, wobei hier Wert auf die Möglichkeit großflächiger und trotzdem möglichst dünnwandiger Bauteile geachtet wurde. Dabei wurden insbesondere Waben- oder Doppelhütchenplatten vorgesehen, die leicht, einfach verform-, verkleb- oder verschweißbar sind und trotzdem eine gute Standfestigkeit aufweisen.
Um möglichst auf weiteres Dämmmaterial in diesen Waben oder Hütchen verzichten zu können und im Schadensfall, das heißt beim Ausfall des Vakuums, die Dämmwirkung wieder herstellen zu können, wurde eine ständig vorhandene Vakuumpumpe vorgesehen, die dann aktiviert wird, wenn das Innenvakuum von dem gewünschten Niveau abweichen sollte. Dabei werden die einzelnen Elemente durch einfache Schlauchverbindungen so miteinander verbunden, daß für das ganze Verbundsystem eine einzige Pumpe ausreicht. Erfindungsgemäß erfolgt die Stromzuführung für die Pumpe bevorzugt photovoltaisch.
Gleiches gilt auch für die Pumpen, die das erwärmte Fluid aus dem Wassererwärmungselementteil in den Wasserspeicher und zurück transportieren.
Die Absicherung des Vakuums erfolgt über handelsübliche gasdichte Folien für die Vakuumierung, Aluminium-Verbundfolien oder metallbedampfte Folien, der Gasdurchlaß aus den einzelnen Wabenzellen wird durch eine zwischen der oberen und unteren Deckplatte und an den Seitenflächen eingelegte, auftragende und luftdurchlässige Filtervliesmatte oder durch längs- und/oder querlaufende Einkerbungen besorgt. Um eine hervorragende Recyclebarkeit zu erzielen, wurde die Möglichkeit eröffnet, bei dem gesamten Element den Einsatz des gleichen Kunststoffmaterials, nämlich von schweißbarem Polypropylen, vorzusehen. Hier kommen auch Glasfaserverstärkungen in Frage. Natürlich sind auch andere Materialien oder Materialkombinationen, die verklebbar sind, möglich, so insbesondere auch Metallabdeckungen.
Je nach dem verwendeten Material und der Elementstärke sind die Elemente zumindest selbsttragend. Um bei tragenden Elementen die für die Sparren- oder Dachträger erforderliche Elementdicke zu erreichen, kann bei einer Vakuumisolierung jederzeit auch eine Kombination mit einem anderen Dämmmaterial, z. B. einem leichten Schaummaterial oder Mineralwolle o. ä. hergestellt werden. Bei einem großen Wärmespeicher unter dem Dach kann dann diese Dämmung auch zusätzlich zur weiteren Dämmung dieses Speichers herangezogen werden.
Um die Elemente auch gegen UV-Strahlung zu schützen, ist es zweckmäßig, wenn das Photovoltaik-Laminat bereits UV-stabilisiert ist, so daß für das ganze Element kein zusätzlicher Schutz erforderlich ist. Außerdem ist zur besseren Wärmeaufnahmefähigkeit eine dunkle Einfärbung günstig.
Neben den Waben kann als Abstandshalter beim Wassererwärmungs-, Wärmedämmungs- und Wärmespeicherelementteil auch anderes Material mit geringem Wärmedurchgang, wie z. B. Wirr-Spinngewebe, mit Harzen getränktes, erhabenes Glas- oder Kunststoffgewebe sowie Hütchen-, Noppen- oder Stegmatten, auch aus Kunststoff u. a. Verwendung finden.
Neben Wasser als üblichem Speichermedium ist zur Erreichung einer geringeren Speichermasse bei gleicher Speicherleistung der Einsatz von Silika-Gel, Paraffin (auch mikroverkapselt), poröse oder mikroporöse Kieselsäure oder anderes Latentspeicher- oder Phasenwechselmaterial möglich, wobei auch eine Ausfüllung der Waben mit diesem Material erfolgen kann.
Zuletzt können die Elementteile natürlich auch mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Aufbau als getrennte Elemente, oder aber zwei oder drei Teile zusammen, jeweils mit den notwendigen Abdeckplatten hergestellt und eingesetzt werden, so daß zum Beispiel ein erfindungsgemäßes Vakuum-Dämmelement oder ein Speicherelement, auch für anderen Einsatz als nur für Dach oder Fassade, ensteht.
Eine Kombination des Elementteils für die Stromerzeugung, kombiniert mit dem Elementteil für die Wassererwärmung ist eine besonders bevorzugte Lösung, die der Marktnachfrage bestimmt entsprechen wird. Zu den Zeichnungen Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch das gesamte Element, das von oben nach unten oder von außen nach innen folgenden Aufbau aufweisen kann:
1 Photovoltaik-Laminat oder - Dünnschichtfolie
2 dunkle Einfärbung
3 UV-Stabilisierung
4 obere (seitliche) Abdeckplatte
5 Abstandshalter
6 Fluiddurchströmung
7 Abdeckzwischenplatte(n)
8 gasdichte Folie
9 luftdurchl. Filtervlies
10 Wabenkern
11 Wärmetauscher (Speicher), fluiddurchströmt
12 Speicher-Innenwandplatte
13 Fluiddurchströmung
14 Wasser oder anderes Speichermaterial
15 Einkerbung
16 seitliche (obere/untere) Abdeckung
17 Anschluß Vorrichtung Vakuumstabilisierung
18 untere (innere) Abdeckplatte
19 Doopelhütchenkern
20 bei Flächenende Aufbau wie Dämmelementteil
Fig. 2 zeigt die Ergänzung des Elements zum tragenden Element und den Elementanschluß:
21 Anschluß Element/Element
22 Element
23 Flansch des Sparren-/Trägerprofils (U- oder T-Profil)
24 Steg des Sparren-/Trägerprofils (U- oder T-Profil)
25 Dämmschaum o. ä. Dämmmaterial
26 Füllstück aus Dämmschaum o. ä. Dämmmaterial
27 Innenraumbeplankung
Fig. 3 zeigt die doppelte Anordnung der Dämmelementteile mit Zwischenraum für die Durchströmung mit Umgebungsluft:
28 Wärmedämmelementteil 1
29 Durchströmung
30 Wärmedämmelementteil 2

Claims

1. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Elementteile für die Stromerzeugung, die Wassererwärmung, die Wärmedämmung und die Wärmespeicherung umfaßt.

2. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Elementteile für die Stromerzeugung, die Wassererwärmung und die Wärmedämmung umfaßt.

3. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Elementteile für die Stromerzeugung und die Wassererwärmung umfaßt.

4. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Elemetteile für die Wassererwärmung, die Wärmedämmung und die Wärmespeicherung umfaßt.

5. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmung mit einem Elementteil mit durch Vakuum erzeugter Isolierschicht erfolgt.

6. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmung durch Dämmmaterial jedweder Art erfolgt.

7. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaik-Stromerzeugung über auf das Elementteil zur Wassererwärmung aufgebrachte photovoltaische Laminate oder Dünnschichtplatten oder -folien erfolgt.

8. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1, 2, 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elementteil zur Wärmedämmung und/oder Wärmespeicherung mit einer ständig das zur Isolierung notwendige Vakuum aufrechterhaltenden Vorrichtung versehen ist.

9. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Elementteil für Wassererwärmung und Wasserspeicherung als Wärmetauscher nur zwei einfache Deckschichten mit dazwischenliegendem Abstandshalter vorhanden sind.

10. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ausschließlich aus Metall- oder Kunststoffplatten und -abstandshaltern oder einer Kombination beider Materialien besteht.

11. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher und der Wärmespeicher aus demselben Material bestehen.

12. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher, die Wärmedämmung und der Wärmespeicher aus demselben Material bestehen.

13. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher, die Wärmedämmung und der Wärmespeicher aus Polypropylen oder einem anderen schweißbaren Kunststoff, auch glasfaserarmiert, besteht.

14. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher, die Wärmedämmung und der Wärmespeicher zusätzlich mit gasdichten und metallisierten Folien, auch als Hochbarrierefolien, versehen werden.

15. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß das Element für Wasserwärmung, Wärmedämmung und Wärmespeicherung als Stützfunktion und Abstandshalter zwischen den oberen und unteren Deckplatten Waben- oder Doppelhütchen-Platten, vorzugsweise aus PP-Material, geschlossen oder als Gitter aufweist.

16. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser- oder Gasdurchgang zwischen den Waben über jeweils zwischen den Deckplatten eingelegte, auftragende und durchlässige Filtervliese erfolgt.

17. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Waben an den der Deckplatte zugewandten Seiten für den Wasser oder Gasdurchgang Längs- und /oder Quer- Einkerbungen aufweisen.

18. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß das Element und/oder die Elementteile selbsttragend sind.

19. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Wärmeaufnahmefähigkeit des Elementteiles für Wassererwärmung durch eine dunkle Einfärbung des aufgeklebten Stromerzeugungs-Elementes erfolgt.

20. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromerzeugungselementteil UV-stabilisiert ist und damit die anderen Elementteile gegen UV-Strahlung schützt.

21. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter beim Wassererwärmungs-, Wärmedämmungs- und Wärmespeicherelementteil aus Wirr-Spinnvlies, erhabenem Glas- oder Kunststoffgewebe, Hütchen-, Doppelhütchen-, Noppen- oder Stegmatten aus Glas- oder Kunststoffgewebe oder Kunststoff oder ähnlichem Material bestehen.

22. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-21, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmespeicherelementteil die Wärmespeicherung in Wasser, Silika-Gel, Paraffin (auch mikroverkapselt), poröser bzw. mikroporöser Kieselsäure oder anderem Latentspeicher- und Phasenwechselmaterial erfolgt.

23. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stützen verwendeten Waben, Doppelhütchen oder anderen Abstandshalter mit poröser Kieselsäure oder anderem porösem oder Dämmmaterial ausgefüllt sind.

24. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-23, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsstrom für die das Vakuum erzeugende und die die Bewegung des Wärmefluids im Wassererwärmungs- und Wärmepeicherelementteil erzeugenden Pumpen aus Photovoltaikelementen stammt.

25. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-24, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente zu Großflächen mit Schlauch- und Kabelverbindungen zusammengesetzt sind.

26. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-25, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit einer entsprechenden Unterkonstruktion als selbsttragendes und tragendes Dach- oder Fassaden- Komplettelement ausgebildet ist.

27. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-26, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragprofile unterhalb dem Wärmedämmelementteil oder dem Wärmespeicherelementteil angeordnet sind.

28. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-27, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege der tragenden Profile vom Anschlußpunkt an das nächste Element abstehend jeweils in Richtung zur Mitte der Elemente abgesetzt sind.

29. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-28, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege der tragenden Profile aus einem wenig wärmeleitenden Material bestehen.

30. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-29, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Tragprofile unterhalb des Anschlusspunktes an das nächste Element Wärmedämmmaterial in Höhe der Tragprofile und bis zu den oberen und unteren Abdeckungen angebracht ist.

31. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 1-29, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau des Wärmedämmelementteiles doppelt oder dreifach vorhanden ist.

32. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmeinheit(e) geteilt und zwischen den beiden Teilen ein von der inneren Umgebungsluft durchströmter Zwischenraum vorhanden ist.

33. Energie-Sammel-, Dämm- und Speicherelement nach Ansprüchen 1-32, dadurch gekennzeichnet, daß das Element einen zur Innenseite gerichteten Abschluß in Form einer Innenraumbeplankung aufweist.