DE19815969A1 - TWD-Marmor-Bauteil - Google Patents

Abstract

Um einen Beitrag zur Energieeinsparung, insbesondere in Gebäuden, zu leisten, wird ein aus mindestens einer durchscheinenden Scheibe und einem transparenten Wärmedämm-Element bestehendes Bauteil vorgeschlagen, welches sich leicht herstellen läßt und vielfältig in seinem Einsatz ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere zur Verwendung als Wärmeschutz und zur Lichtstreu­ ung und -lenkung in Gebäuden.

In Zeiten des kontinuierlich steigenden Weltenergiever­ brauchs und des damit verbundenen CO₂-Ausstoßes, der die bekannten Beeinträchtigungen des Weltklimas zur Folge hat, werden Maßnahmen, die diesem Trend entgegenwirken, immer wichtiger. Ein großer Teil der verbrauchten Ener­ gie wird im Bereich der Wärmebereitstellung benötigt.

Einen Beitrag zur Verringerung dieses Energiebedarfs können sogenannte transparente Wärmedämmungs-(TWD)-Mate­ rialien leisten. Unter "transparenter Wärmedämmung" ver­ steht man die Verwendung eines Materials oder eines aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Bauteils, das ei­ nerseits den Wärmeverlust von innen nach außen verrin­ gert, also als Wärmedämmung wirkt, und andererseits das Sonnenlicht nach innen durchtreten läßt, wo es in Wärme umgewandelt wird und einen Beitrag zur Raumbeheizung liefert.

Im allgemeinen Sprachgebrauch bedeutet "transparent" zwar klar, durchsichtig, jedoch wird dieser Begriff in der Solarenergienutzung auch für durchscheinende, nicht klar durchsichtige Bauteile verwendet. Unter "transparent" versteht man in diesem Zusammenhang, daß nicht das klare optische Bild, sondern Solarenergie durchgelassen wird.

Ein im weitesten Sinne unter TWD-Produkte fallendes Er­ zeugnis sind Wärmeschutzverglasungen. Darunter versteht man zwei an ihrem Rand kraftschlüssig und gasdicht mit­ einander verbundene planparallele Glasscheiben, die ein Gasvolumen einschließen. Ein Randverbund aus metalli­ schem Abstandhalter und Dichtstoffen verbindet die bei­ den Scheiben und isoliert den Gasraum von der Außenwelt. Die Verglasung bietet eine klare, unverzerrte Durchsicht und wird deshalb als Festverglasung oder innerhalb von Fenstersystemen zur Nutzung von Tageslicht und zur Her­ stellung des visuellen Bezugs zum Außenraum eingesetzt. Nachteilig an diesen Systemen wirkt sich jedoch aus, daß durch die hohen Reflexionsverluste der Glasscheiben der Gesamtenergiedurchlaßgrad, d. h. das Durchtreten von Son­ nenlicht von außen nach innen unter Umwandlung in Wärme, bei derartigen Verglasungen relativ gering ist. Die Ge­ winne an solarer Energie sind lediglich über optische Eigenschaften, beispielsweise Beschichtungen der Ver­ glasung, zu erzielen. Diese Maßnahmen bedeuten jedoch einen zusätzlichen Kosten- sowie erhöhten Arbeitsauf­ wand. Zudem kann das Licht mit den bekannten Verglasun­ gen nicht gelenkt bzw. gestreut werden. Es tritt direkt in den Raum ein.

Des weiteren sind sogenannte TWD-Verbundssysteme bekannt, die aus einem Absorber, einer TWD-Kapillarplatte, einem Glasvlies sowie einem Glasputz bestehen. Unter TWD-Ka­ pillarplatte versteht man eine aus Kunststoff beste­ hende, aus vielen kleinen parallel ausgerichteten Röhrchen zusammengesetzte Platte. Diese Verbundsysteme werden mit der Absorberseite auf Fassaden mittels einer vollflächigen Verklebung befestigt, beispielsweise ab­ wechselnd mit konventionellen Wärmedämmflächen. Die Solarstrahlung durchdringt das TWD-Verbundssystem bis auf den Absorber. Die auf den Absorber einwirkende Solar­ strahlung wandelt sich in Wärmeenergie um und wird im Mauerwerk gespeichert und nach einiger Zeit an den In­ nenraum abgegeben.

Diese Verbundsysteme sind lediglich zur Verwendung auf opaken Außenfassaden einsetzbar. Ein erheblicher Nach­ teil ist zudem darin zu sehen, daß das Aufbringen des Glasputzes auf die TWD-Kapillarplatte sehr aufwendig ist. Als Trägermaterial für den Glasputz dient ein Glasvlies, welches durch zeitaufwendige und kostenin­ tensive Arbeitsschritte sowohl mit der Kapillarplatte als auch mit dem Glasputz verbunden werden muß. Zudem ist es leicht entflammbar.

Davon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zu­ grunde, ein TWD-System zu schaffen, welches sich einfach herstellen läßt und vielfältig in seinem Einsatz ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Bauteil gelöst, welches aus einer durchscheinenden Scheibe und einem damit verbundenen Element aus TWD-Material be­ steht.

Vorzugsweise besteht die durchscheinende Scheibe aus Ge­ stein, beispielsweise Marmor. Um die Eigenschaft des Durchscheinens zu gewährleisten, wird eine Scheibendicke von 0,5 bis 20 mm gewählt, abhängig von dem eingesetzten Material. Die Scheibe wird bevorzugt mit dem TWD-Element verklebt.

Vorzugsweise besteht das TWD-Element aus Polycarbonat, Polyätheramid oder Polymethylmethaacrylat und weist eine Wabenstruktur mit rechteckigen Zellenquerschnitten auf. Die Waben können jedoch auch einen sechseckigen oder runden Querschnitt besitzen. Im Gegensatz zu Kapil­ larplatten zeichnen sich die im erfindungsgemäßen Bau­ teil eingesetzten Platten durch eine schwerere Entflamm­ barkeit sowie eine höhere Eigenstabilität aus und können somit als Trägermaterialien für beispielsweise sehr dünne, in sich instabile Gesteinsscheiben sein.

Es ist denkbar, die Scheibe mit dem TWD-Element mit Hilfe eines Klebstoffes, wie Polyurethan, Polyethylen­ therephtalat, Polybuthylentherephtalat oder Epoxid, in flüssiger Form oder in Form einer Klebefolie zu verbin­ den.

Ein derartiges Bauteil besitzt ein Schermodul, das we­ sentlich höher ist als das von Isolierglas oder anderen TWD-Verbundsystemen, was ein viel weiteres Einsatzspek­ trum ermöglicht.

Des weiteren ist es denkbar, das TWD-Element beidseitig mit einer durchscheinenden Scheibe zu versehen bzw. auf der einen Seite mit einer durchscheinenden Gesteins­ scheibe und auf der anderen Seite mit einer durchsichti­ gen Scheibe, beispielsweise mit einer Glas- oder Poly­ carbonat-Scheibe. Auch die Anordnung des TWD-Elements mit mindestens einer damit verbundenen Scheibe in einem Rahmen aus Aluminium, Kunststoff oder Holz ist denkbar.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Bauteils ist, daß es sowohl als Fassadenverkleidung, d. h. vor ein bestehendes Mauerwerk, als auch - insbesondere wegen seiner Stabili­ tät - als eigenständiger Fassadenbaustein, d. h. Bauwerk-Wän­ de ersetzend, eingesetzt werden kann. Dabei macht sich im Vergleich zu massiven Bausteinen aufgrund des im Verhältnis zum Volumen des erfindungsgemäßen Bauelements geringeren Anteils an Gestein neben der erheblichen Gewichtsersparnis eine Kostenreduzierung aufgrund der Materialeinsparung an Gestein-Rohstoff bemerkbar. Wenn Marmor für die Gesteinsscheibe eingesetzt wird, kann diese so dünn gefertigt werden, daß sie ohne Stütze nicht mehr verwendbar wäre.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß aufgrund der Ge­ wichtsreduzierung der Bauelemente, die Gebäude leichter werden und dadurch statisch niedriger dimensioniert wer­ den können, was ebenfalls zu einer Kostensenkung führt.

Darüber hinaus kommen die positiven Eigenschaften von TWD-Materialien zum Tragen. Das erfindungsgemäße Bauele­ ment bewirkt, sowohl Heizenergie als auch Lichtenergie zu sparen. Dadurch, daß das gesamte Bauteil durchschei­ nend ist, läßt es, als Fassadenelement eingesetzt, Ta­ geslicht in Räume, so daß diese in geringerem Maße be­ leuchtet werden müssen. Das Tageslicht wird dabei ge­ streut, so daß kein direktes, sondern nur diffuses Licht in den Raum dringt, diesen jedoch weiter ausleuchtet, als normale Verglasungen. Andersherum wird auch nachts Licht aus dem Gebäude gelassen.

Bezüglich der Heizenergie wirkt es zum einen durch seine Isolationseigenschaft als Wärmedämmung und zum anderen läßt es Sonnenlicht durchtreten und wandelt dieses in Wärmeenergie um, welche - an den Raum abgegeben - einen Beitrag zur Erbringung des Wärmebedarfs des Gebäudes leistet.

Gegenüber üblichen Dämmsystemen sind mit TWD jährliche Heizenergieeinsparungen von durchschnittlich 50 bis 150 kWh pro m² TWD-Fläche erreichbar.

Neben der Gewichtsersparnis, den damit verbundenen Ko­ stenvorteilen und den Energiespar-Möglichkeiten, sind die erfindungsgemäßen Bauteile optisch gefällig und tra­ gen zu einer ästhetischen Fassadengestaltung bei. Insbe­ sondere die Tatsache, daß Licht diffus ein- und austre­ ten kann, läßt die Wände der Gebäude wie leuchtende Wände erscheinen. Bei Tag entsteht dieser Eindruck bei Betrachtung von innen, bei Nacht von außen.

Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist, daß die erfin­ dungsgemäßen Bauteile dazu geeignet sind, ein gewisses Maß an kinetischer Energie zu absorbieren, was sie auch zu Sicherheitsbauelementen macht, beispielsweise um Ex­ plosionsauswirkungen aufzufangen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Element aus TWD-Material in perspektivi­ scher Darstellung;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bauelements;

Fig. 3 das erfindungsgemäße Bauelement in perspekti­ vischer Darstellung; und

Fig. 4 das erfindungsgemäße Bauteil in einem Rahmen.

In Fig. 1 ist ein Element 1 aus transparentem Wärmedämm-Ma­ terial dargestellt. Es besteht beispielsweise aus Po­ lycarbonat und weist eine aus senkrecht zur Oberfläche ausgerichteten, rechteckige Zellenquerschnitte aufwei­ senden Waben 2 bestehende Struktur auf. Der Wabenquer­ schnitt kann selbstverständlich auch eine andere Form aufweisen, z. B. sechseckig oder rund sein. Diese spezi­ elle Struktur bietet den Vorteil, sehr geringe Refle­ xionswerte bei hohem Wärmewiderstand zu besitzen, da die einfallende Strahlung zum überwiegenden Teil durch Vor­ wärtsreflexion durch das Element hindurchgeleitet wird. Die Verwendung von Polycarbonat gewährleistet eine mini­ male Wärmeleitung bei geringer Dicke des Elements, wo­ durch die Dämmeigenschaft des Elements gefördert wird.

Die durchschnittlichen Röhrendurchmesser können zwischen etwa 1 bis 6 mm variieren. Die Zellengröße wird durch die verwendete Extruderdüse bestimmt. Bei dem vorliegen­ den Ausführungsbeispiel liegt die Zellenbreite bei ca. 3,2 mm. Die Raumdichte beträgt ca. 35-40 kg/m³.

Die Strukturen sind aus 1,6 cm breiten Platten herge­ stellt (vgl. Breite A). Diese werden in einer bestimmten Breite, die von der eingesetzten Extrudermaschine abhän­ gig ist, als Endlos-Hohlkammerplatten hergestellt und aufeinander gelegt, bis die gewünschte Höhe erreicht ist. Durch das Aufmaßschneiden mittels eines Heißdrahtes verkleben die einzelnen 1,6 cm breiten Platten miteinan­ der, so daß der Zusammenhalt zwischen ihnen gewährlei­ stet ist. Bevorzugte TWD-Elemente haben eine Dicke von 10-200 mm.

Auch der Einsatz anderer Kunststoffe, wie beispielsweise Polymethylmethaacrylat (PMMA) ist denkbar, wobei deren optische Qualität sowie Schmelzverhalten beim Schneiden entscheidend die Qualität des Endproduktes beeinflussen.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Bauteil 3 darge­ stellt, das sich aus einem transparenten Wärmedämm-Ele­ ment 1, dessen eine Fläche mit einer durchscheinenden Scheibe 4 und dessen andere Fläche mit einer durchsich­ tigen Scheibe 5 beklebt ist. Bei der Scheibe 4 handelt es sich bevorzugt um Marmor, bei der Scheibe 5 um Poly­ carbonat oder Glas.

Die Scheiben können sowohl mittels eines flüssigen Kleb­ stoffes 6, beispielsweise eines Polyurethan- oder eines Epoxid-Klebstoffes, als auch mittels einer Folie 7 aus demselben Kunststoff verklebt werden. Dazu wird die Fo­ lie oder der flüssige Klebstoff auf die Wabenstruktur des TWD-Elements 1 aufgelegt bzw. aufgetragen und an­ schließend die durchscheinenden Scheiben 4 bzw. durch­ sichtigen Scheiben 5 aufgelegt. Das Bauteil 3 wird dann mit einem Druck von 1 bis 5 bar beaufschlagt und gleich­ zeitig einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 120 bis 170°C ausgesetzt. Das kann in einem konventionellen Ofen geschehen; alternativ kann die Erwärmung auch in einer Mikrowelle erfolgen. Nach 30 bis 200 Sekunden wird das Bauteil etwa ebenso lange abgekühlt, bis es eine Tempe­ ratur von 50 bis 60°C erreicht hat. Der Druck bleibt während dieser Zeit aufrechterhalten.

In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Bauteil 3 perspekti­ visch dargestellt. Besonders deutlich ist dabei zu er­ kennen, daß die Waben 2 des TWD-Elementes 1 senkrecht zur Oberfläche 8 des Bauteils 3 ausgerichtet sind.

Fig. 4 zeigt das Bauteil 3 in unverklebtem Zustand. Hier werden die Platten 4 und 5 mittels eines Profilrahmens 9, der beispielsweise aus Aluminium oder Holz besteht, miteinander verbunden.

Claims (17)

1. Bauteil, insbesondere zur Verwendung als Wärme­ schutz, aus

• - mindestens einer durchscheinenden Scheibe (4) und
• - mindestens einem damit verbundenen Element (1) aus transparentem Wärmedämm-(TWD)-Material.

2. Bauteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Scheibe (4) aus Gestein.

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Scheibe (4) eine Dicke von 0,5 bis 20 mm aufweist.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (4) mit dem TWD-Ele­ ment (1) verklebt ist.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch ein TWD-Element (1) aus Polycarbonat, Polyätheramid oder Polymethylmethaacrylat.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das TWD-Element (1) eine Waben­ struktur aufweist.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das TWD-Element (1) rechteckige, sechseckige und/oder runde Zellenquerschnitte aufweist.

8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesteinsscheibe (4) mit dem TWD-Element (1) mittels Polyurethan, Polyethylenthe­ raphtalat, Polybuthylentheraphtalat oder Epoxid ver­ klebt wird.

9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesteinsscheibe (4) mit dem TWD-Element (1) mittels einer Klebefolie (7) oder mittels flüssigem Klebstoff (6) verklebt ist.

10. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite des TWD-Elemen­ tes (1) eine durchsichtige Scheibe (5) und auf der anderen eine Gesteinsscheibe (6) befestigt ist.

11. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtige Scheibe (5) aus Glas oder Po­ lycarbonat besteht.

12. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite des TWD-Elemen­ tes (1) eine Gesteinsscheibe (6) befestigt ist.

13. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das TWD-Element (1) mit einer Gesteinsscheibe (6) verklebt und mit einer durch­ scheinenden oder durchsichtigen Scheibe mittels ei­ nes Rahmens (Alu/Holz) verbunden ist.

14. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das TWD-Element (1) mit minde­ stens einer durchscheinenden (4) und/oder durchsich­ tigen Scheibe (5) mittels eines Rahmens (Alu/Holz) verbunden ist.

15. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein TWD-Element (1) mittels eines Klebstoffs (6) oder einer Klebefolie (7) unter erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur mit einer durchschei­ nenden (4) und/oder durchsichtigen Scheibe (5) ver­ bunden wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Einsatz eines konventionellen Ofens.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Einsatz einer Mikrowelle.