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Die vorliegende Erfindung betrifft eine funktionale Lüftungsfassade, die gleichzeitig Strom und warme Luft, vorzugsweise zur Ausströmung an Wärmepumpen liefert, sowie ein funktionales Dämmelement zum Aufbau einer solchen Lüftungsfassade.
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Der Bedarf an energiesparenden Gebäuden wächst kontinuierlich und mit beträchtlicher Geschwindigkeit. Waren vor einigen Jahren noch sogenannte "Niedrigenergiehäuser" das gewünschte Ziel, so orientiert sich der zukünftige Bedarf an Bauten, die den sogenannten „Plus-Energie-Standard“ des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) erfüllen, d. h., daß sie mehr Energie erzeugen müssen als sie verbrauchen.
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Wärmedämmsysteme für Häuserfassaden sind in der Bautechnik hinlänglich bekannt. Zur Wärmedämmung von Außenwänden werden in der Regel Isolierstoffplatten aus unterschiedlichsten Materialien eingesetzt. Breite Verwendung finden in der Isoliertechnik Dämmstoffplatten aus Styropor, Polyethylenschäumen, Steinwolle oder auch Glasfasern. Daneben sind ökologisch unbedenkliche Dämmstoffe wie Schafwolle oder aber Altpapierflocken im Spritzverfahren insbesondere für die Dachstuhlwärmedämmung gebräuchlich. Die Isolierstoffplatten für die Wärmedämmung von Gebäudeaußenflächen werden mittels unterschiedlicher Befestigungselemente von außen vor die Fassade gesetzt, verblendet oder mit einem Spezialputz versehen. All diesen Systemen ist jedoch gemein, daß sie rein passiv wirken und nicht in der Lage sind, einen nennenswerten Anteil der direkt eingestrahlten Solarenergie und der diffusen Wärmeenergie aus der Umgebung aufzunehmen und in technisch verwertbare Wärmeenergie zu verwandeln.
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Bekannt sind weiterhin auch Außenfassaden, die mit thermisch wirkenden Sonnenkollektoren belegt sind. Diese Anordnungen sind in der Lage, einen Teil der auftreffenden Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie auf einem heizungstechnisch nutzbaren Temperaturniveau umzuwandeln. Hierbei werden vorwiegend einfache Flachkollektoren, Vakuum-Flachkollektoren, seltener die in der Herstellung aufwendigeren Vakuum-Röhrenkollektoren mit hohen Wärmewirkungsgraden eingesetzt. Verwendung finden zum Teil auch einfache Sonnenkollektoren mit integriertem Warmwasserspeicher.
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Weiterhin ist bekannt, Photovoltaikfassaden zur Energiegewinnung einzusetzen. Allerdings ist die bei solchen Fassaden zwingend erforderliche senkrechte Anordnung der Photovoltaikmodule (PV-Module) nicht die optimale Ausrichtung. Die Sonneneinstrahlung beträgt nur rund 70 % im Vergleich zu einem Modul mit einem Neigungswinkel von 28 Grad. Außerdem ist die Gefahr der leistungsmindernden Verschattung größer als bei exponierten Dachflächen. Problematisch ist auch, daß der größte Teil der auf Photovoltaikmodule eingestrahlten Sonnenenergie auf der Rückseite der Module als Strahlungswärme anfällt, was sowohl die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der PV-Module reduziert als auch zu einer insbesondere im Sommer unerwünschten Überhitzung des hinter der Fassade liegenden Gebäudes führen und somit zusätzliche energieaufwendige Kühlung erforderlich machen kann. Aus diesem Grund haben einige Hersteller die Module zu multifunktionalen Isolierglaselementen weiterentwickelt, die jedoch in der Herstellung aufwendig und teuer und zudem sehr beschädigungsanfällig sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine energieerzeugende Fassadenkonstruktion mit möglichst hoher Ausbeute zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Bereitstellung einer funktionalen Lüftungsfassade, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie
- a) mindestens ein Phovoltaikmodul (1) enthält,
- b) über mindestens eine Luftzutrittsöffnung verfügt,
- c) eine Dämmschicht (4) aufweist, die mit einem Wärmeleitblech (3) verkleidet ist, an dem sich Halterungen für das Phovoltaikmodul (1) befinden und
- d) einen zwischen Photovoltaikmodul und Dämmschicht liegenden, durch die Halterungen (3) segmentierten Lüftungskanal (2) aufweist.
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Die für Anordnungen nach dem Stand der Technik problematische Tatsache, daß die auf die Photovoltaikmodule eingestrahlte Sonnenenergie größtenteils auf der Rückseite der Module als Strahlungswärme anfällt, wird erfindungsgemäß vorteilhaft genutzt. Die durch die Sonneneinstrahlung erwärmte Luftschicht steigt durch den Lüftungskanal (2) nach oben und transportiert somit die Wärmeenergie der Photovoltaikmodule (1) ab.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird diese erwärmte Luft durch mindestens eine Luftaustrittsöffnung im oberen Teil der Fassade wieder an die Umwelt abgegeben.
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Gleichzeitig entzieht die aufsteigende Luftschicht im Lüftungskanal (2) Bauteilen, an denen sie vorbeiströmt, Wärmeenergie. Die im Gebäudeinneren befindliche Wärmeenergie diffundiert in Abhängigkeit von der Dicke und Qualität der Dämmschicht mehr oder weniger schnell durch die Außenwand des Bauwerks nach außen und wird über die an dem Wärmeleitblech (3) vorbei strömende Luftschicht (2) aufgenommen und abtransportiert. Die Folge ist, daß das Gebäudeinnere gekühlt wird.
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Die, in den Lüftungskanal (2) zwischen Dämmschicht (4) des Bauwerkes und vorgehängtem hinterlüftetem Photovoltaikmodul (1) nachströmende kühle Luftschicht kühlt die Photovoltaikmodule (1) und die Außenwand des Bauwerks (3, 4, 5) zusätzlich. Vorteilhafterweise wird hierdurch erreicht, daß kühlere Photovoltaikmodule (1) effektiver Arbeiten und mehr Strom erzeugen als ungekühlte Photovoltaikmodule (1).
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Verstärkt werden kann dieser Effekt durch eine zusätzliche Befeuchtungsanlage zur Befeuchtung der Photovoltaikmodule (1) und des Wärmeleitbleches (3). Durch die einsetzenden Verdunstung der Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Photovoltaikmodule und der Dämmschicht werden diese zusätzlich gekühlt.
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Vorzugsweise sind die Luftzu- und austrittsöffnungen der Fassade regulierbar ausgestaltet, beispielsweise durch elektrisch steuerbare Lüftungsklappen, so daß beispielsweise gesteuert werden kann, ob die im Lüftungskanal aufsteigende erhitzte Luft nach außen abgegeben oder in das Gebäudeinnere geleitet werden soll.
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Da der Lüftungskanal durch die Halterungen vertikal segmentiert ist, können Luftströme aus unterschiedlichen Segmenten an unterschiedliche Verbraucher geleitet werden. So kann beispielsweise die erhitzte Luft aus einem ersten Segment einer Wärmepumpe zugeführt werden, während die Luft aus einem zweiten Segment direkt in einen Teil des Gebäudes geleitet, oder die Luft aus einem dritten Segment nach außen abgegeben wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich im oberen Teil der Fassade, vorzugsweise direkt unter dem Dach des Gebäudes eine Klimaanlage oder eine Wärmepumpe, besonders bevorzugt eine Luft-Wasser- oder eine Luft-Luft-Wärmepumpe, die die im Lüftungskanal (2) aufsteigende warme Luft auf ein höheres Temperaturniveau anhebt, um damit das Gebäude beheizen zu können.
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Die Größe des Luftkanals steht in Abhängigkeit von benötigtem Volumenstrom, und kann durch den Fachmann entsprechend den baulichen Vorgaben dimensioniert werden. Typischerweise liegt die Größe des Luftkanals zwischen 5 cm und 40 cm.
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Die Dämmschicht (
4) besteht vorzugsweise aus einem dem Fachmann für Dämmzwecke geläufigen Material, oder auch aus einer Kombination solcher Materialien. Besonders bevorzugte Materialien, aus denen die Dämmschicht bestehen kann, sind ausgewählt unter Keramik, Schaumstoffen und Schaumglas. Erfindungsgemäß geeignete Schaumstoffe sind beispielsweise Extrudierter Polystyrol-Hartschaum (XPS), Expandiertes Polystyrol (EPS) sowie Polyurethan-Hartschaumstoffe (PIR/PUR). Die Dämmschicht kann auch dem Fachmann bekannte Dämmelemente enthalten, wie beispielsweise die in der
DE 10 2009 045 668 B3 oder der
EP 1 566 264 B2 beschriebenen, oder vollständig aus diesen aufgebaut sein.
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Das Wärmeleitblech (3) besteht erfindungsgemäß aus Metall, vorzugsweise aus eloxiertem Aluminium. Besonders bevorzugt sind die Halterungen (3) aus dem Wärmeleitblech geformt. In diese rippenartigen vertikal verlaufenden Strukturen können erfindungsgemäß Wärmerückgewinnungseinheiten eingebaut sein. Das Wärmeleitblech wird vorzugsweise mit geeigneten Dübeln (9) in Dämmschicht und Mauerwerk verankert. Ferner stellt das Wärmeleitblech ein Potenzialausgleichselement dar und wird entsprechend geerdet.
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Die Verbindung (10) des Photovoltaikmoduls (1) mit der Halterung (3) Dämmelementes erfolgt in dem Fachmann bekannter Weise, beispielsweise durch Kleben.
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Die Wärmerückgewinnungseinheiten sind erfindungsgemäß als Wärmespeicher, Wärmetauscher oder als kombiniertes Element aus Wärmespeicher und Wärmetauscher ausgebildet. Bevorzugt sind Latentwärmespeicher oder thermochemische Wärmespeicher.
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Die erfindungsgemäße Lüftungsfassade kann ausschließlich aus Photovoltaikmodulen bestehen, oder – in den Bereichen, in denen keine Photovoltaikmodule gewünscht sind – sonstige thermisch absorptionsfähige Fassadenplatten enthalten. Geeignete Fassadenplatten sind zum Beispiel Mineralwerkstoff- oder Glasplatten, vorzugsweise dunkel oder schwarz gefärbt.
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Erfindungsgemäß einsetzbar sind alle Photovoltaikmodule, die in einer Fassadenkonstruktion verbaut werden können, vorzugsweise Dünnschicht-Module (CdTe, CIGSSe, CIS, a-Si, µc-Si), besonders bevozugt CIS-basierte Dünnschichtmodule. Geeignet sind aber auch sonstige Photovoltaikmodule z. B. auf der Basis von mono- oder polykristallinem Silizium.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Lüftungsfassade einen Förmling (6) als zweite Dämmschicht sowie als Verbindungs- und Sicherungselement mit zusätzlicher Kabelkanalfunktion (8). Der Förmling gleicht als Verbindungselement die gegebenenfalls unterschiedlichen Abmessungen der Photovoltaikmodule oder anderen Absorptionsplatten aus. Er besteht vorzugsweise aus Brandhemmenden Materialien und kann außerdem zur Aufnahme der horizontalen Verkabelung der Photovoltaikmodule oder sonstiger Steuerungskabel dienen.
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Die Fassade selber ist rechteckig gerastert. Die Photovoltaikmodule sowie gegebenenfalls andere Fassadenelemente werden auf Profilrahmen zu einer Fassade montiert, wobei zwischen den einzelnen Bauelementen Zwischenräume verbleiben, die später mit Dichtungen versehen werden. Die elektrischen Leitungen werden in diese Zwischenräume geführt und können an nahezu beliebiger Stelle zur Raumseite der Fassade geführt werden.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein funktionales Dämmelement zum Aufbau einer erfindungsgemäßen funktionalen Lüftungsfassade, das ein Phovoltaikmodul (1) oder eine sonstige thermisch absorptionsfähige Fassadenplatte aufweist, wobei das erfindungsgemäße Dämmelement dazu bestimmt ist, an den Halterungen des Wärmeleitbleches befestigt zu werden. Die Befestigung des Dämmelementes erfolgt in dem Fachmann bekannter Weise, beispielsweise durch Kleben.
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Die erfindungsgemäße funktionale Lüftungsfassade ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch als Sanierungstool für vorhandene Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) einsetzbar. Vielfach sind diese vorhandenen WDVS-Systeme nämlich mit Wasser gesättigt bzw. durch Osmose geschädigt. Eine Entfernung stellt eine gewaltige Belastung für die Umwelt dar, da es sich um Kompositmaterialien handelt. Wird die erfindungsgemäße funktionale Lüftungsfassade als Sanierungstool eingesetzt, wird auf die Dämmschicht (4) verzichtet. Durch die Profilierung des Blechs entstehen zwei Lüftungskanäle. Der weitere Lüftungskanal wird zur Belüftung des mit Wasser gesättigten Dämmmaterials verwendet. Vorzugsweise wird das Dämmmaterial gelocht, um die Belüftung und somit die Trocknung zu verbessern.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.
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Verzeichnis der Abbildungen (Figuren):
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.: Grundriss der Lüftungsfassade
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.: Lüftungsfassade im Schnitt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Photovoltaikmodul
- 2
- Lüftungskanal
- 3
- Wärmeleitblech und Halterung
- 4
- Dämmschicht
- 5
- Mauerwerk
- 6
- Förmling als zweite Dämmschicht sowie als Verbindungs- u. Sicherungs element mit zusätzlicher Kabelkanalfunktion
- 7
- nicht vergeben
- 8
- Kabelführung
- 9
- Dübel
- 10
- Verbindung
- 11
- Anschlußdose
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009045668 B3 [0017]
- EP 1566264 B2 [0017]
