DE102004060764B4

DE102004060764B4 - Sonnenkollektor sowie Gebäudedach

Info

Publication number: DE102004060764B4
Application number: DE102004060764A
Authority: DE
Inventors: Friedrich A Moeltner
Original assignee: Moltner Friedrich A
Current assignee: MOELTNER, FRIEDRICH, 80999 MUENCHEN, DE
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: DE102004060764A1; DE20319908U1

Abstract

Sonnenkollektor, bestehend aus einem die Außen- oder Kollektorfläche bildenden Basiselement (2, 10) in Form eines Bedachungselements, beispielsweise eines Dachziegels oder Dachsteins, und wenigstens einem Kanal oder wenigstens einer Kammer (4, 4a, 12), wobei diese an dem Basiselement (2, 10) ausgebildet und von einem Wärme transportierenden Medium durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal oder die wenigstens eine Kammer (4, 4a, 12) an der Rückseite des Basiselements (2, 10) ein Kollektor- oder Wärmetauscherelement (3, 8, 11) bildet, dass die Verbindung zwischen dem Kollektor- oder Wärmetauscherelement (3, 8, 11) und dem Basiselements (2, 10) thermisch leitend ausgebildet ist und dass zwischen dem Basiselement (2, 10) und dem Wärmetauscherelement (8, 11) eine Ausgleichsschicht (9, 14) aus einem Wärme gut leitenden Material, und zwar aus einem pastösen oder gummielastischen Wärmematerial vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Gebäudedach gemäß Patentanspruch 11.
Zur Nutzung von Sonnenenergie werden in zunehmendem Maße Sonnenkollektoren auf Gebäudedächern verwendet, wobei diese Sonnenkollektoren aber vielfach als optische Störung bzw. Beeinträchtigung einer Dachfläche empfunden werden.
So ist in DE 30 26 217 A1 eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, mittels Sonnenenergie bekannt, die aus einem Register aus Rohren unter Ziegeln besteht, wobei zur Verbesserung der Wärmeleitung Wärmeleitbleche zwischen den Rohren und den Ziegeln vorgesehen sind. Diese Wärmeleitbleche liegen flächig an der Unterseite der Ziegel an und sind im Bereich der Rohre an deren Form angepasst, so dass sie diese zumindest teilweise umschließen. Durch die derartige Ausgestaltung führen Sie die im Bereich der Dachziegel entstehende Wärme den Rohren zu.
Weiterhin ist aus DE 75 25 656 U ein Dacheindeckungsmaterial in Form eines Dachziegels oder Betondachsteins bekannt, der insgesamt oder teilweise aus einem gut Wärme leitendem Material, vorzugsweise Metall gefertigt ist. Für den Fall, dass der Dachziegel nicht gänzlich aus Metall gefertigt ist, wird eine im oder am Dachziegel angeordnete Wärme leitende Schicht zur Ableitung der Wärmeenergie vorgeschlagen. Hierbei bildet diese Schicht zugleich den von einem Medium zum Abtransport der Wärme durchströmten Kanal aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sonnenkollektor zu schaffen, der an alle gängigen Dachziegel anpassbar ist und damit die Produktionskosten und damit auch den Preis des Sonnenkollektors gering hält. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Sonnenkollektor entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Gebäudedach ist Gegenstand des Patentanspruches 11.
Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor entspricht in seiner Formgebung und Farbe der Formgebung und Farbe eines üblichen Bedachungselementes, d. h. eines Dachziegels oder eines Dachsteines aus Ton, Metall, Kunststoff oder Beton. Der erfindungsgemäße Sonnenkollektor kann daher ohne optische Beeinträchtigung einer Dachfläche und ohne sichtbaren Unterschied in Form und Farbe zusammen mit in der Formgebung gleichartigen, handelsüblichen Bedachungselementen (Ziegeln oder Dachsteinen) auf einem Gebäudedach so eingedeckt werden, dass dann nach dem Eindecken bzw. Fertigstellung der Dacheindeckung oder Außenhaut die verwendeten Sonnenkollektoren von den übrigen Dachziegeln optisch nicht mehr unterscheidbar sind. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors kann beispielsweise als Basis, die die Außen- oder Kollektorfläche des Sonnenkollektors bildet, ein Dachziegel oder Dachstein verwendet werden, mit dem auch die Eindeckung des Daches außerhalb des von den Sonnenkollektoren eingenommenen Bereichs erfolgt. Auf der Rückseite des den Sonnenkollektor bildenden Dachziegels oder Dachsteines wird dann ein beispielsweise haubenartiges Kollektorelement befestigt, und zwar derart, dass von diesem Kollektorelement und der Rückseite der Basis ein nach außen hin geschlossener Hohlraum oder eine entsprechende Kammer gebildet sind, die von dem Wärme transportierenden Medium, beispielsweise Wasser oder Sole durchströmt werden kann.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in sehr vereinfachter Darstellung eine Draufsicht auf die Rückseite eines als Bedachungselement bzw. Dachziegel ausgebildeten Sonnenkollektors;
2 in vereinfachter Darstellung einen Teilschnitt durch den Sonnenkollektor der
1 entsprechend der Linie I-I;
3 in einer Darstellung ähnlich 2 eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung;
4 in schematischer Darstellung und im Schnitt einen Sonnenkollektor gemäß der Erfindung, bestehend aus zwei aneinander anschließenden und miteinander verbundenen Bedachungselementen, beispielsweise Dachziegeln und aus einem an diesen vorgesehenen Kollektor- bzw. Wärmetauscherelement.
Der in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Sonnenkollektor besteht aus einer als Bedachungselement, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform als Dachziegel aus Ton ausgebildeten Basis 2, die in ihrer Formgebung einem handelsüblichen Dachziegel entspricht und somit in gleicher Weise wie handelsübliche Dachziegel zum Eindecken eines Gebäudedachs usw. verwendet werden kann. Auf der Rückseite der Basis 2 ist ein haubenartiges Abschlusselement 3 in geeigneter Weise befestigt. Dieses Abschlusselement 3 besteht bei der dargestellten Ausführungsform ebenfalls aus Keramik bzw. Ton, kann aber auch aus einem anderen geeigneten Material, beispielsweise Metall oder Kunststoff gefertigt sein. Das Abschlusselement 3 sowie die Basis 2 begrenzen einen Hohlraum 4, der nach außen hin dicht verschlossen ist und an zwei voneinander beabstandeten Seiten jeweils mit einem Anschluss 5 bzw. 6 versehen ist, der zum Zuführen bzw. Abführen des Wärme transportierenden Medium, beispielsweise Sole oder Wasser in bzw. aus dem Hohlraum 4 des Sonnenkollektors 1 dient. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die beiden Anschlüsse 5 und 6 als Winkelstücke derart ausgebildet, dass sie mit ihren Öffnungen jeweils zu einem benachbarten Rand des Sonnenkollektors 1 hin ausgerichtet sind und die Öffnungen dieser Anschlüsse in Achsen parallel zur Ebene der Basis 2 liegen, so dass die Anschlüsse 5 und 6 einer Vielzahl zu einer Dachfläche verlegten Sonnenkollektoren 1 über Schlauchleitungen 2 einfach miteinander verbunden werden können. An der Rückseite weist die Basis 2 Verstärkungsrippen 2.1 auf, die sich auch im Hohlraum 4 erstrecken und dort zusätzlich als Wärme übertragende Flächen wirken.
Die den jeweiligen Hohlraum 4 begrenzenden Flächen sind wasserdicht ausgebildet, und zwar bei einer Basis 2 sowie bei einem Abschlusselement 3 aus gebranntem Ton, beispielsweise durch eine entsprechende Glasur oder Kunststoffschicht, wie dies in der 2 mit 7 angedeutet ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, auf die Innenseite der Basis 2 dort, wo das Abschlusselement 3 befestigt wird, eine die Basis 2 abdichtende Folie aufzukleben. Das Abschlusselement 3 ist beispielsweise durch Verkleben mit der Basis 2 verbunden.
Das die Hohlräume 4 der auf einem Gebäudedach verlegten Sonnenkollektoren durchströmende Wärme transportierende Medium wird dann beispielsweise einem Wärmetauscher in einem Warmwasserspeicher oder einem Wärmetauscher bzw. Verdampfer einer Wärmepumpe zugeführt.
Die 3 zeigt in einer Darstellung wie 2 als weitere mögliche Ausführungsform einen Wärmetauscher oder Sonnenkollektor 1a, der wiederum aus der als Bedachungselement ausgebildeten Basis 2 sowie aus einem Wärmetauscherelement 8 besteht, welches an der Innenseite der Basis 2 befestigt ist. Das Wärmetauscherelement 8 bildet wenigstens eine von dem wärmetransportierenden Medium durchströmbare, nach außen hin abgedichtete Kammer 4a. Zum Zuführen und Abführen des wärmetransportierenden Mediums sind wiederum die Anschlüsse 5 und 6 vorgesehen. Das Wärmetauscherelement ist flach, d. h. plattenförmig ausgeführt, und zwar derart, dass die der Basis 2 benachbarte Seite des Wärmetauscherelementes 8 an die Form der bei der Darstellung der 3 oben liegenden Innenseite der Basis 2 möglichst optimal angepasst ist, so dass ein großflächiger Wärmeübergang zwischen der Basis 2 und dem Wärmetauscherelement 8 erreicht ist. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist zwischen der Basis 2 und dem Wärmetauscherelement eine Ausgleichs- oder Zwischenschicht 9 aus einem Wärme gut leitenden Material, beispielsweise aus einem Wärmeleit-Zement oder einer anderen aushärtenden oder abbindenden Wärmeleit-Masse vorgesehen. Grundsätzlich ist es auch möglich, für die Schicht 9 ein Wärmeleitmaterial zu verwenden, welches in einem pastösen Zustand verbleibt (Wärmeleitpaste) und/oder durch Aushärten bzw. Vernetzen in einen Zustand mit hoher Viskosität oder in einen gummielastischen Zustand übergeht.
Für die Herstellung des Wärmetauscherelementes 8 eignen sich unterschiedlichste Materialien, insbesondere auch Kunststoff und Metall, auf jeden Fall ist das Wärmetauscherelement 8 so zu fertigen, dass dessen Wandungen Flüssigkeits- und Feuchtigkeitsdichte ausgeführt sind.
Die 4 zeigt in vereinfachter Darstellung und im Schnitt als weitere mögliche Ausführungsform einen Sonnenkollektor bzw. Wärmetauscher 1b, der bei der dargestellten Ausführungsform als Basis zwei aneinander anschließende und miteinander verbundene Bedachungselemente 10 aufweisen, die beispielsweise wiederum von handelsüblichen Dachziegeln aus Ton bzw. Keramik oder dachziegelartigen Bedachungselementen aus zementgebundenem Material, oder aber aus Kunststoff oder Metall bestehen. Die beiden Bedachungselemente sind entlang eines Randes mit einem haubenartig gewölbten Abschnitt 10.1 und entlang des gegenüberliegenden Randes mit einem nach außen bzw. über die Oberseite des Bedachungselementes vorstehenden leistenartigen Abschnitt 10.2 versehen, sodass die Bedachungselemente 10 im verlegten bzw. miteinander verbundenen Zustand durch den einen Abschnitt 10.2 übergreifenden haubenartigen Abschnitt 10.1 dicht aneinander anschließen.
An der Innenseite der Bedachungselemente 10, die nach dem Verlegen der Bedachungselemente an einem Gebäudedach die Unterseite des Daches bildet, ist ein Wärmetauscherelement 11 vorgesehen, welches beispielsweise aus Metall oder Kunststoff gefertigt ist und im Wesentlichen aus einem flachen, quadratisch oder rechteckförmigen Abschnitt 11.1 und aus zwei jeweils aneinander gegenüberliegenden Seiten des Abschnittes 11.1 vorgesehenen Abschnitten 11.2 besteht. In dem Abschnitt 11.1 sind mehrere Kanäle 12 ausgebildet, die sich jeweils zwischen den beiden Abschnitten 11.2 erstrecken, d. h. in einer Achsrichtung parallel zur Zeichenebene der 4. Die Abschnitte 11.2 bilden jeweils einen Anschluss- oder Verteilerkanal 13, welcher mit seiner Achse senkrecht zur Zeichenebene der 4 orientiert ist und in welchen die Kanäle 12 münden. Die Abschnitte 11.2 bzw. die von diesen Abschnitten gebildeten Verteilerkanäle 13 dienen zugleich auch zum Anschluss des Wärmetauscherelementes 11 für das Zuführen und Abführen des wärmetransportierenden Mediums. Es versteht sich, dass die Kanäle 12 und auch die Verteiler- und Anschlusskanäle 13 mit Ausnahme der äußeren Anschlüsse nach Außen hin abgedichtet sind, d. h. ein nach außen hin abgedichtetes Strömungssystem für das wärmetransportierende Medium bilden.
Die beiden Bedachungselemente 10 sind mit ihren mittleren Abschnitten 10.3 jeweils in geeigneter Weise mit dem plattenförmigen Abschnitt 11.1 verbunden, beispielsweise wiederum durch eine Ausgleichs- oder Zwischenschicht 14 aus einem Wärme gut leitenden Material, z. B. aus dem aushärtenden oder abbindenden wärmeleitenden Material, z. B. Wärmeleit-Zement oder einer anderen, Wärme gut leitenden Masse. Bevorzugt ist die Schicht 14 so ausgebildet, dass über diese Schicht gleichzeitig großflächig die Verbindung zwischen dem Wärmetauscherelement 11 und den beiden Bedachungselementen 10 erreicht ist, so dass letztere auch durch das Wärmetauscherelement 11 überlappend miteinander verbunden sind.
Für die Herstellung des Wärmetauscherelementes 11 eignen sich beispielsweise auf dem Markt erhältliche Profilmaterialien aus Kunststoff, d. h. der Abschnitt 11.1 ist beispielsweise von einer Kunststoff-Stegplatte gebildet. Die Abschnitte 11.2 sind jeweils von einer Länge eines Kunststoff-Rohrprofils gebildet.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind. So ist es insbesondere auch möglich, die Bedachungselemente 2 des Wärmetauschers 1 aus einem Kunststoffmaterial oder aus Metall zu fertigen, ebenso auch das den Hohlraum 4 abschließende Abschlusselement 3.

1, 1a, 1b: Wärmetauscher
2: Basis
3: Abschlusselement
4, 4a: Hohlraum oder Kammer
5,6: Anschluss
7: wasserdichte Beschichtung
8: Wärmetauscherelement
9: Zwischen- oder Ausgleichsschicht aus wärmeleitenden Material
10: Bedachungselemente
10.1, 10.2, 10.3: Abschnitte des Bedachungselementes 10
11: Wärmetauscherelement
11.1, 11.2: Abschnitte des Wärmetauscherelementes 11
12: Durchflusskanal
13: Anschlusskanal
14: Zwischen- oder Ausgleichsschicht

Claims

Sonnenkollektor, bestehend aus einem die Außen- oder Kollektorfläche bildenden Basiselement (2, 10) in Form eines Bedachungselements, beispielsweise eines Dachziegels oder Dachsteins, und wenigstens einem Kanal oder wenigstens einer Kammer (4, 4a, 12), wobei diese an dem Basiselement (2, 10) ausgebildet und von einem Wärme transportierenden Medium durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal oder die wenigstens eine Kammer (4, 4a, 12) an der Rückseite des Basiselements (2, 10) ein Kollektor- oder Wärmetauscherelement (3, 8, 11) bildet, dass die Verbindung zwischen dem Kollektor- oder Wärmetauscherelement (3, 8, 11) und dem Basiselements (2, 10) thermisch leitend ausgebildet ist und dass zwischen dem Basiselement (2, 10) und dem Wärmetauscherelement (8, 11) eine Ausgleichsschicht (9, 14) aus einem Wärme gut leitenden Material, und zwar aus einem pastösen oder gummielastischen Wärmematerial vorgesehen ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (2, 10) aus Ton oder Betonwerkstoff gefertigt ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (2, 10) aus Kunststoff oder Metall gefertigt ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal oder die wenigstens eine Kammer (4, 4a, 12) an den diese Kammer begrenzenden Wandungen wasser- oder flüssigkeitsdicht verschlossen ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den wenigstens einen Kanal oder die wenigstens eine Kammer (4, 4a, 12) an der Rückseite des Basisteils (2) bildende Kollektor- oder Wärmetauscherelement (3, 8, 11) durch Verkleben mit der Basis (2, 10) verbunden ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherelement mit wenigstens einem Abschnitt an dem Basiselement (2, 10) flächig anschließend vorgesehen ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherelement (8, 11) plattenförmig ausgebildet ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherelement (11) wenigstens einen plattenförmigen Abschnitt (11.1) mit einer Vielzahl von Strömungskanälen (12) aufweist, die jeweils beidendig in einen Sammel- oder Verteilerkanal (13) münden, welcher in einem rohrprofilartigen Abschnitt (11.2) ausgebildet ist, und dass zumindest einer der beiden rohrprofilartigen Abschnitte (11.2) in einem haubenartig gewölbten Randabschnitt (10.1) des Bedachungselementes (10) wenigstens teilweise aufgenommen ist.
Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement von wenigstens zwei aneinander anschließenden und miteinander verbundenen Bedachungselementen (10) gebildet ist.
Sonnenkollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedachungselemente (10) über das Wärmetauscherelement (11) miteinander verbunden sind.
Gebäudedach mit einer aus einer Vielzahl von aneinander anschließenden Dachziegeln oder Dachsteinen gebildeten Dachaußenhaut, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Dachziegel oder Dachsteine als Sonnenkollektor entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.