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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie er zur Ausnutzung zur Sonnenenergie für Warmwasseraufbereitung
verwendet wird.
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Es
sind Sonnenkollektoren unterschiedlichster Bauweise bekannt. So
z. B. für
Aufdach- oder Indachmontage,
für Freiaufstellung
oder für
Fassaden-Aufmontage. Diese bekannten Sonnenkollektoren weisen alle
eine wesensgleiche Grundausbildung auf. Sie bestehen nämlich aus
einem wannenförmigen
Gehäuse,
dass an seiner Oberseite mit einer isolierten und isolierenden Schutzglas-Abdeckung
verschlossen ist. Darunter befindet sich in parallelem Abstand angeordnet
und dadurch eine Oberkammer und eine Unterkammer bildender Absorber,
bestehend aus einer beschichteten Vorplatte und mit unterseitig
daran im thermisch leitenden Kontakt z. B. durch schweißen angebrachten
Registerrohren, die Stirnseitig in ein Sammelrohr münden und
als Wärmeträger meist
Wasser führen,
selbstverständlich
in unseren Breitengragen mit Frostschutzmittel versetzt.. Der Absorber
ist zu Gehäuse-Seitenwänden und
-Boden entsprechend beabstandet und über Dämm- bzw. Isoliermaterial zu
diesen hin isoliert. Diese Isolation besteht bei Flachkollektoren
hauptsächlich
aus Mineralwolle oder Schaum von 5 cm oder mehr als Grund-Isolierung,
während
die Rand-Isolierung an den Seitenwänden erheblich dünner ausgelegt
ist. Es ist aber bekannt, dass der größte Wärmeverlust immer an den betreffenden Schwachstellen
wie Kältebrücken und
dünner
Randdämmung
entsteht oder durch eine feuchte Isolierung, wodurch der Isolierwert
erheblich reduziert wird. Es kann sogar davon ausgegangen werden, dass
schon bei einer Feuchtigkeit von 4 % nur noch eine Dämm-Leistungsfähigkeit
von ca. 50 % gegeben ist. Durch die relativ dicke Isolierung bzw.
Dämmungsschicht
der Grundisolierung wird aber auch die Bauhöhe der Sonnenkollektoren insgesamt
negativ beeinflusst.
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Solcherart
Sonnenkollektoren sind z. B. der Euro-Sonnenkollektor Typ C20/C22
der Firma Wagner & Co.
oder der Aufdachkollektor SK500 der Firma Sonnenkraft (siehe
www.Sonnenkraft.com).
Auch zeigt die
DE
10 2005 025 480 A1 einen Sonnenkollektor mit Leitelementen,
bei dem die Registerohre mit jochartigen und geschweift an die Absorberplatte zum
näheren
Kontakt herangeführten
Leitelemente vorgesehen sind, die der höheren Wärmeübertragung dienen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es somit, einen Sonnenkollektor oben genannter
Gattung anzugeben, der bei optimaler thermischer Isolierung bzw. Dämmung einen
hohen Wirkungsgrad aufweist und gleichzeitig eine wesentlich geringere
Bauhöhe
erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Sonnenkollektor mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Dem
gemäß ist zumindest
an der zu der Einfallsseite der Sonnenstrahlung abgewandten Seite des
Absorbers (10) eine die untere Oberfläche des Absorbers und der daran
befindlichen Registerrohre und/oder die Innenflächen des Gehäuses und/oder die
zum Absorber weisenden Flächen
von eingelegten Isolationsplatten oder -folien bedeckende, Wärmeenergie
reflektierende und stoppende Beschichtung, im weiteren als Thermobeschichtung
benannt, aufgetragen, wie sie z. B. unter dem Markennamen SuperTherm
(der US-Fa. Superior Products ltd.) bekannt sind.
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Die
Thermobeschichtung des Absorbers bewirkt, dass die durch die von
den auffallenden Sonnenstrahlen aufgenommene Wärme möglichst direkt im Absorber
verbleibt und über
die Registerrohre an die Solarflüssigkeit
abgegeben wird und nicht in den darunter befindlichen Raum abgestrahlt
wird. Dieses bislang lediglich als thermisch isolierender Anstrich für Hausfassaden
verwendetes Beschichtungsmaterial Super Therm ist entwickelt worden,
um Wärmeenergie
zu reflektieren und zu stoppen. Es absorbiert selbst keine Wärme und
benötigt
deshalb auch keine Materialstärke
(Prinzip der Rettungsfolien, welche die Körperwärme reflektieren), wobei bereits
eine Schichtstärke
von nur ca. 0,25 mm ca. 99 % der Infrarotstrahlung abblocken soll.
Zum Unterschied hierzu sind die als Isolier- bzw. Dämmmaterial
bei Sonnenkollektoren verwendeten Fieberglas-, Stein wolle- und Schaumprodukte
entwickelt, um Wärme
zu absorbieren und den Durchgang von warmer Luft zu verlangsamen.
Um einen entsprechenden Dämmeffekt
zu erzielen, also Wärme
aufzunehmen, wird eine entsprechend große Materialstärke benötigt.
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Erfindungsgemäß kann nun
vorteilhaft sein, nur die Absorber-Unterseite, zusammen mit den
daran vorgesehenen Rohren zu beschichten, wobei dann die Randisolierung
in dünner
Form beibehalten wird und sinnvoller weise auch die Bodenisolierung, jedoch
in bedeutend dünnerer
Ausführung,
wodurch im Aufbau dieses Sonnenkollektors entsprechend viel an Höhe gewonnen
wird.
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Des
weiteren kann erfindungsgemäß nur die Gehäuseinnenfläche beschichtet
sein, also direkt die Seitenwände
oder eine auf diesen angebrachte, mehr oder weniger dünne Seitenwanddämmplatte und
des weiteren direkt der Gehäuseboden
oder eine auf diesem befindliche, mehr oder weniger dicke Grund-Isolierungsplatte.
Hierdurch wird erreicht, dass die vom Absorber und den Registerrohren
insbesondere nach unten gestrahlte Wärmeenergie von der Beschichtung,
insbesondere von der Bodenbeschichtung oder Bodenplatten-Beschichtung
reflektiert und an den Absorber wieder zurückgeleitet wird.
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Von
besonderem Vorteil ist, wenn sowohl die Absorber-Unterseite als
auch die Gehäuse-Innenflächen direkt
mit einer Thermobeschichtung versehen sind, wobei keine weiteren
Isolierungsvorkehrungen zu treffen sind, insbesondere keine Dämmmaterialien in
Form einer Grund-Isolierung oder Rand-Isolierung vorzusehen sind.
Die durch den Absorber nach unten abgestrahlte Wärmeenergie wird nämlich von
der unterseitigen Thermobeschichtung des Absorbers in sehr hohem
Prozentsatz über
Reflektion an den Absorber zurückgeleitet,
gelangt also in nur äußerst geringem
Maße in
die darunter befindliche Gehäusekammer.
Die trotzdem durch die Beschichtung hindurchdringende Wärmeenergie
trifft durch die Luft der unteren Gehäusekammer auf die Thermoisolierung
des Gehäusebodens
und wird von dieser reflektiert.
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Die
erfindungsgemäße Innen-Beschichtung des
Kollektorgehäuses
behält
den Rest der Wärme soweit
wie möglich
im Gehäuse,
wodurch eine schnellere Abkühlung
verhindert wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der
Sonnenkollektor erheblich schlanker und ästhetischer gebaut werden und
daher dessen Einsatzbereich vergrößert werden kann (mind. 2 bis
3 cm geringere Höhe
kann erreicht werden). Zudem kann die Absorberplatte bis auf einen
schmalen, wenige Millimeter breiten Luftspalt bis an die Gehäuse-Seitenwand
herangezogen werden, wodurch die Absorberfläche und daher auch deren Wirksamkeit
entsprechend erhöht
wird.
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Es
kann zudem, insbesondere fertigungstechnisch, vorteilhaft sein,
wenn die Beschichtung nicht direkt auf Boden und Seitenwände des
Gehäuses
aufgetragen wird, sondern diese mit dünnen Platten oder Folien ausgelegt
werden, die einseitig mit einer Thermobeschichtung versehen sind.
Hierdurch besteht auch die Möglichkeit
einer Nachrüstung üblicher
Sonnenkollektoren, wobei bei diesen dann entweder die Grund- und
Rand-Isolierungsplatten
an der in Richtung auf den Kollektor weisenden Flächen mit einer
Thermoschicht versehen werden, oder auf diese Platten eine dünne, mit
Thermobeschichtung versehene Bahn oder Folie z. B. durch Aufkleben
befestigt wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter bezug
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1:
einen Querschnitt durch einen Seitenabschnitt eines Flachsonnenkollektors
gemäß Stand der
Technik,
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2:
einen Schnitt wie in 1 durch einen erfindungsgemäßen Kollektor
in erster Ausführung,
mit Thermobeschichtung an Absorber und Gehäuseinnenseite,
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3:
einen Schnitt wie in 1 durch einen erfindungsgemäßen Kollektor
in zweiter Ausführung,
mit Thermobeschichtung am Absorber und den Dämmplatten,
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4:
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sonnenkollektor in dritter
Ausführung,
mit Thermobeschichtung direkt an den Seitenwänden und an einer dünnen Grundplatte,
nicht aber am Absorber,
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5:
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sonnenkollektor in vierter
Ausführung,
mit Thermobeschichtung am Absorber und am auf Boden und Seitenwänden angebrachtem
dünnem thermobeschichtetem
Material,
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6:
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sonnenkollektor in fünfter Ausführung, mit Thermobeschichtung
am Absorber, direkt an den Seitenwänden und auf einer dicken Boden-Platte, und
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7:
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sonnenkollektor in sechster
Ausführung, mit
Thermobeschichtung am Absorber und an auf Boden und Seitenwänden angebrachtem
dickeren Isolierplatten.
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Wie
aus 1 zu entnehmen ist, besteht ein bekannter Sonnenkollektor
(Flachkollektor) gemäß Stand
der Technik im wesentlichen aus einem wannenförmigen Gehäuse 2 aus Metal z.
B. aus Aluminium und weist entsprechend einen Boden 3 und
Seitenwände 4 auf.
Das Gehäuse
ist an seiner offenen Oberseite über
eine Schutzglas-Abdeckung 5 abgeschlossen, die über eine
Gummi-Abdichtung 6 in einem Aufnahmerahmen 7 an
der Gehäuseoberseite entsprechend
befestigt ist. Unterhalb der Schutzglas-Abdeckung 5 ist
in entsprechender Beabstandung ein plattenförmiger Absorber 10 vorgesehen, an
dessen Unterseite zueinander parallele Registerrohre 11 in
thermisch leitendem Kontakt mit dem Absorber stehend vorgesehen
sind, z. B. über
Schweißverbindungen.
Darunter ist, auf dem Gehäuseboden 3 aufliegend,
eine Grund-Isolierung 13 (Bodendämmplatte) vorgesehen, während an
die Seitenwand 4 angrenzend bzw. an dieser anliegend eine Randisolierung 14 vorgesehen
ist. Zwischen der Wandisolierung 14 und dem äußeren Rand
des Absorbers 10 ist ein Luftspalt 9 vorgesehen, über den die
obere Gehäusekammer 15 mit
der unteren Gehäusekammer 16 in
Verbindung Steht.
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Bei
dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors 17 ist
augenfällig,
dass im Gehäuseinneren keinerlei
Dämmmaterialien
bzw. weder eine Grund- noch eine Randisolierung vorgesehen ist.
Dem gemäß ist die
untere Gehäusekammer 16 relativ
niedrig ausgelegt, wodurch die Höhe
des Sonnenkollektors relativ gering ausfällt. Der Grund hierfür ist die Thermobeschichtung,
die auf der Unterseite des Absorbers 10 aufgetragen ist
und dessen ganze Fläche und
auch die Mantelflächen
der Registerrohre 11 bedeckt. Zudem ist die gesamte Innenfläche des
Gehäuses 2,
also sowohl der Boden 3 als auch die Seitenwände 4,
mit der Thermobeschichtung versehen. Die durch einfallende Sonnenstrahlen
im Absorber 10 erzeugte Wärmeenergie, die vom Absorber
und der Registerrohr-Mantelfläche
nach unten abgestrahlt wird, wird durch die Thermobeschichtung gleich
wieder in hohem Maße
(über 90
%) zurückreflektiert
und verbleibt so im Absorber bzw. in den Absorberrohren und wird
an das Wärmeübertragungsmedium,
vorzugsweise Wasser, der Rohre 11 abgegeben. Die Wärmeenergie,
die trotzdem in relativ geringem Maße durch die Beschichtung des
Absorbers 10 hindurch in die untere Gehäusekammer 16 tritt und
auf die Beschichtung des Bodens 3 und der Seitenwände 4 trifft,
wird entsprechend von der Thermobeschichtung 18 reflektiert.
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In 3 ist
als zweite erfindungsgemäße Ausführungsform
ein Sonnenkollektor 19 dargestellt, bei dem nur der Absorber 10 und
die Rohre 11 mit der Thermobeschichtung 18 versehen
sind. Um gegen die, wenn auch nur geringfügig durch die Thermobeschichtung 18 hindurchtretende
Wärmestrahlung
geschützt
zu sein, ist hier ebenfalls eine Isolierung 14 und eine
Grundisolierung 13 vorgesehen, wobei letztere jedoch wesentlich
dünner
ausgelegt ist wie bei dem in 1 dargestellten
Kollektor gem. Stand der Technik. So ist auch bei dieser Ausführungsform
die Bauhöhe
des Kollektors insgesamt vergleichsweise bedeutend geringer.
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Bei
dem in 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel besitzt der
Kollektor 20 eine Beschichtung die den Seitenwänden 4 und
dem Boden 3 zugeordnet ist, wobei an den Seitenwänden die Thermobeschichtung 18 direkt
aufgetragen ist, während
auf dem Boden 3 eine dünnere
Boden-Dämmplatte 22 vorgesehen
ist, auf deren nach innen weisenden Seite die Thermobeschichtung 18 vorgesehen
ist. Der Absorber ist hier nicht beschichtet. Somit trifft die vom
Absorber 10 nach unten abgestrahlte Wärmestrahlung auf die Thermobeschichtung
der Bodenplatte 22, wird von dieser reflektiert und erneut zurück zum Absorber
gelenkt. Die geringe Wärmestrahlung
die durch die Thermobeschichtung hindurchdringt, wird von der isolierenden
Bodenplatte 22 entsprechend aufgenommen bzw. durch diese
gedämmt.
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5 zeigt
als viertes Ausführungsbeispiel einen
Kollektor 21, bei dem erneut sowohl der Absorber 10 mit
den darunter befindlichen Registerrohren 11, als auch die
komplette Innenseite des Gehäuses 2 mit
einer Thermobeschichtung 18 versehen sind, wobei hier jedoch
die Thermobeschichtung des Gehäuses
nicht direkt auf den Gehäusewänden 4 und dem
Gehäuseboden 3 aufgetragen
ist, sondern auf einer dünnen
Bodenplatte 23 und dünnen
Seitenwandplatten 24, die insgesamt z. B. relativ dünn in Art von
Auslegeware oder Folien ausgebildet und entsprechend mit einer Thermobeschichtung
versehen sein können,
bereits vor Einbringung in das Gehäuse.
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Als
fünfte
Ausführungsform
zeigt 6 einen Sonnenkollektor 25, der im wesentlichen
gleich aufgebaut ist als der Kollektor 20 aus 4,
nur daß hier
auch der Absorber 10 unterseitig mit einer reflektierenden
Thermoisolierung 18 ausgerüstet ist.
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Schließlich zeigt 7 als
sechste Ausführungsform
einen Sonnenkollektor 26, der im wesentlichen wie der Sonnenkollektor 19 aus 3 aufgebaut
ist, also mit relativ dicken Isolierplatten 22, 27, die
hier aber jeweils mit einer Thermobeschichtung 18 versehen
sind.
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- 1
- Sonnenkollektor,
Stand der Technik
- 2
- wannenförmiges Gehäuse
- 3
- Boden
- 4
- Seitenwände
- 5
- Schutzglas-Abdeckung
- 6
- Gummi-Abdeckung
- 7
- Aufnahme-Rahmen
- 8
- –
- 9
- Luftspalt
- 10
- Absorber
- 11
- Registerrohre
- 12
- Sammelleitung
- 13
- Grund-Isolierung
(Boden-)
- 14
- Rand-Isolierung
(Seitenwand-)
- 15
- Gehäusekammer
(oben)
- 16
- Gehäusekammer
(unten)
- 17
- Sonnenkollektor,
erste Ausfühungsform
- 18
- Thermobeschichtung
- 19
- Sonnenkollektor,
zweite Ausführungsform
- 20
- Sonnenkollektor,
dritte Ausführungsform
- 21
- Sonnenkollektor,
vierte Ausführungsform
- 22
- Bodenplatte
- 23
- Bodenplatte
- 24
- (Rand-)Seitenwand-Platte
(dünne)
- 25
- Sonnenkollektor,
fünfte
Ausführungsform
- 26
- Sonnenkollektor,
sechste Ausführungsform
- 27
- (Rand-)Seitenwand-Platte
(dickere)