AT378599B

AT378599B - Auf einem dach angeordnete vorrichtung zur gewinnung von waerme

Info

Publication number: AT378599B
Application number: AT0119578A
Authority: AT
Inventors: Martin Dipl Ing Treberspurg
Original assignee: Martin Dipl Ing Treberspurg
Priority date: 1978-02-20
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1985-08-26
Also published as: ATA119578A

Description

Die Erfindung betrifft eine auf einem Dach angeordnete Vorrichtung zur Gewinnung von
Wärme durch Konzentrierung von Sonnenstrahlen mittels eines Spiegelsystems auf Absorber, deren
Rohre von einem Wärmeträgermedium durchflossen sind, wobei die Vorrichtung im wesentlichen eine Oberfläche in Form eines sägeförmigen Dauchaufbaus und zylindrische Spiegel aufweist, die in Ost-Westrichtung ausgerichtet sind.

In der Entwicklung neuer Energiequellen sind auch die Möglichkeiten der thermischen
Nutzung von Sonnenenergie für Heizung und Prozesswärme zu beachten. Zur Gewinnung von Sonnen- wärme werden Solarkollektoren und Konzentratoren verwendet. Neben der Funktionsweise von
Kollektoren und Konzentratoren ist eine sinnvolle Anbringung und Eingliederung dieser Geräte an Dächern und Aussenwänden von Gebäuden von Bedeutung.

Es ist bekannt, dass zur Gewinnung von Niedertemperaturwärme (30 bis 100 C) aus Sonnen- energie Flachkollektoren benötigt werden. Die Anbringung von Flachkollektoren an Dachflächen und Aussenwänden von Gebäuden ist problemlos und vielfach erprobt. Zur Gewinnung von Hoch- temperaturwärme (100 bis 3000 C) werden Konzentratoren benötigt, die die Sonnenstrahlen auf einen
Absorber konzentrieren, der die Sonnenenergie in Wärmeenergie umsetzt. Es sind viele Kon- zentrationssysteme bekannt, wie Spiegelsysteme (pyramidenförmige Spiegel, Trichter- und Seiten- spiegel, zylindrische Parabelspiegel, konische Spiegel, feste Paraboloidspiegel mit Heliostat, bewegliche Paraboloidspiegel, punkt- und linienfokusierende Spiegelfelder....) und Linsensysteme (DE-OS 2552092).

Die Anbringung von Flachkollektoren und Spiegel auf einem sägeförmigen Dach wird in US-PS Nr. 4, 020, 827 vorgeschlagen, wobei es sich hier um einen Flachkollektor mit Hilfsspiegeln, ein niedrigkonzentrierendes System mit einer maximal 2, 5fachen Konzentration des Sonnenlichtes für Niedertemperaturwärme, handelt.

Weiters sind Sheddachkonstruktionen mit Dachschalen als Zylinderschalen und HP-Schalen bekannt (FR-PS Nr. 2, 073, 630, DE-OS 1609508).

Eine Verbindung von Konzentrationssystemen mit Gebäudeteilen, wie grossflächige Hallendächer, ist sehr schwierig, da die Räumlichkeit des Konzentrationssystems, dessen Orientierung und dessen bewegliche Teile (die die Konzentrierung der Sonnenstrahlen bei verändertem Sonnenstand ermöglichen) berücksichtigt werden müssen und wurde bisher nicht zufriedenstellend gelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Konzentrationssystem, das Sonnenwärme in Temperaturbereichen von 100 bis 500 C, wie sie für Kühlung und Prozesswärme gebraucht wird, gewinnt, in ein wirtschaftliches Sheddachsystem in vorteilhafter Weise einzugliedern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einer Vorrichtung der eingangs angeführten Art dadurch gelöst, dass die Vorrichtung gemeinsam mit einem Sheddach, dessen nach Süden gerichtete Flächen von Schalen gebildet sind, die im wesentlichen konzentrisch zu den Flächen der zylyndrischen Spiegel liegen und den zugeordneten Spiegel tragen, angeordnet ist, wobei die nach Norden gerichteten Shedfenster die Schalen benachbarter Spiegel verbinden und dass der jeder der Schalen zugeordnete Absorber aus je einem Absorberrohr besteht, wobei Absorberrohr und zugehöriger Spiegel gegeneinander beweglich sind, so dass bei einem unbeweglich auf der Schale angeordneten Spiegel das Absorberrohr und bei einem auf der Schale unbeweglich angeordneten Absorberrohr in an sich bekannter Weise der Spiegel um die Rohrachse drehbar gelagert ist.

Vorteile dieser Konstruktion, die hauptsächlich im Industriebau Verwendung finden soll, sind die volle Ausnutzung der Dachfläche zur Gewinnung von Sonnenenergie bei gleichzeitiger blendungsfreier, gleichmässiger Belichtung durch die nach Norden orientierten Oberlichtbänder sowie die Verwendung einer selbsttragenden, wirtschaftlichen Dachschale als Träger- bzw.

Halterungsstruktur für den Sonnenkonzentrator. Weitere Vorteile ergeben sich durch eine wirtschaftliche, dezentrale Energieerzeugung ohne nachträgliche Übertragungs- und Umwandlungsverluste sowie eine positive Auswirkung auf das Kleinklima, durch die teilweise Absorption der Sonnenstrahlen und die Vermeidung von Aufheizung auch bei sehr grossen Dachflächen. Es können somit wertvolle Landflächen gespart werden, die sonst zur Aufstellung von Sonnenspiegeln nötig wären.

Der Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 ein im Sinne der Erfindung geeignetes Sheddachsystem, Fig. 2 einen zu Fig. l gehörenden
Längsschnitt und Fig. 3 einen zu Fig. 1 gehörenden Querschnitt, Fig. 4 den Querschnitt einer im
Sinne der Erfindung geeigneten Hyperboloid Schale und Fig. 5 den Querschnitt einer im Sinne der
Erfindung geeigneten Kreiszylinderschale, Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Schale mit einer i erfindungsgemässen Vorrichtung aus unbeweglichen Absorberrohr und beweglichem Spiegel, Fig. 7
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Massstab, Fig. 9 einen Querschnitt durch den Absorber samt Nachstelleinrichtung, Fig. 10 einen zu Fig. 9 gehörenden Längsschnitt, Fig. 11 einen weiteren Querschnitt durch das Absorberrohr,
Fig.

12 einen Querschnitt durch eine Schale mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung aus beweg- lichem Absorberrohr und beweglichem Spiegel, Fig. 13 einen Querschnitt durch eine andere Aus- führung des Absorbers, Fig. 14 einen Querschnitt eines Absorbers, ähnlich jenem aus Fig. 13, je- doch mit einer zusätzlichen Sammellinse ausgerüstet, Fig. 15 einen Längsschnitt durch eine Schale mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss Fig. 12 und 16 einen zu Fig. 15 gehörenden Quer- schnitt.

Es zeigt Fig. 1 das Sheddachsystem, das in wirtschaftlicher Weise nur aus selbsttragenden Schalen-1--, Hauptträgern-3-und Stützen-2-besteht. Das Bausystem ist Nord-Süd orientiert (Fertigteilachse Ost-West). Die nach Norden ausgerichteten Oberlichtbänder der Shed- fenster --4-- ermöglichen eine blendungsfreie Belichtung, die durch Reflexwirkung an der Schalen- unterschicht sehr gleichmässig ist.

Fig. 2 zeigt ausser dem zur Fig. 1 gehörenden Längsschnitt ein Diagramm der gleichmässigen
Tageslichtverteilung (Tageslichtquotient TQ zirka 20%).

Gemäss Fig. 3 kann die Schale --1-- mit einer Stichhöhe 8 ausgeführt sein.

In Fig. 4 ist die Schale --1-- als Hyperboloid (HP)-Schale aus Stahlbeton mit entlang der
Erzeugenden kreuzenden Vorspannbewehrung ausgeführt.

Fig. 5 zeigt eine entsprechende Schale --1--, die als Kreiszylinderschale aus Stahlbeton ausgebildet ist und aus statischen Gründen eine Randverstärkung --6-- und Zugbänder --7-- in bestimmten Abständen aufweist. Es sind auch Zylinderschalen mit Parabelquerschnitt aus Stahl- beton, Holz, Kunststoff und Metallblechen möglich.

Die Schale --1-- gemäss Fig. 6 ist mit unbeweglichem Absorberrohr --9--, beweglichen
Spiegeln --10-- und einem Nachstellmotor --16-- versehen.

Fig. 8 zeigt Details in grösserem Massstab mit der Schale --1-- mit Randverstärkung --6--, Zugband --7-- und Shedfenstern --4-- und einem unbeweglichen Absorber --9a-- bzw. Absorberrohr --9-- bzw. Absorber --9a--, das von einem dunkel gefärbten Wärmeträgermedium durchflossen ist, und einem um dieses drehbar gelagertes Halterungsrohr --12--, welches über Streben - mit dem, eine Parabelform aufweisenden Spiegel --10-- verbunden ist.

Fig. 9 zeigt den Absorber --9a-- samt Nachstelleinrichtung, bestehend aus Absorberrohr - und Halterungsrohr-12--, welches drehbar in Halterungsringen --13-- gelagert ist, die mit Halterungsstreben --14-- an der Schale --1-- befestigt sind. Ein Nachstellmotor --16-dreht über Zahnräder --17-- das Halterungsrohr --12--.

Fig. 11 zeigt den Absorber --9a--, bestehend aus Absorberrohr --9--, Halterungsrohr --12-- mit Streben --11-- und einer dem Spiegel zugekehrten, transparent abgedeckten Scheibe --12b--, hinter der ein Sekundärreflektor --12a-- mit zylindrischem Parabelquerschnitt liegt. Das unbewegliche Absorberrohr --9-- wird in dem drehbar gelagerten Halterungsrohr --12-- durch eine drehbare Lagerung --18-- gehalten. Ein Sonnensensor --15-- ist auf dem Halterungsrohr - angebracht.

Gemäss Fig. 12 hat Schale --1-- mit Shedfenster --4-- einen beweglichen Absorber--20--, der im Brennbereich --21--, der entlang einer Kreisbahn, die einen Teil der Oberfläche eines Kreiszylinders --22-- bildet, nachgeführt wird, und aus einem unbeweglichen Spiegel - -19--, der aus Spiegelstreifen --29--, die fest auf der Schale z. B. auf einer Wärmedämmschicht (PU-Fertigteil) angebracht sind, zusammengesetzt wird. Der Spiegel --19 -- weist eine durch die Längsachse des Kreiszylinders --22-- gehende Symmetrieebene --31-- und eine senkrecht dazu liegende Normalebene --30--auf. Die Symmetrieebene ist in einem von der geographischen Breite abhängigen Winkel zum Äquator geneigt.

Fig. 13 zeigt einen Absorber-20-, bestehend aus Absorberrohr --23--, umgeben von einer hochtemperaturbeständigen Wärme isolierung --24-- und transparenter Frontisolierung aus einem Vakuumrohr --25--. Ein U-Profil --26-- gibt dem Absorber --20-- die nötige Festigkeit. Durch einen Sekundärreflektor --27 -- in Form eines zusammengesetzten Parabelspiegels wird die Sonnenstrahlung für alle in einem Winkel von 630 auftretenden Strahlen konzentriert (sec = 2, 0).

Gemäss Fig. 14 ist ein Absorber, ähnlich wie in Fig. 13 hergestellt, zusätzlich mit einer Sammellinse --28-- versehen, die eine weitere Konzentration (cert = 2, 6) ermöglicht.

Fig. 15 zeigt eine Schale --1--, wobei eine Sonnennachlaufsteuerung den Absorber-20durch Halterungen --32-- und Steuerstangen --33-- und einem Nachstellmotor --34-- entlang einer Kreisbahn --22-- nachführt.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Auf einem Dach angeordnete Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme durch Konzentrierung von Sonnenstrahlen mittels eines Spiegelsystems auf Absorber, deren Rohre von einem Wärmeträgermedium durchflossen sind, wobei die Vorrichtung im wesentlichen eine Oberfläche in Form eines sägeförmigen Dachaufbaus und zylindrischem Spiegel aufweist, die in Ost-Westrichtung ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung gemeinsam mit einem Sheddach, dessen nach Süden gerichtete Flächen von Schalen (1) gebildet sind, die im wesentlichen konzentrisch zu den Flächen der zylindrischen Spiegel (10,19) liegen und den zugeordneten Spiegel (10,19) tragen, angeordnet ist, wobei die nach Norden gerichteten Shedfenster (4) die Schalen (1) benachbarter Spiegel (10,19) verbinden und dass der,

jeder der Schalen (1) zugeordnete Absorber (9a, 20) aus je einem Absorberrohr (9,23) besteht, wobei Absorberrohr (9,23) und
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angeordneten Absorberrohr (9) in an sich bekannter Weise der Spiegel (10) um die Rohrachse drehbar gelagert ist.

Claims

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das unbewegliche Absorberrohr (9) in einem kreiszylindrischen Halterungsrohr (12), das längs eines, dem Spiegel (10) zugekehrten Abschnittes transparent ausgebildet ist, liegt, wobei der eine Parabelform aufweisende Spiegel (10) über Streben (11) mit dem Halterungsrohr (12) verbunden ist und das Halterungsrohr (12) in Halterungsringen (13), die über Halterungsstreben (14) mit der Schale (1) verbunden sind, drehbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (19), der aus verschieden geneigten ebenen Spiegelstreifen (29) besteht, deren Längsachsen Erzeugende eines sich in Ost-Westrichtung erstreckenden Kreiszylinders (22) mit einer durch die Längsachse des Kreiszylinders (22) gehenden Symmetrieebene (31) des Spiegels (19) und einer senkrecht dazu liegenden Normalebene (30) sind, wobei die Neigung der Spiegelstreifen (29) zur Normalebene (30) ein Viertel jenes Winkels beträgt, der zwischen der durch die Achse des Kreiszylinders (22) und der Achse des entsprechenden Spiegelstreifens (29) gebildeten Ebene und der Symmetrieebene (31) liegt und dass die Spiegelstreifen (29) fest auf der als Trägerschale dienenden Schale (1) angebracht sind und der Absorber (20) entlang einer Kreisbahn, die dem Brennbereich (21)

der ebenen Spiegelstreifen (29) nachgeführt ist und einen Teil der Oberfläche des Kreiszylinders (22) bildet und einen zusammengesetzten Parabelspiegel als Sekundärreflektor (27) beim Absorberrohr (23) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt im Halterungsrohr (12) durch eine Scheibe (12b) abgedeckt ist, hinter der ein Sekundärreflektor (12a) mit zylindrischen Parabelquerschnitt liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (20) einen <Desc/Clms Page number 4> trichterförmigen Sekundärreflektor (27) in der Form eines zusammengesetzten Parabelspiegels und eine Sammellinse (28) aufweist, die das dem Absorberrohr (23) zugekehrte Ende des Sekundärreflektors (27) abschliesst.