CH601751A5 - Flat solar energy collector for water heating - Google Patents

Description

  
 



   Die Erfindung betrifft einen Flachkollektor zum Heizen eines flüssigen Mediums oder Luft mittels Sonnenenergie, mit mindestens einer Kunststoffwand, einer Absorberfläche, einer Flüssigkeitszuleitung, mit Abschlüssen.



   Es sind Flachkollektoren bekannt geworden, welche Sonnenenergie unter einer verglasten Kollektoroberfläche absorbieren und diese an das zu erwärmende Wasser übertragen.



  Diese an sich brauchbare Lösung hat jedoch noch Nachteile.



  Eine einzelne Glasscheibe absorbiert und reflektiert etwa   10%    der einfallenden Sonnenstrahlung. Bei flachem Auftreten der Strahlung beträgt die Reflexion bis über   90 %.   



   Zwei Glasscheiben vor der Absorberfläche des Kollektors montiert sind scheinbar vorteilhaft, weil die Wärmekonvektion an der Absorberfläche vermindert wird. Jedoch wird die Reflexion auf   20%    und mehr erhöht und damit der Wirkungsgrad des Kollektors herabgesetzt.



   Es liegen aber noch andere Nachteile vor:
1. die Glasscheiben können durch den Knall von Über  schallflugzeugen,    durch Steinwurf oder Hagel zerstört werden,
2. sie können infolge Reflexion höchst unangenehm blenden, und ein Grossteil des Publikums findet verglaste schwarze Flächen hässlich,
3. die Ausrüstung bestehender Häuser mit solchen Kollektoren ist kostspielig,
4. bei Frost gefrierendes Wasser führt zu Frostschaden,
5. bei Verwendung von Frostschutzmitteln können diese ins Trinkwasser lecken.



   Es ist Ziel der Erfindung, diesen verschiedenen Nachteilen entgegenzuwirken und einen kostengünstigeren sowie zweckmässigeren Flachkollektor vorzuschlagen.



   Dies wird dadurch erreicht, dass zusätzlich noch mindestens eine Luftzuleitung und mindestens eine Luftableitung vorgesehen sind, dass ferner der Abstand zwischen der Absorberfläche und der Kunststoffwand mindestens 2 cm beträgt und dass der Innenraum des Flachkollektors, in welchem das zu heizende Medium zirkuliert, gegen Aussenluft abgeschlossen ist, das Ganze derart eingerichtet, dass sowohl Flüssigkeit als auch Luft erwärmt werden können.



   An Hand der folgenden Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise näher erläutert.



   Es zeigen:
Fig. 1 einen waagrechten Schnitt durch einen Kollektor nach der Linie   II-II    in Fig. 3,
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Kollektor nach der Linie I-I in Fig. 1,
Fig. 3 eine Teilansicht des Kollektors,
Fig. 4 eine Schwimmbad- und Hausheizung.



   Mit Flachkollektor bezeichnet man einen Kollektor, der Sonnenstrahlung lediglich absorbiert. Er bündelt oder konzentriert die Sonnenstrahlung nicht. Ein Flachkollektor kann jedoch eine unebene Oberfläche aufweisen oder er kann auch gebogen sein.



   In Fig. 1 ist ein waagrechter Schnitt durch einen Flachkollektor gezeigt, wobei 1 eine Absorberfläche, durch Profilierung 2 versteift, darstellt. Die Profilierung ist in Fig. 2 im Schnitt ersichtlich (1,2). Die der Sonne zugewandte Absorberoberfläche ist mit einer Schicht 3 versehen, welche Sonnenstrahlung besonders gut absorbiert. Die Absorberfläche absorbiert sowohl sichtbares Licht wie auch Wärmestrahlung. Die Absorberfläche kann aus bandverzinktem Stahlblech oder aus Aluminiumblech bestehen. Hinter der Absorberfläche 1, der Sonne abgewandt, ist eine Wärmeisolation 4 angeordnet. Der Luftzwischenraum 5 dient ebenfalls der Wärmeisolation. Im Abstand von 2 bis 12 cm ist der Absorberfläche 1 eine Glaswand 6 vorgeordnet. Die Glaswand 6 besteht aus lose eingeschobenen Glastafeln die durch Distanzhalter 8 oder durch Schaumstoffstreifen 8' in der richtigen Position gehalten werden.

   Die Schaumstoffstreifen 8' sind in der ganzen Länge der Abschlüsse 16 und 17 eingelegt und befestigt. Vor der Glaswand 6 ist eine Kunststoffwand 9 angeordnet. Sie weist aus der Ebene hervorragende Rippen 9' auf, welche als Versteifung dienen. Der Luftraum 10 zwischen Glaswand und der Kunststoffwand 9 wirkt als Wärmeisolation. Die vorstehend beschriebenen Wände 1,4,6,9 sind von zwei Seitenwänden 11 und 12 eingefasst. Diese können zwecks Zu- und Ableitung von Luft, die erwärmt werden soll, mit Oeffnungen und Anschluss-Stutzen versehen sein. Diese Luft soll im Zwischenraum 7 fliessen.



   In Fig. 2 ist der Kollektor im senkrechten Schnitt nach Linie I-I in Fig. 1 gezeigt. Es sind das Absorberblech 1, die Wärmeisolation 4, der Luftzwischenraum 7, die Glaswand 6 und die Kunststoffwand 9 mit Rippen 9' zu erkennen. Die Distanzhalter 8' und 8" halten die Glaswand 6 in der vorgesehenen Position. Das Blech 13 dient einerseits als Distanzhalter für die Glaswand 6 und andererseits als Schikane oder Luftleitblech, welches den Luftzwischenraum 7 in eine obere Kammer 14 und eine untere Kammer 15 unterteilt. Der Kollektor ist oben und unten mit einem Abschlussblech 16 und 17 abgeschlossen.



  Der Kanal 8 sammelt das am Absorberblech 1 erwärmte Wasser. Er dient gleichzeitig als Distanzhalter für die Glaswand 6, wobei diese innen am Kanal 8 anliegt und die Kunststoffwand aussen am Kanal.



   Die Kunststoffwand 9 schützt das Glas vor Steinwurf etc.



   Die Ausdrücke  vorn  und  rückseitig  beziehen sich jeweils auf die der Sonne zu- und respektive abgewandten Flächen. Im obersten Teil des Kollektors ist eine Wasserzuleitung 18 mit unten angeordneten Löchern zum Berieseln der Absorberfläche 1 vorgesehen. Die Löcher sind derart angeordnet, dass die Absorberfläche 1 gleichmässig berieselt wird ohne dass die Glaswand 6 wesentlich benetzt wird. Das Blech 13 ist mit Zwischenlagen von etwa 1 mm Dicke an das Absorberblech 1 angenietet, so dass das herabrieselnde Wasser weiterfliessen kann bis es sich unten im Kanal 8 sammelt und durch eine Ableitung 19 fortgeführt wird.



   In Fig. 3 ist der Kollektor in Ansicht von der Sonnenseite her gezeigt. Die senkrechten Rippen   9    der Kunststoffwand 9 sind ersichtlich, umrandet von den Abschlussblechen 11, 12, 16, 17. Diese können in einer passenden Komplementärfarbe gestrichen sein. Beispielsweise können die Absorberfläche 1   (Fig.   



  2) kaffeebraun und die Abschlussbleche hellbraun gefärbt sein.



   Das Luftleitblech 13 endet auf einer Schmalseite des Kollektors etwa einen Meter vor dem Abschluss der Kollektorwand, damit die erwärmte Luft wie mit Pfeilen angedeutet zirkulieren kann.



   Weitere Ausführungsarten:
Die Absorberfläche 1 kann auch dünn, flach und damit billiger sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Absorberfläche zu hinterschäumen, d. h. Absorberfläche und Wärmeisolation zu einem Verbundelement zu vereinigen.



   Soll die Rückwand   4'    noch mehr versteift werden, kann man die Absorberfläche 1, die Isolation 4 und ein geripptes (profiliertes) Blech als Verbundelement verwenden.



   Die Kunststoffwand kann auch mit niedrigen Rippen versehen, Wellenprofil aufweisen, oder gänzlich flach sein.



   Ist der Flachkollektor auf einem Dach angeordnet, und ist keine Blendung zu befürchten, so kann die Kunststoffwand 9 klar transparent sein. Es stehen Kunststoffe zur Verfügung, die bis   97%    Licht durchlassen, dem Glas also in dieser Hinsicht überlegen sind. Aus ästhetischen Gründen und zur Vermeidung von Blendung ist es vorteilhaft, wenn die Kunststoffwand 9 derart transparent ist, dass   Zeitungsschrift    lesbar ist wenn die Wand auf einer Zeitung aufliegt, jedoch unlesbar ist bei einem Abstand von mehr als 2 cm zwischen Zeitung und Kunststoffwand 9.  



   Anders als in Fig. 1 und 2 kann auch die Glaswand 6 weggelassen sein. Dies ist insbesondere für eine Schwimmbadheizung vorteilhaft, weil dann bei geringer Temperatur-Anhebung des Wassers eine grössere Wärmeleistung erfolgt.



   Ist der Kollektor ziemlich flach angeordnet, d. h. mit kleinem Winkel zur Horizontalen, so ist es vorteilhaft, die Rippen 9' der Kunststoffwand 9 nach vorn vorstehen zu lassen, also umgekehrt wie in Fig. 1 dargestellt, damit Regenwasser leichter abläuft.



   Reinigung: Im vorgeschlagenen Kollektor sind die Glastafeln 6 lose eingesetzt, damit sie sich infolge Temperaturschwankungen frei dehnen können. Dies ist erheblich kostengünstiger als luftdicht ausgebildete Glasabdeckungen bekannter Kollektoren. Jedoch kann nach längerer Zeit eine Reinigung der Glastafeln wünschbar sein. Es kann der Abschluss 16 wegnehmbar (z. B. nur angeschraubt) vorgesehen sein, was auch die Entfernung der Kunststoffwand 9 und damit die Reinigung der Glastafeln und die Kontrolle der Beschichtung 3 der Absorberfläche 1 ermöglicht.



   In Fig 4 ist gezeigt, wie der Kollektor als Raumheizung oder Schwimmbadheizung Verwendung findet.



   Während der Badesaison bleiben die Luftzufuhr- und Abfuhr-Kanäle 25, 26 geschlossen. Vom Schwimmbad 32 wird unten Wasser durch die Leitung 33 abgesogen, durch die Filterpumpe P gefördert und ein Anteil davon in die Leitung 18 gepresst. Der übrige Wasseranteil fliesst wieder direkt ins Schwimmbecken zurück. Das Wasser in der Leitung 18 wird   dadurch    Perforationen im Rohr innerhalb des Kollektors über die Absorberfläche 1 (Fig. 2) gerieselt, sammelt sich im Kanal 8 und fliesst durch die Leitung 19, nunmehr erwärmt, wieder ins Schwimmbecken. Dieser Vorgang kann von Hand gesteuert werden durch Einschalten der Filterpumpe, oder er kann durch ein Wärmeelement automatisch gesteuert werden.



   Während der Heizperiode kann der Kollektor als Hilfsheizung für das Haus 30 dienen. Eine automatische Steuerung.



  (nicht dargestellt) schaltet bei Sonnenschein und genügender Erwärmung des Kollektors den Ventialtor 34 ein, welcher erwärmte Luft im Kollektor in den Wohnraum des Hauses fördert. Kalte Luft aus dem Wohnraum fliesst durch die Zuleitung 25 in den Kollektor nach. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Flachkollektor zum Heizen eines flüssigen Mediums oder Luft mittels Sonnenenergie, mit mindestens einer Kunststoffwand (9), einer Absorberfläche (1), einer Flüssigkeitszuleitung (18), mit Abschlüssen (16, 17), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich noch mindestens eine Luftzuleitung (25) und mindestens eine Luftableitung (26) vorgesehen sind, dass ferner der Abstand zwischen der Absorberfläche (1) und der Kunststoffwand (9) mindestens 2 cm beträgt und dass der Innenraum des Flachkollektors, in welchem das zu heizende Medium zirkuliert, gegen Aussenluft abgeschlossen ist, das Ganze derart eingerichtet, dass sowohl Flüssigkeit als auch Luft erwärmt werden können.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Flachkollektor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schikane (13) einen Raum (7) im Flachkollektor derart in Kammern unterteilt, dass zu erwärmende Luft diese nacheinander durchströmt.

   2. Flachkollektor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberfläche (1) aus Profilblech besteht, welches im wesentlichen in einer Richtung profiliert ist.

   3. Flachkollektor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffwand (9) in Abständen angeordnete Rippen (9') aufweist, wobei die Achsabstände der Rippen ein Vielfaches der Rippenbreite betragen und diese trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

   4. Flachkollektor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffwand (9) derart transparent ist, dass Zeitungsschrift lesbar ist, wenn die Kunststoffwand (9) auf einer Zeitung aufliegt, jedoch unlesbar ist bei einem Abstand von mehr als 2 cm zwischen Kunststoffwand (9) und der Zeitung.

   5. Flachkollektor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glaswand (6) zwischen der Kunststoffwand (9) und der Absorberfläche (1) angeordnet ist.