DE19954709A1 - Mit Luftsolarkollektor kombinierter Lüftungswärmetauscher zur Integration in Außenwänden von Gebäuden - Google Patents

Abstract

Ein Lüftungswärmetauscher zur Integration in Außenwänden von Gebäuden weist jeweils mindestens eine Luftdurchtrittsöffnung an der Gebäudeaußenseite und an der Innenseite des zu belüftenden Raumes sowie einen die Luftdruchtrittsöffnung verbindenden Lüftungskanal (4) und ein in dem Lüftungskanal angeordnetes Luftfördermittel (5) auf. Um einen solchen Lüftungswärmetauscher dahingehend zu verbessern, daß mit ihm ein zusätzlicher Wärmeeintrag in den zu belüftenden Raum gewonnen werden kann, und daß dieser Wärmeeintrag mittels regenerativer Energien gewonnen werden kann, wird vorgeschlagen, daß im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung (2) eines solchen Lüftungswärmetauschers an der Gebäudeaußenseite außenseitig eine Solarkollektoreinheit (6) angeordnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen mit einem Luftsolarkollektor kombinierten Lüftungswärmetauscher zur Integration in Außenwänden von Gebäuden mit Luftdurchtrittsöffnungen jeweils an der Gebäudeaußenseite und an der Innenseite des zu belüftenden Raumes und einem die Luftdurchtrittsöffnungen verbindenden Lüftungskanal sowie einem in dem Lüftungskanal angeordneten Luftfördermittel.

Ein solcher Lüftungswärmetauscher ist aus der DE 196 39 128 bekannt. Dieser Lüftungswärmetauscher dient zum energiesparenden Be- und Entlüften von Räumen. Hierzu werden Luftdurchtrittsöffnungen sowohl zur Gebäudeaußenseite als auch zum Raum geschaffen, die mittels eines Lüftungskanals strömungstechnisch verbunden sind. Ein in dem Kanal angeordneter Lüfter erzeugt einen Luftstrom, der wahlweise von der Gebäudeaußenseite in Richtung des Raumes oder in umgekehrter Richtung verlaufen kann. In dem Lüftungskanal, in dem sich der Luftstrom bewegt, sind wärmespeichernde Elemente angeordnet, durch die der Luftstrom hindurchtreten kann. Damit wird erreicht, daß mit der den Raum verlassenden Luft abgeführte Wärme an diese Wärmespeicherelemente abgegeben wird und daß diese in den Wärmespeicherelementen gespeicherte Wärme von der von der Gebäudeaußenseite in den Lüftungskanal einströmenden kühlen Luft wieder aufgenommen wird, so daß die in den Raum eintretende Luft bereits vorgewärmt ist. Mit einem solchen System wird erreicht, daß Wärme- und damit Energieverluste, wie sie beim konventionellen Lüften mittels Fensteröffnen auftreten, deutlich verringert werden.

Bei einem solchen System wird jedoch nur die innerhalb des Raumes über beispielsweise Heizkörper erzeugte Wärme beim Entlüften teilweise in den Speichersteinen zurückgehalten und beim Belüften wieder an die zugeführte Frischluft abgegeben. Eine aktive Wärmegewinnung kann mit einem solchen System nicht erreicht werden.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Lüftungswärmetauscher dahingehend weiterzuentwickeln, daß dem System zusätzliche Wärme zugeführt wird, die aus regenerativen Quellen gewonnen wird.

Als Lösung wird vorgeschlagen, im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung an der Gebäudeaußenseite außenseitig eine Solarkollektoreinheit anzuordnen.

Die mittels der Solarkollektoreinheit aus Sonnenenergie gewonnene Wärme kann im Bereich der gebäudeaußenseitig befindlichen Durchtrittsöffnung an die Umgebungsluft abgegeben werden, so daß die von außen zugeführte Frischluft bereits über die allgemein herrschenden Außentemperaturen hinaus erwärmt wird. Dieser zusätzliche Wärmegewinn bedingt, daß das Temperaturniveau in der Raumluft angehoben wird. Damit ist zur Erreichung bzw. Beibehaltung einer gewünschten Raumtemperatur weniger Wärme über konventionelle Raumheizer zuzuführen. Dies bedingt ein Einsparen von Energie und damit verbundener Heizkosten. Dazu ist es zweckmäßig, die Luftdurchtrittsöffnung an der Gebäudeaußenseite entsprechend der Himmelsrichtung so auszurichten, daß sie über einen möglichst langen Zeitraum im Bereich der Sonneneinstrahlung liegt. Es sollten dabei keine schattenspendenden Hindernisse zwischen der mit der erfindungsgemäßen Solarkollektoreinheit überdeckten Luftdurchtrittsöffnung und der Sonneneinstrahlung liegen.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Solarkollektoreinheit besteht aus einem wärmespeichernden Körper, der mit einer Glasscheibe abgedeckt ist. Zwischen dem wärmespeichernden Körper und der Glasscheibe ist zweckmäßigerweise ein gewisser Abstand belassen. Der wärmespeichernde Körper kann hierbei insbesondere aus keramischem Material gefertigt sein. Eine solche Luftsolarkollektoreinheit wird sich auch unter Bedingungen, wie sie in kühleren Jahreszeiten vorherrschen, bei Sonneneinstrahlung deutlich über die Umgebungstemperatur aufheizen. Die somit aus der Sonneneinstrahlung gewonnene Wärme wird an die die Durchtrittsöffnung in Richtung Gebäudeinnenseite passierende Luft abgegeben und diese somit vorerwärmt.

Ein besonders gutes Ergebnis wird hierbei erzielt, wenn die Solarkollektoreinheit derart im Bereich der äußeren Durchtrittsöffnung angeordnet ist, daß zwischen ihr und der Gebäudeaußenseite ein flacher, luftdurchlässiger Hohlraum gebildet wird, in dem der wärmespeichernde Körper angeordnet ist, wobei die an der Außenseite befindliche Luftdurchtrittsöffnung in diesen Hohlraum mündet. Damit wird eine flache Luftschicht innerhalb eines Bereiches, in dem die äußere Luftdurchtrittsöffnung mündet, mittels der Solarkollektoreinheit vorerwärmt. Dies führt zu einer effektiveren Vorerwärmung der einströmenden Luft und damit zu einer besseren Wärmeausbeute. Eine zusätzliche Verbesserung wird dadurch gebildet, daß der flache Hohlraum an der strömungsmäßig am weitesten von der Mündung der Luftdurchtrittsöffnung entfernten Seite nach außen offen ist. So kann bei gleichzeitigem Verschluß des Hohlraumes an den anderen Seiten erreicht werden, daß die kühle Außenluft vor dem Eintreten in die Durchtrittsöffnung in dem flachen Hohlraum unterhalb der Solarkollektoreinheit eine möglichst lange Strecke zurücklegen muß und damit eine besonders effektive Erwärmung erfährt. Hierbei kann die Luft den wärmespeichernden Körper auch z. B. einmal umströmen.

Für einen Betrieb des Lüfungswärmetauschers sowohl zum Be- als auch zum Entlüften des in dem Gebäude befindlichen Raumes, ist es zweckmäßig, daß der Luftstrom durch den Lüftungskanal mittels des Luftfördermittels sowohl in Richtung des zu belüftenden Raumes als auch in umgekehrter Richtung umkehrbar einstellbar ist. Somit kann sauerstoffarme, mit Feuchtigkeit beladene Luft aus dem Raum in Richtung der Gebäudeaußenseite abgeführt werden bzw. sauerstoffreiche, trockene Frischluft dem zu belüftenden Raum zugeführt werden. Die zugeführte Luft ist hierbei bei entsprechender Sonneneinstrahlung durch die Solarkollektoreinheit bereits vorerwärmt.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind im Bereich der Luftdurchtrittsöffnungen sowohl an der Gebäudeaußenseite als auch an der Gebäudeinnenseite Temperatursensoren angeordnet, die mit einer Steuerung verbunden sind. Diese Steuerung kann dann in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur das Luftfördermittel zur Einstellung der Richtung des Luftstromes ansteuern. So kann bei verhältnismäßig warmer Luft im Bereich der von der Solarkollektoreinheit überdeckten Luftdurchtrittsöffnung an der Gebäudeaußenseite Luft von dem System überwiegend in Richtung des Rauminneren befördert werden, um somit einen Beitrag zur Erwärmung der Raumtemperatur zu leisten, wohingegen bei vergleichsweise kühler Luft in diesem Bereich eine umgekehrte Luftförderung bzw. ein Pendelbetrieb mit in etwa ausgeglichenen Förderraten in Richtung Gebäudeaußenseite bzw. in Richtung des zu belüftenden Raumes eingestellt werden können. Durch einen weiteren Temperatursensor in dem Hohlraum zwischen der Solarkollektoreinheit und der Gebäudeaußenseite kann dieses Verhalten noch verfeinert werden. Dabei ist auch dieser Sensor mit der Steuerung verbunden.

Zusätzlich können in dem Lüftungskanal wärmespeichernde, luftdurchlässige Elemente angeordnet sein, die mit der Rauminnenluft abgeführte Wärme aufnehmen, zwischenspeichern und dann an von außen zugeführte Frischluft wieder abgeben, um somit eine weitere Erwärmung der zugeführten Luft zu schaffen und Wärmeverluste durch mit der Abluft abfließende Wärme zu reduzieren. Weiterhin können im Bereich des Lüftungskanals ein oder mehrere Filter angeordnet sein, die beispielsweise Staub, Pollen oder ähnliche mit der eindringenden Luft mitgeführten Schwebstoffe aus dem Luftstrom herausfiltern. Auch kann die gebäudeaußenseitige Luftdurchtrittsöffnung mit einem Gitter verdeckt sein, welches das Eindringen von größeren Gegenständen wie beispielsweise Laub in das Lüftungswärmetauschersystem verhindert.

Mit der den erfindungsgemäßen Lüftungswärmetauscher kennzeichnenden Solarkollektoreinheit ist eine Möglichkeit gegeben, bereits bei schwacher Sonneneinstrahlung, wie sie insbesondere an Wintertagen vorherrscht, Energieeinträge in Form von Wärme zu erzielen, die den üblichen zum Beheizen eines Raumes genutzten Energiehaushalt nicht belasten. Eine solche Lösung hilft also, Energie und damit Kosten zu sparen. Durch Nutzung von Sonnenenergie kann weiterhin die durch Nutzung fossiler Energien zur Wärmegewinnung bedingte Umweltbelastung verringert werden. Die Verwendung einer Solarkollektoreinheit bietet dabei zusätzlich den Vorteil, daß diese durch ihren einfachen Aufbau leicht und kostengünstig zu fertigen ist. Komplizierte zusätzliche Medien wie Solflüssigkeiten oder Energieüberträger sind bei der Verwendung einer solchen Solarkollektoreinheit nicht notwendig.

Mit dem erfindungsgemäßen Lüftungswärmetauscher wurde somit die Möglichkeit geschaffen, nicht nur den Energieaustrag aus beheizten Räumen zu verringern, sondern auch einen zusätzlichen, mit umweltschonenden Techniken gewonnenen Energieeintrag in den zu beheizenden Raum zu verwirklichen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit einem anhand der Figur geschilderten Ausführungsbeispiel deutlich. Darin dargestellt ist eine geschnittene Seitenansicht eines Ausschnittes aus einer Gebäudeaußenwand mit integriertem erfindungsgemäßen Lüftungswärmetauscher.

Auf der Zeichnung ist ein Abschnitt einer Gebäudeaußenwand 1 dargestellt, in dem ein erfindungsgemäßer Lüftungswärmetauscher integriert ist. Der erfindungsgemäße Lüftungswärmetauscher wird dabei gebildet aus einer außenseitigen Luftdurchtrittsöffnung 2, einer in den zu belüftenden Raum führenden Luftdurchtrittsöffnung 3 sowie einem die beiden Luftdurchtrittsöffnungen verbindenden Lüftungskanal 4. In dem Lüftungskanal sind Ventilatoren 5 angeordnet, die für eine Bewegung des Luftstromes sorgen. Diese Ventilatoren können beispielsweise Gleichstromventilatoren sein. Zur Umkehrung des Luftstromes sind diese Ventilatoren in ihrer Dreh- und damit Förderrichtung umkehrbar antreibbar. Im Bereich der außenseitigen Luftdurchtrittsöffnung 2 ist eine Solarkollektoreinheit 6 angeordnet, die Sonneneinstrahlung 7 aufnimmt, aus dieser Wärme gewinnt und diese Wärme an die in die äußere Luftdurchtrittsöffnung 2 einströmende Luft abgibt. Die Solarkollektoreinheit wird dabei gebildet aus einer der Sonnenstrahlung 7 zugewandten Glasabdeckung 8. Hinter dieser ist in Richtung der Außenwand gelegen ein wärmespeichernder Körper 10 angeordnet. Dieser befindet sich zwischen zwei flachen Hohlräumen 9, 11. Die auf die Glasabdeckung 8 auftreffende Sonneneinstrahlung 7 bewirkt nun eine Erwärmung des Körpers 10. Luft, die durch die zwischen der Solarkollektoreinheit und der Außenwand gebildete Öffnung 12 in die zwischen Solarkollektoreinheit und Außenwand ausgebildeten Hohlräume 9, 11 einströmt, nimmt nun beim Umströmen des wärmespeichernden Körpers 10 mit einmaliger Umlenkung bei 12a die von diesem abgegebene Wärme auf, was zu einer Temperaturerhöhung der einströmenden Luft führt. Durch ein Gitter 13 gelangt die einströmende Luft durch die Luftdurchtrittsöffnung 2 an der Außenseite der Wand und fließt in Richtung der Pfeile 14 in den zu belüftenden Raum. Dabei passiert sie Wärmespeichersteine 15, in denen in später näher erläuterter Weise Wärme gespeichert worden ist, nimmt diese Wärme zusätzlich auf und tritt dann so vorgewärmt durch die Luftdurchtrittsöffnung 3 in Richtung des zu belüftenden Raumes aus. Letztere Öffnung ist mit einem Ventil 16 verschlossen, das ein unbeabsichtigtes Entweichen oder Zufließen von Luft im Falle von stehenden Ventilatoren 5 verhindert.

Die so in den Raum gelangte Außenluft hat gegenüber der Außentemperatur bereits eine gewisse Temperaturerhöhung erfahren, so daß ein Aufheizen auf die gewünschte Raumtemperatur nur noch um ein entsprechend geringeres Temperaturintervall erfolgen muß.

In umgekehrter Flußrichtung verläßt die feuchtigkeitsgeladene, sauerstoffarme Luft den Raum durch die mit dem Ventil 16 versehene Luftdurchtrittsöffnung 3 und fließt, gefördert durch die Ventilatoren 5, entgegen der Richtung der Pfeile 14 durch den Lüftungskanal 4 zu der äußeren Luftdurchtrittsöffnung 2. Dabei nehmen die Wärmespeichersteine 15 die mit dem Luftstrom mitgeführte Wärme zumindest teilweise auf und speichern diese zur Abgabe an später zuzuführende Frischluft. Die aus dem Raum abgeführte Luft verläßt die Luftdurchtrittsöffnung 2, durchströmt unter Umlenkung bei 12a die zwischen Solarkollektoreinheit 6 und Außenwand 1 gebildeten Hohlräume 9, 11 und verläßt diese durch die Öffnung 12. Es kann nun erneut wie oben beschrieben vorgewärmte Frischluft zugeführt werden.

Über einen mit einer Steuerung verbundenen Drehzahlsteller 17 kann die Geschwindigkeit des Luftstromes bedarfsgemäß eingestellt werden. Somit ist gewährleistet, daß entsprechend des Wohlbefindens des Einzelnen der Zu- bzw. Abluftfluß eingestellt werden kann. Störende Luftzüge können also verhindert werden.

Um eine optimale Regelung der Lüftungsmenge und Richtung auch in Abhängigkeit der Temperaturen von Raumluft bzw. Außenluft zu gewährleisten, sind im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung 2 und der Luftdurchtrittsöffnung 3 (hier nicht gezeigte) Temperatursensoren angebracht, die mit einer (hier ebenfalls nicht gezeigten) Steuereinheit verbunden sind, die die Förderrichtung der Ventilatoren 5 bestimmt. Ein weiterer Temperatursensor ist im Bereich des zwischen Körper 10 und Solarkollektoreinheit 6 gebildeten Hohlraumes 9 angeordnet, hier aber auch nicht gezeigt. Auch dieser Sensor ist mit der Steuereinheit verbunden. Nun kann bei verhältnismäßig kühlen Außentemperaturen in Abhängigkeit von der im Hohlraum 9 vorherrschenden Lufttemperatur ein überwiegendes Fördern der Luft in Richtung des zu belüftenden Raumes erfolgen oder eine Pendellüftung, bei der im wesentlichen die gleiche Menge in Richtung des zu belüftenden Raumes wie aus diesem herausgefördert wird. Das bedeutet, daß bei fehlender Sonneneinstrahlung 7, beispielsweise nachts oder bei starker Bewölkung, eine starke Erwärmung der in dem Hohlraum 9, 11 befindlichen Luft nicht erreicht werden kann und somit der zyklische Durchströmungswechsel bevorzugt wird, bei dem wie oben erwähnt abwechselnd in etwa die gleiche Menge an Luft in den zu belüftenden Raum hinein wie aus diesem heraus gefördert wird. Bei vergleichsweise geringen Außentemperaturen, wie sie beispielsweise bei winterlichen Bedingungen vorherrschen kann bei entsprechender Sonneneinstrahlung 7 die Temperatur der innerhalb des Hohlraumes 9 befindlichen Luft deutlich erhöht werden. Reicht diese durch den Sensor gemessene Temperatur aus, einen lohnenden Energieeintrag zu erzielen, so wird das System im wesentlichen die vorgewärmte Luft in Richtung des zu belüftenden Raumes fördern, und nur vergleichsweise wenig Luft aus dem zu belüftenden Raum abgeben.

Unter sommerlichen Bedingungen, wenn der Eintrag vorgewärmter Luft in hinter der Außenwand liegenden Innenräume unerwünscht ist, wird die Steuerung des Systems aufgrund der mittels der Temperatursensoren wahrgenommenen Temperaturen die Raumlüftung derart gestaltet, daß in überwiegenden Zykluszeiten Luft aus dem zu be- bzw. entlüftenden Raum abgeführt wird und nur während eines Bruchteils der Zykluszeiten Luft von außen in den Raum hereinströmt.

Als Temperatursensoren kommen sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten elektronischen Temperatursensoren in Frage. Für die Ansteuerung der Ventilatoren 5 kann die Steuereinheit mit einem Mikroprozessor ausgestattet sein.

In jedem Fall ist mit dem erfindungsgemäßen Lüftungswärmetauscher in Verbindung mit der Steuerung ein System geschaffen, das abhängig von Witterungsbedingungen und gewünschtem Raumklima einen Belüftungsmodus wählt, der dazu geeignet ist, das gewünschte Raumklima energiesparend aufrechtzuerhalten.

Bezugszeichenliste

1

Außenwand

2

Luftdurchtrittsöffnung

3

Luftdurchtrittsöffnung

4

Lüftungskanal

5

Ventilator

6

Solarkollektoreinheit

7

Strahlung

8

Glasabdeckung

9

Hohlraum

10

wärmespeichernder Körper

11

Hohlraum

12

Öffnung

12

a Umlenkung des Luftstroms

13

Gitter

14

Pfeil

15

Wärmespeichersteine

16

Ventil

17

Drehzahlsteller

Claims (11)

1. Mit einem Luftsolarkollektor kombinierter Lüftungswärmetauscher zur Integration in Außenwänden von Gebäuden mit Luftdurchtrittsöffnungen (2; 3) jeweils an der Gebäudeaußenseite und an der Innenseite des zu belüftenden Raumes und einem die Luftdurchtrittsöffnungen verbindenden Lüftungskanal (4) sowie einem in dem Lüftungskanal angeordneten Luftfördermittel (5), dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung (2) an der Gebäudeaußenseite außenseitig eine Solarkollektoreinheit (6) angeordnet ist.

2. Lüftungswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarkollektoreinheit (6) mindestens eine Abdeckung (8) aus Glas und einen wärmespeichernden Körper (10) aufweist.

3. Lüftungswärmetauscher nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen wärmespeichernden Körper (10), z. B. aus keramischem Material.

4. Lüftungswärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmespeichernde Körper (10) zur Oberflächenvergrößerung strukturiert ist.

5. Lüftungswärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen flachen, luftdurchlässigen Hohlraum zwischen der Solarkollektoreinheit und der Gebäudeaußenseite, in dem der wärmespeichernde Körper (10) angeordnet ist und in den die Luftdurchtrittsöffnung (2) der Außenseite mündet.

6. Lüftungswärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Hohlraum an der strömungsmäßig am weitesten von der Mündung der Luftdurchtrittsöffnung entfernten Seite nach außen offen ist.

7. Lüftungswärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom mittels des mindestens einen Luftfördermittels umkehrbar sowohl von der Gebäudeaußenseite in Richtung des zu belüftenden Raumes als auch in umgekehrter Richtung einstellbar ist.

8. Lüftungswärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung an der Gebäudeaußenseite sowie im zu belüftenden Raum Temperatursensoren vorgesehen sind und daß die Temperatursensoren mit einer Steuerung verbunden sind, die in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur das mindestens eine Luftfördermittel (5) zur Einstellung der Richtung des Luftstromes ansteuert.

9. Lüftungswärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein weiterer Temperatursensor in dem Hohlraum zwischen der Solarkollektoreinheit (6) und dem wärmespeichernden Körper (10) befindet.

10. Lüftungswärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lüftungskanal (4) wärmespeichernde, luftdurchlässige Elemente (15) angeordnet sind.

11. Lüftungswärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lüftungskanal (4) mindestens ein Filter angeordnet ist.