DE3600027A1 - Building for the partial-maximum reception of solar energy radiation with synchronous-optimum insolation and maximum insolation over parts of the wall surface - Google Patents
Building for the partial-maximum reception of solar energy radiation with synchronous-optimum insolation and maximum insolation over parts of the wall surfaceInfo
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Abstract
Description
Ausführungsbeispiele zur Ausbildung und zur Verbesserung der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigenExamples of training and improvement the invention are illustrated in the drawings and are described in more detail below. Show it
Fig. 1b pa-ma-re-sol-Gebäude (Grundriß) mit - teilweise oder gesamt - transparenter bzw. transluzenter oder/und opaker Dämmung zur Erwärmung und Speicherung solarer Energie in den Außenwänden a (Dämmung gestrichelt dargestellt, sämtliche Öffnungen und die Wandstärke von a vernachlässigt). Bei dieser Gestaltung entfällt natürlich der Vorteil der synchronen Insolation. Unter bestimmten Voraussetzungen können aber die Wintergärten c bzw. die Fronten c 1 zusätzlich verwendet werden Fig. 1b pa-ma-re-sol building (floor plan) with - partially or completely - transparent or translucent and / or opaque insulation for heating and storing solar energy in the outer walls a (insulation shown in dashed lines, all openings and the wall thickness neglected by a ). With this design, of course, there is no advantage of synchronous insulation. Under certain conditions, however, the winter gardens c or the fronts c 1 can also be used
Fig. 1c die synchrone Insolation (Pfeile) auf a und A und c (sämtliche Öffnungen sowie Wandstärke vernachlässigt); in der dargestellten Situation die allgemeine Reflexion über die Antipodenfront c 1 des westlichen Wintergartens c, zeitversetzt am Nachmittag über c 1 des östlichen c dann ebenso; Verhältnis von c 1 zu a ungefähr gleich; die Heizung H (als wirkliche Zentral- Heizung) erwärmt, neben direkter Leitung, über die Wände die angrenzenden Räume FIG. 1c synchronous insolation (arrows) to a, and A and C (all the openings and wall thickness neglected); in the situation shown, the general reflection on the antipode front c 1 of the western winter garden c , then staggered in the afternoon on c 1 of the eastern c as well; Ratio of c 1 to a approximately equal; the heating H (as a real central heating) heats, in addition to direct conduction, the adjacent rooms via the walls
Fig. 1d pa-ma-re-sol-Gebäude (Grundriß), die vertikalen Raumumschließungsflächen haben folgende Längen (z. B.): 26 m besonnte Flächen, 10,9 m unbesonnte Flächen Fig. 1d pa-ma-re-sol building (floor plan), the vertical space enclosing areas have the following lengths (e.g.): 26 m of sunbathed areas, 10.9 m of unsunbound areas
Fig. 1e die zentriert-gesteuerte Reflexion über k auf mehrere Bereiche, z. B. a 1 (wofür auch T stehen kann), sowie auf einen Bereich, z. B. T (wofür auch a 1 stehen kann), zeitversetzte Darstellung; T mit günstigerer Bestrahlungsfläche (Draufsicht); die Größen der jeweiligen Brennweiten und Brennpunkte müssen u. a. über die Gestaltung der Reflektoren sowohl aus energieeffizienter als auch aus bauphysikalischer Sicht beachtet und bestimmt werden. Fig. 1e the center-controlled reflection over k on several areas, for. B. a 1 (which can also stand for T ), as well as on an area, for. B. T (which can also stand for a 1 ), time-shifted representation; T with more favorable irradiation area (top view); the sizes of the respective focal lengths and focal points must be observed and determined, among other things, via the design of the reflectors from an energy-efficient as well as from a building physics point of view.
Fig. 4c pa-ma-re-sol-Gebäude auf Drehscheibe D in, die solare Einstrahlung seitlich aufnehmender Position Fig. 4c pa-ma-re-sol building on turntable D in, the solar radiation laterally receiving position
Fig. 5e-f weitere Gestaltungsmöglichkeiten der Wintergärten c, (Grundriß) Fig. 5e f c further design possibilities of conservatories, (plan)
Fig. 7b pa-ma-re-sol-Gebäude, D 1 Dachterrasse, die, neben einer Begrünung, auch zu solarer Energienutzung durch Aufstellung bzw. Einbau passiver oder/und aktiver Solartechnik, thermischer oder/und photovoltaischer oder/und ähnlicher Art dienen kann; die transparenten Abdeckungen G, die Antipodenfronten c 1, kleine Seite A Fig. 7b pa-ma-re-sol building, D 1 roof terrace, which, in addition to greening, also serve to use solar energy by installing or installing passive or / and active solar technology, thermal or / and photovoltaic or / and similar can; the transparent covers G , the antipode fronts c 1 , small side A
Fig. 9g Reflexionswagen k, auf den die Reflexionsschirme V montiert sind, und somit eine größere Reflexionsfläche und die Möglichkeit der Aufstellung weiterer Reflexionsflächen (z. B. V oder R 1) vor oder auf k erreicht wird, Außenwand a, (Querschnitt), k und seine Reflexionsflächen, einschließlich der fokussierenden, sollten aus leichtem Material bestehen, um den Energieverbrauch für seine Steuerung niedrig zu halten; hier kann z. B. die photovoltaische Solartechnik (Dachterrasse D 1) genutzt werden Fig. 9g reflection car k to which the reflection umbrellas V are mounted, and thus a larger reflecting surface and the possibility of formation of further reflection faces (z. B. V or R 1) k is achieved before or on the outer wall a, (cross section), k and its reflecting surfaces, including the focussing ones, should be made of lightweight material to keep energy consumption low for its control; here z. B. the photovoltaic solar technology (roof terrace D 1 ) can be used
Fig. 9f drehbare Strahlungswand T mit größerer Bestrahlungsfläche und günstigerem Einfallwinkel bei zentriert-gesteuerter Reflexion, Außenwand a (Abstände zu T vergröbert dargestellt), Innenraum i (Draufsicht) Fig. 9f rotatable radiant wall T with a larger irradiation area and a more favorable angle of incidence at centered-controlled reflection, outer wall (shown coarsened distances to T) a, the interior i (top view)
Fig. 9ff um u. a. einen seitlichen Wärmeabfluß einzuschränken, kann T in einen Rahmen T 2 wärmedämmenden Materials g (z. B. Gasbeton) gesetzt werden; die Dehnungsfugen zwischen T und dem Rahmen können mit entsprechendem Material s, z. B. Steinwolle, gefüllt werden, dadurch entfällt der Ausdehnungsraum zwischen a und T (Draufsicht) Fig. 9ff to, inter alia, to restrict a lateral heat flow, T (as gas concrete z.), In a frame T 2 g insulating material are set; the expansion joints between T and the frame can s , z. B. rock wool, are filled, thereby eliminating the expansion space between a and T (top view)
Fig. 9h Reflexionsrollo R 2 (Draufsicht); um dem jeweiligen Sonnenstand folgen und einen jeweils günstigen Reflexionswinkel erzielen zu können, ist R 2 in der Aufhängung U, die an c 1 und evt. a befestigt wird, schwenkbar; Achse q ebenfalls an c 1 befestigt (veränderte Position von R 2 gestrichelt dargestellt) Fig. 9h reflection roller blind R 2 (top view); In order to follow the respective position of the sun and to be able to achieve a favorable reflection angle, R 2 is pivotable in the suspension U , which is attached to c 1 and possibly a ; Axis q also attached to c 1 (changed position of R 2 shown in dashed lines)
Fig. 11 Beschattungstabelle für Antipodenfronten, Beispiel: am 12. Dezember um 8.45 Uhr an einem Ort 50° NB wird die Antipodenfront eines Gebäudes mit einem Gebäudewinkel von 90° zu 70% beschattet, die eines Gebäudes mit einem Gebäudewinkel von 55° nur noch zu 5%; weitere Daten werden nachgereicht Fig. 11 Shading table for antipode fronts, example: on December 12th at 8.45 a.m. at a location 50 ° NB, the antipode front of a building with a building angle of 90 ° is shaded to 70%, that of a building with a building angle of 55 ° only to 5%; further data will be submitted later
Fig. 12 Verkürzung der Gebäudebreite um X Differenz (kurze Strichelung), Streckung in der Tiefe (punktierte Linie), Erzielung eines günstigeren Reflexionswinkels von c 1, vorher 70° nachher 56° (lange Strichelung) Fig. 12 Shortening the width of the building by X difference (short dash), stretching in depth (dotted line), achieving a more favorable reflection angle of c 1 , previously 70 ° after 56 ° (long dash)
Fig. 13 weiteres Beispiel, daß die Außenwand a auch mit mehreren Gebäudewinkeln erstellt werden kann, ebenso c 1 Fig. 13 Another example is that the outer wall may be a building with several angles created, as well as c 1
Claims (5)
- I. Schaffung einer fassaden- bzw. wandflächenanteilig
größtmöglichen Solarenergieaufnahmefläche bei gleichzeitiger
optimaler Reduzierung der im gesamten nördlichen,
also auch nordwestlichen und nordöstlichen, Bereich liegenden
Fassadenflächen (von dahinterliegenden Räumen mit
jeweils baugesetzlicher Geschoßhöhe von Wohn-, Gewerbe-,
Verwaltungsbauten etc.). Hierbei erzielt das pa-ma-re-sol-
Gebäude z. B. eine Senkung des nördlichen Fassaden-Anteils
auf unter zwei Fünftel der gesamten Fassaden- bzw. Wandfläche
des Baukörpers sowie eine Steigerung des für solare
Energieaufnahme verbleibenden, nun vorwiegend südlich ausgerichteten
Fassaden- bzw. Wandanteils auf über drei
Fünftel der entsprechenden Gesamtfläche (Fig. 1b u. 1c),
oder/und erreicht bei einem weiteren Beispiel eine Senkung
des nördlichen Fassaden-Anteils auf unter ein Drittel der
entsprechenden Gesamtfläche, so daß nun das Verhältnis
südlicher bzw. effektiv besonnter zu nördlichen bzw. unbesonnten
Flächen mindestens 2,1 : 1 beträgt (Fig. 1d).
Dies ist insbesondere während der Heizperiode, aber auch
an allen kalten Tagen jeder Jahreszeit von maßgeblicher
Bedeutung. Auch bei nicht augenscheinlicher direkter
Sonnenstrahlung (Sonnenschein), sondern diffuser bzw.
globaler Strahlung, wird bei vornehmlich südlicher
Ausrichtung und entsprechender Ausführung eines Gebäudes
solarer Energiegewinn möglich.
Bei dem pa-ma-re-sol-Gebäude kann die Fassadenfläche
auch - teilweise oder gesamt - mit einer transparenten
bzw. transluzenten oder/und ggf. opaken Dämmung versehen
werden, Fig. 1b.
Bei Fig. 1c wird die Dämmung nicht direkt auf die Außenwände
aufgebracht, sondern wird in bestimmtem Abstand
zu ihnen, z. B. bei Raumgewinn eines Wintergartens c und
z. B. unter Hinzufügung einer Leichtbaukonstruktion, zu
Antipodenfronten c 1, die u. a. als Reflexionsflächen
fungieren bzw. fungieren können, wobei sie - durch die
Aggregate k, R 2 usw. ermöglicht - sowohl transparent
als auch opak (oder beides) gestaltet werden können.
Ebenso kann z. B. das Modell der zweischaligen Bauweise
verwendet werden, indem die Außenwand a die eine Schale
und die Antipodenfront c 1 die andere, dünnere Schale
mit Dämmung darstellen. Ähnliches kann für die Pufferzone
d gelten. Andere Materialien, wie z. B. Hohlbausteine
mit impliziter Dämmung, und andere Konstruktionen
sind ebenfalls einsetzbar. Die Heizung H stellt
eine wirkliche Zentral-Heizung dar.
Die seitlichen Außenwände a werden in ihrer Stellung
nach den solaren Gegebenheiten, insbesondere den Azimut
betreffend, ausgerichtet, wobei sowohl die direkte als
auch die reflektierte und synchrone Insolation und nicht
zuletzt die räumliche und die standortbedingte Komponente,
berücksichtigt werden. Das wird in der Regel einen Gebäudewinkel,
der an der Spannseite d 1 gemessen wird, von
mehr oder weniger 60° ergeben. D. h., daß ebenso auch ein
Gebäudewinkel z. B. 35° oder weniger, bzw. z. B. 85° oder
mehr betragen kann, einschließlich der dazwischen liegenden
Winkelgrößen. Das Gleiche gilt für die Antipodenfronten
c 1 (z. B. Wintergartenfronten); sie und ihre entsprechenden
Winkelgrößen haben - u. a. in ihrer ganz bestimmten,
winkelartigen Konstellation zu den Außenwänden a
und solartechnisch hinsichtlich der Reflexion bzw. evtl.
Speicherung - große Bedeutung. Die Außenwände a können
auch mit mehreren Gebäudewinkeln erstellt werden, z. B.
Fig. 12 und 13. Ebenso c bzw. c 1.
Das jeweilige Verhältnis der Antipodenfronten c 1 zu den
Außenwänden a kann
c 1 = a
c 1 ≦ωτ a
c 1 ≦λτ a betragen.Die transparenten Flächen des pa-ma-re-sol-Gebäudes sowie insbesondere a 1 und T sollten wegen des möglichen nächtlichen Energieverlustes eine temporäre Wärmedämmung erhalten. Bei der Solarenergienutzung über die allgemeine Reflexion sollten die Innenwände der Antipodenfronten (z. B. c 1) und die Fußbodenflächen von c mit gut reflektierenden Schichten (z. B. entsprechenden Farben, Fliesen, Putz, evt. Rollo usw.) versehen werden. Bei der Nutzung über die gesteuerte oder/und zentriertgesteuerte Reflexion kann c 1 und der Boden von c zur Speicherung genutzt werden. Auf Seite 9 Zeile 18 der Hauptanmeldung wurde durch einen Übertragungsfehler ein Gebäudewinkel mit 59° angegeben; richtig muß es 50° heißen. Die auf der gleichen Seite genannten Beispiele betreffen die effektivste Solarstrahlung. Die allgemeine solare Energienutzung setzt wesentlich früher ein. Sogar noch im ersten Drittel des Monats Dezember (50° NB) ist eine Nutzung ab ca. 8.45 Uhr möglich; sukzessive frühzeitiger kann sie in den nachfolgenden Monaten erfolgen, insbesondere durch die auf ein Zentrum, z. B. a 1 oder/und T, gelenkte, zentriert-gesteuerte bzw. fokussierende Reflexion, die u. a. größere Fenster- bzw. Türelemente, Leichtbau-Konstruktionen, Fertigteilbau usw. gestattet und zusätzlich den dunkel gehaltenen Wandanteil drastisch reduziert, Fig. 1e. - II. Erzielung einer zeitgleich so langdauernd wie möglich, und so großflächig wie möglich, bewirkten, und somit größtmöglichen synchronen Insolation des Baukörpers, u. a. erreicht durch die südliche Verjüngung in Grundriß und (z. T.) Schnitt, die allgemeine Reflexion über die Antipodenfronten c 1, z. B. die reflektierenden Wintergartenfronten oder/und Wintergartenböden oder/und die Aggregate, z. B. Reflexionswagen k. Hierdurch erhält jede der beiden Außenwände a an einem Tag eine zweimalige solare Bestrahlung; einmal direkt, - wobei die schräg gestellten Südost- und Südwestfassaden einen guten Einfallswinkel gewährleisten, ein weiteres Mal reflektiert. Letzteres sogar, bei Verwendung von z. B. k, der eine perfekte Nachführung des jeweiligen solaren Azimuts und der Altitude ermöglicht, mit optimalem, weil steuerbaren Reflektionswinkel. Bei konventionellen Bauten mit ihren vorwiegend quadratischen bzw. rechtwinkeligen Formen wird insbesondere in winterlicher Jahreszeit bestenfalls die Südfassade erwärmt; die drei weiteren Fassaden erhalten entweder gar keine oder unwesentliche, weil einfallwinkelmäßig ungünstige Insolation. Auch dann, wenn experimentell einem rechtwinkeligen Gebäude, dessen Ost/West-Fassaden parallel zur Nord-Süd- Richtung stehen, zum Schutz und zur Solarenergiegewinnung Antipodenfronten, z. B. Wintergartenfronten c 1, gleichermaßen zugeordnet werden, fällt der Vergleich zum pa-ma- re-sol-Gebäude, z. B. Fig. 7b, mehr als ungünstig aus. Während z. B. am 11. November um 8.30 Uhr an einem Ort 50° NB die zur allgemeinen Reflexion bestimmte Antipodenfront c 1 des konventionellen Hauses (mit 90° Gebäudewinkel) zu ca. 75% beschattet ist, befindet sich auf der Antipodenfront c 1 eines pa-ma-re-sol-Gebäudes (mit z. B. 60° Gebäudewinkel) eine Beschattung von nur noch ca. 15%. Spätestens eine Stunde danach ist hier die gesamte Reflexionsfläche ohne Schatten, die des Vergleichs- Gebäudes jedoch noch mit ca. 57% beschattet, Fig. 11, (Antipodenfronten und Fassaden mit jeweils gleicher Seitenlänge bzw. gleicher Geschoßhöhe), Gegenüber bisheriger Bauweise wird mit dem pa-ma-re-sol- Gebäude weit mehr als die Verdoppelung solarer Rezeption bzw. solarer Energienutzung erzielt (Fig. 1c). Alle bisher angeführten und nachfolgenden Ansprüche dieser und der Hauptanmeldung werden auch für die Herstellung oder/und Verwendung - auch einzelner Aggregate - in oder außerhalb anderer Gebäude, Raumumschließungen etc. oder/ und zu ähnlichen oder anderen Zwecken, erhoben.
- I. Creation of the largest possible solar energy absorption area in terms of facade or wall area, while at the same time optimally reducing the facade areas located in the entire northern, i.e. also northwest and northeast, area (from the rooms behind, each with a legal storey height of residential, commercial, administration buildings, etc.). The pa-ma-re-sol building achieves z. B. A reduction in the northern facade share to less than two fifths of the total facade or wall area of the building and an increase in the remaining facade or wall share for solar energy consumption, now predominantly south-facing, to over three fifths of the corresponding total area ( Fig. 1b and 1c), or / and, in a further example, the northern facade share is reduced to less than a third of the corresponding total area, so that the ratio of southern or effectively sunbathed to northern or sunless areas is at least 2.1: Is 1 ( Fig. 1d). This is particularly important during the heating season, but also on all cold days of every season. Even if there is no apparent direct solar radiation (sunshine), but diffuse or global radiation, solar energy gain is possible if the building is oriented mainly to the south and if a building is designed accordingly. In the pa-ma-re-sol building, the facade surface can also be provided - partially or entirely - with transparent or translucent or / and possibly opaque insulation, Fig. 1b. In Fig. 1c, the insulation is not applied directly to the outer walls, but is at a certain distance from them, for. B. when gaining space in a conservatory c and z. B. with the addition of a lightweight construction, to antipode fronts c 1 , which, among other things, can function or act as reflection surfaces, whereby - made possible by the aggregates k , R 2 , etc. - can be made both transparent and opaque (or both). Likewise, e.g. B. the model of the two-shell construction can be used by the outer wall a the one shell and the antipode front c 1 represent the other, thinner shell with insulation. The same can apply to the buffer zone d . Other materials such as B. hollow blocks with implicit insulation, and other constructions can also be used. The heating H represents a real central heating. The position of the lateral outer walls a is aligned with the solar conditions, in particular with regard to the azimuth, the direct as well as the reflected and synchronous insulation and last but not least the spatial and location-related Component. This will usually result in a building angle, measured on the tension side d 1 , of more or less 60 °. That means that a building angle z. B. 35 ° or less, or z. B. can be 85 ° or more, including the intermediate angle sizes. The same applies to the antipode fronts c 1 (e.g. conservatory fronts); they and their corresponding angular sizes are of great importance - among other things in their very specific, angular constellation to the outer walls a and in terms of solar technology with regard to reflection and possibly storage. The outer walls a can also be created with several building angles, e.g. B. FIGS. 12 and 13. Similarly, c and c is 1. The respective ratio of the antipode fronts c 1 to the outer walls a can be c 1 = a
c 1 ≦ ωτ a
c 1 ≦ λτ a . The transparent surfaces of the pa-ma-re-sol building and in particular a 1 and T should be given temporary thermal insulation due to the possible loss of energy at night. When using solar energy via general reflection, the inner walls of the antipode fronts (e.g. c 1 ) and the floor surfaces of c should be provided with well reflecting layers (e.g. appropriate colors, tiles, plaster, possibly roller blinds, etc.). When using the controlled and / or center-controlled reflection, c 1 and the bottom of c can be used for storage. On page 9, line 18 of the main application, a building angle of 59 ° was specified due to a transmission error; correctly it should be 50 °. The examples given on the same page concern the most effective solar radiation. The general use of solar energy begins much earlier. Even in the first third of December (50 ° NB), use is possible from around 8.45 a.m. It can be carried out successively earlier in the following months, in particular by moving to a center, e.g. B. a 1 or / and T , directed, center-controlled or focusing reflection, which, among other things, allows larger window or door elements, lightweight construction, prefabricated construction, etc. and also drastically reduces the dark wall portion, Fig. 1e. - II. Achieving a simultaneous as long as possible, and as large a surface as possible, and thus the greatest possible synchronous insulation of the building, achieved among other things by the southern taper in plan and (partly) section, the general reflection on the antipode fronts c 1 , e.g. B. the reflective conservatory fronts and / or conservatory floors and / or the aggregates, for. B. reflection car k . As a result, each of the two outer walls a receives a double solar irradiation on one day; once directly, - whereby the slanted south-east and south-west facades guarantee a good angle of incidence, reflected again. The latter even when using z. B. k , which enables a perfect tracking of the respective solar azimuth and the altitude, with an optimal, because controllable reflection angle. In conventional buildings with their predominantly square or right-angled shapes, the south facade is heated at best, especially in the winter season; the three other facades either receive no or insignificant insolation because of the angle of incidence. Even if experimentally a rectangular building, the east / west facades of which are parallel to the north-south direction, for protection and solar energy generation antipode fronts, e.g. B. winter garden fronts c 1 , are equally assigned, the comparison to the pa-mare-sol building, z. B. Fig. 7b, more than unfavorable. During e.g. B. on 11 November at 8.30 a.m. at a location 50 ° NB the antipode front c 1 of the conventional house intended for general reflection (with a 90 ° building angle) is shaded by approx. 75%, is located on the antipode front c 1 of a ma-re-sol building (with e.g. 60 ° building angle) shading of only approx. 15%. At the latest an hour later, the entire reflection surface is without shadow, but that of the comparison building is still shaded with approx. 57%, Fig. 11, (antipode fronts and facades each with the same side length or same floor height) pa-ma-re-sol- building achieves far more than doubling solar reception or solar energy use ( Fig. 1c). All previous and subsequent claims of this and the main application are also raised for the manufacture or / and use - including individual units - in or outside other buildings, room enclosures etc. or / and for similar or other purposes.
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