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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Fassadenelement mit einem plattenförmigen
Thermosolarkollektor und ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung.
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In
der
EP01279905B1 wird
ein Sonnenkollektor mit Absorberrohren genannt, die von einem Wärmeträgermedium
durchströmt sind und mit einem Absorber zur Aufnahme der
Sonnenenergie zusammenarbeiten, der als einstückig ausgeführtes Absorberblech
ausgebildet ist, das mit den Absorberrohren verbunden ist und diese überdeckt.
Das Absorberblech ist vollflächig profiliert und die Absorberrohre
sind vollständig überdeckt, wobei das Absorberblech
aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist und eine selektive Oberflächenbeschichtung
aufweist. Die Profilierung des Absorberblechs ist im Querschnitt
im Wesentlichen wellig, faltenförmig oder sägezahnförmig
ausgebildet und die Absorberrohre sind parallel zueinander angeordnet,
wobei die Orientierung der Profilierung des Absorberblechs parallel
zu den Absorberrohren ist.
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Dabei
werden 0,1 mm bis zu 0,5 mm dicke Kupfer- oder Aluminium Bleche
mit einer herstellüblichen maximalen Blechbreite von 500
mm bis maximal 1.200 mm beziehungsweise 1.250 mm und einer Absorberlänge
bis zu etwa 3 m und mit einer Absorberbeschichtung mit etwa 95%
solarem Absorptionsgrad und etwa 4% thermischen Emissionsgrad in Kombination
mit Kupferrohren mit 8 bis 12 mm Außendurchmesser und etwa
0,5 mm Wandstärke und einem Abstand zwischen den Rohren
von typisch 70 bis 140 mm verwendet. Beispielhaft werden die Absorberrohre
mittels Ultraschall oder Laserschweißung oder Lötung
beziehungsweise allgemein mit einer thermischen Kontaktierung auf
den Absorberblechen mäanderartig oder registerartig (mit
einem oberen und unteren Sammelrohr und entsprechend dünneren
Verbindungsrohren) befestigt Die Zu- und Ableitungen können
dabei weitgehend anwendungsoptimiert ausgeführt werden.
Das typische Gewicht beträgt dabei etwa 2 bis 3,5 kg/m2.
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Damit
besteht der Nachteil, dass ein relativ hoher Aufbau gegeben ist
und eine teure Herstellung, weil dort nicht eine Wandung des Isolierglasaufbaus durch
den Thermosolarkollektor selbst gebildet ist.
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Bei
der
EP 01279905 B1 ist
zwar das Solarkollektorelement in einem kastenförmigen
Aufbau integriert. Es handelt sich jedoch nicht um einen Isolierglasaufbau.
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In
der
DE 10 2006
006 718 B4 wird ein Sonnenkollektor genannt, der zumindest
einen Absorber, wenigstens ein Wärmetauscherrohr bzw. Wärmetauscherelement
mit in den Kollektor hinein bzw. aus diesem herausführenden
Zu- bzw. Ablaufrohren bzw. Zu/Ableitungen und eine größtenteils
transparente, flache Abdeckung, die den tragenden Bestandteil des
Kollektors bildet, umfasst und der Kollektor weitgehend nur aus
der größtenteils transparenten Abdeckung, einem
Absorber und wenigstens einem Wärmetauscherrohr gebildet
ist, wobei der Absorber in einem vorgegebenen Abstand mit der Abdeckung
verbunden ist. Weiters wird genannt, dass der Absorber mit der größtenteils
transparenten Abdeckung bzw. der mit der Glasscheibe verklebt ist.
In dieser Druckschrift bildet demzufolge eine einfache Glasscheibe die
Abdeckung den tragenden Bestandteil des Kollektors.
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In
der
US03458917 wird
eine Methode zur Formung einer Wärmetransferoberfläche
für die Förderung von Flüssigkeit genannt,
welche die folgenden Schritte umfasst:
Zusammenschweißen
von Teilen von zwei Metallblechen in einem Schweißmuster,
das Außenlinien einer gewünschten Flüssigkeitsförderung
enthält.
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Anschließendes
Platzieren der Bleche unter einer leichten Zugspannung Einleiten
eines Hochdruckfluids in den Zwischenraum zwischen dem Schweißmuster
zur Ausdehnung dieser Zwischenraumbereiche, wobei die leichte Zugspannung
aufrecht erhalten wird und anschließendes Lösen
der Bleche. Anschließend an diesen Prozess kann noch die
Zugspannung erhöht werden. Die Bleche können mit
ungleicher Dicke gewählt werden.
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In
der
EP00444338B1 wird
unter Verwendung derartiger plattenförmiger Wärmetauscherelemente
gemäß der
US03458917 ein
Verfahren zum Kühlen von Teilchengut genannt.
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Der
Erfindung liegt deshalb ausgehend an der
US 0345 917 A1 die Aufgabe
zugrunde, einen Thermosolarkollektor der genannten Art so weiter
zu bilden, dass er bei geringerem Gewicht, eine günstigere
Herstellung bei verbessertem Wirkungsgrad ermöglicht.
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Die
Erfindung sieht deshalb ein Fassadenelement mit einem plattenförmigen
Thermosolarkollektor auf Basis von zwei dünnen thermisch
gut leitfähigen Blechen beziehungsweise Kunststoff-Folien vor
(wobei das rückseitige Blech beziehungsweise die rückseitige
Folie auch nicht gut thermisch leitend ausgebildet sein kann), die
berandend gasdicht abgeschlossen sind und mit einem entsprechenden Muster
punkt-, strich- oder flächenförmig miteinander verbunden
sind und mittels Druckbeaufschlagung derart ausbauchend verformt
sind, dass ein Wärmetauschermedium, bevorzugt gasförmig
an zumindest einem Ein- und einem Auslass den Thermosolarkollektor
durchströmt.
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Der
plattenförmige Thermosolarkollektor kann gegenüber
dem Stand der Technik sehr leichtgewichtig ausgeführt werden,
da einerseits sehr dünne Bleche beziehungsweise Kunststoff-Folien
verwendet werden oder auch ungleich dicke Bleche verwendet werden
und derart auf einer Seite eine mehr oder weniger starke Verformung
im Vergleich zur anderen Seite gegeben ist. Ferner wird die Anwendung eines
gasförmigen Wärmetauschermediums gegenüber
einem Wasser-Glykol Gemisch bevorzugt, weil das erst genannte Medium
eine wesentlich geringere Masse aufweist.
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Ein
derartiger plattenförmiger Thermosolarkollektor weist überdies
eine hohe Eigensteifigkeit oder Formbeständigkeit auf und
kann mit den unterschiedlichen Varianten von Zu- und Ableitungs-Elementen
ausgeführt werden, die zusätzliche Montagemöglichkeiten
bieten.
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Die Überlegung
beruht darauf, dass zwei dünne Folien von etwa ein Zehntel
mm bis einige 2 mm Dicke, insbesondere 0,1 mm bis 0,5 mm Dicke, aus
Edelstahlblech bevorzugt verwendet werden. Anstatt dessen kann auch
Kupfer- oder Aluminium-Blech oder es können Kunststoff-Folien
genommen werden.
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Die
zwei Bleche beziehungsweise Folien werden randseitig umlaufend zugeschweißt,
oder zugelötet oder zugeklebt oder gefalzt und im Mittenbereich
punkt- oder linienförmig miteinander verbunden, so dass
ein dort durch die so gebildeten Strömungsbahnen hindurch
strömendes Wärmetauschermedium eine Turbulenz
erfährt und demzufolge eine günstige Wärmeabnahme
von der auf das vorderseitige Blech einstrahlenden Wärme
erfolgt. Die Leitungsbahnen erstrecken sich vom Einlauf zum Auslauf
mäanderförmig durchgehend. Die Herstellung von
diesem plattenförmigen Wärmetauschermedium soll
also so erfolgen, dass es durch Schweißen, Kleben, Löten
und dergleichen Verbindungstechniken berandend dichtgemacht wird
und in der Mitte Verbindungsbereiche erzeugt werden, die als Leitungsbahnen
ausgebildet sind.
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Der
Kern der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge in einem aus sehr
dünnen Folien oder Blechen bestehenden, sich unter Druck
eines fluiden Mediums verformenden Thermosolarkollektor. Während
dieser Verformung durch Beaufschlagung eines fluiden Mediums, wie
beispielsweise Wasser oder Öl, mit einem entsprechenden
Druck von einigen bar bis zu etwa 20 bar, kann das Wärmetauschersystem
berandend eingespannt beziehungsweise festgehalten werden, sodass
die Berandung weitgehend geradlinig und nicht kissenförmig
verformt ausgebildet wird. Die beiden miteinander verbundenen Bleche
beziehungsweise Folien können zusätzlich zu dieser Druckbeaufschlagung
noch erwärmt werden. Speziell bei der Verwendung von thermoplastischen
Folien auf Basis eines Polycarbonat-Blends können diese Folien
bis unterhalb Tg erwärmt werden und es kann eine Negativform
verwendet werden. In diesem Falle kann als Druckfluid auch Luft
verwendet werden, wobei bis zu 300 bar Druck beaufschlagt werden
kann.
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Aus
Gewichtsersparnisgründen wird es deshalb bevorzugt, wenn
in den dünnen Hohlräumen nicht ein schweres Wärmeträgermedium
strömt, wie z. B. Wasser, sondern ein spezifisch leichtes
Wärmeträgermedium, wie z. B. Luft oder ein anderes
Wärmeträgergas, wie es in der Kältetechnik
bereits schon bekannt ist.
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Wichtig
bei der vorliegenden Erfindung ist, dass der relativ dünne
Sonnenkollektor in einen Isolierglasaufbau einbezogen ist, wobei
das vordere Glas ein Einscheiben- oder Mehrscheibenisolierglas ist.
Dazwischen ist ein Hohlraum angeordnet und der dünnwandige
Sonnenkollektor ist mit abdichtend angeordneten Abstandshaltern
an der Rückseite des Isolierglasaufbaus angeordnet.
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Anstelle
des rückseitigen Glases eines Isolierglases, wie es bei
Doppelscheiben-Isolierglas-Anordnungen vorgesehen ist, ist nun erfindungsgemäß der
Sonnenkollektor angeordnet. Dieser bildet somit die rückseitige
(von der, die Wärme aufnehmenden Vorderseite entfernt angeordnete)
Hinterwand des Isolierglasaufbaus.
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Damit
besteht der Vorteil, dass ein derartiger Isolierglaskollektorverbund,
in Fassaden- oder auf Dachkonstruktionen oder auch freistehend verwendet
werden kann.
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In
der ersten Ausführungsform ist eventuell eine zusätzliche
Isolation der Rückseite erforderlich. Wichtig ist nämlich,
dass man den Isolierglasaufbau nun in optimaler Form im Fassadenbau
einsetzen kann, denn er hat ausgezeichnete Wärmedämmwerte,
weil der gesamte Aufbau wie ein Isolierglas aufgebaut ist.
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Dies
ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik,
denn beim Stand der Technik waren derartige Isolierglasaufbauten
in Verbindung mit Thermosolarkollektoren nicht bekannt.
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Bei
der Fassadenintegration eines derartigen Thermosolarkollektors ist
es im Übrigen vorgesehen, diese zwischen den Pfosten und
Riegeln einer Fassade einzubauen.
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Erfindungsgemäß wird
nun ein solches Fassadenelement, bestehend aus dem erfindungsgemäßen
Isolierglasaufbau, in eine solche Pfosten-Riegel-Konstruktion beziehungsweise
Fenster eingesetzt.
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Damit
besteht der Vorteil, dass eine ausgezeichnete Wärmedämmung
der Fassade durch den Isolierglasaufbau gegeben ist und gleichzeitig
ein guter Wirkungsgrad des Solarkollektors, weil er Teil der Wandung
des Isolierglasaufbaues ist. Dadurch ergeben sich eine geringe Aufbauhöhe
und geringe Herstellungskosten.
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In
einer Weiterführung der vorliegenden Erfindung ist das
plattenförmige Wärmetauscherelement in den Innenraum
eines Isolierglaselementes integriert, wie es insbesondere anhand
der späteren 4 bis 6 dargestellt
ist.
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Bei
dieser zweiten Ausführungsform wird die rückseitige
Isolation eines Isolierglasaufbaus gespart, denn der Solarkollektor
ist nun vollständig im Innenraum des Isolierglasaufbaus
integriert.
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Hier
sind zwar größere Bauhöhen erforderlich,
jedoch ist der Wärmedämmeffekt eines solchen Isolierglasaufbaus
noch besser.
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Ein
Isolierglasaufbau besteht aus mindestens zwei einander gegenüberliegend
und abdichtend miteinander verbundenen Einfachglasscheiben.
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Wichtig
ist nun, dass der von den Isolierglasscheiben abdichtend eingeschlossene
Hohlraum oder Innenraum mit Luft oder einem Edelgas gefüllt oder
evakuiert ist, um eine diesen Raum durchsetzende Wärmeleitung
zu verhindern.
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Integriert
man nun einen Solarkollektor in einem solchen Isolierglasaufbau,
besteht der Vorteil, dass der Solarkollektor thermisch ausgezeichnet
isoliert in dem Hohlraum angeordnet ist und eine geringe Bauhöhe
des gesamten Aufbaus ermöglicht. Als Beispiel weist ein
Thermokollektor bestehend aus einem Element von 1 × 2 m
Kantenlänge eine Dicke (Aufbauhöhe) von 20 bis
50 mm auf.
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Bei
dieser Ausführungsform ist natürlich vorausgesetzt,
dass die Zu- und Ableitungen durch das Abstandsprofil bzw. durch
das vordere oder rückseitige Glas nach außen geführt
werden müssen.
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Das
Wärmetauscherelement wird hierbei nicht als zweite Seite
oder Rückseite des Doppelscheiben-Isolierglasaufbaus verwendet,
sondern in der Mitte angeordnet. Von besonderem Vorteil ist, dass
innenseitig an der vorderen, die Wärme aufnehmenden Fläche
eine wärmereflektierende Beschichtung angeordnet ist, die
mit einer vorzugsweise auf der vorderen Seite des Solarkollektorelementes
aufgebrachten hoch absorbierenden und gering wärmereflektierenden
Beschichtung korrespondiert.
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Damit
wird der Vorteil erreicht, dass einstrahlende Wärme, die
auf das Solarkollektorelement einstrahlt, nicht mehr nach außen
zurückreflektiert wird, sondern an der innenseitig angeordneten
Wärmereflexionsschicht wieder zurück reflektiert
wird, wodurch ein ausgezeichneter Wirkungsgrad gegeben ist.
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Weiters
kann ein derartiger Thermosolarkollektor sehr einfach in ein Fassadensystem,
beispielsweise in eine Pfosten-Riegelkonstruktion und deren Abwandlungen
oder in eine Aufdachkonstruktion oder in eine Vordachkonstruktion,
mit und ohne Wärmedämmung, integriert werden.
Dabei wird der plattenförmige Thermosolarkollektor analog
zu einem Isolierglasverbund hergestellt, wobei bevorzugt sonnenseitig
ein Einscheibensicherheitsglas (ESG) oder ein teilvorgespanntes
Glas (TVG) oder einer Verbundsicherheitsglas (VSG) oder ein Isolierglasverbund
verwendet wird und zusätzlich die sonnenseitige Oberfläche
prismiert und/oder entspiegelt und/oder selbstreinigend und/oder
mit einer Low-E (Low-emmissivity) Ausführung versehen ist.
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Innenseitig
wird anstelle des inneren (rückseitigen) Glases der plattenförmige
Thermosolarkollektor mit Abstandsprofilen und einer primären
und einer sekundären polymeren Dichtung montiert und die
Abstandsprofile werden mit Trocknungsmitteln befüllt.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung kann ein derartiger Thermosolarkollektor
auch in den Innenraum eines Isolierglasverbundes integriert werden und
derart als Fassadenelement verwendet werden.
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Zumindest
die Seite des plattenförmigen Thermosolarkollektors, die
der Sonne zugewandt ist, wird mit einer Absorberschicht ausgeführt,
die einen hohen solaren Absorptionsgrad von größer
90% und insbesondere größer 95% und einen thermischen Emissionsgrad
von kleiner 5% und insbesondere kleiner 4% aufweist.
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Der
Zwischenraum zwischen dem sonnenseitigen Glas und dem dahinter angeordneten
Thermosolarkollektor kann im einfachsten Fall mit Luft oder mit
Edelgas befüllt sein oder es kann ein schwaches Vakuum
ausgebildet werden, wobei in diesem Fall elementweise Abstandshalter
zwischen Thermosolarkollektor und Glas angeordnet sein müssen.
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Als
Wärmetauschermedium kommen Luft, Stickstoff, ein H2-N2-Gemisch, Kältemittel
und dergleichen gasförmige Wärme tauschende Medien zum
Einsatz oder flüssige Medien wie beispielsweise Wasser
mit Zusatzstoffen zur Vermeidung des Gefrierens oder der Korrosion.
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Als
Folienmaterial für den plattenförmigen Thermosolarkollektor
kommt Kupfer oder Aluminium oder Edelstahl zum Einsatz und es werden Foliendicken
von wenigen 0,1 mm bis in den mm-Bereich, typisch 0,2 mm bis 0,5
mm verwendet. Weiters können Kunststoff-Folien verwendet
werden, beispielsweise langzeitstabile beziehungsweise UV-stabilisierte
Polycarbonat-Folien beziehungsweise Polycarbonat-Blend-Folien und
dergleichen temperaturstabile und druckstabile und verformbare und
strahlungsbeständige Folien.
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Unter
dem Begriff „dünne Platte”, die bevorzugt
aus Edelstahl besteht, werden erfindungsgemäß auch
andere dünne Materialien verstanden. Eine dünne
Platte ist z. B. eine Platte mit einer Dicke von 0,1 bis 2 mm, wenn
eine solche Platte z. B. aus Aluminium, Edelstahl oder Kupfer besteht.
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Wichtig
bei solchen Elementen ist, dass es zu einer Ausbeulung des gesamten
Elementes kommt, weil bei der Herstellung ein Hochdruckfluid mit
z. B. einem Druck von 6 bis 20 bar verwendet wird. Das Wärmeträgermedium
strömt unter einem Druck von einigen Bar bis etwa 6 Bar
durch die labyrinthförmig angeordneten Ausbeulungen des
plattenförmigen Solarkollektors.
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Beim
erstmaligen Einleiten des Hochdruckfluids kommt es also zu der vorher
genannten Ausbauchung oder Ausbeulung der einander zugeordneten
und gegenüberliegend angeordneten Plattenelemente, die
zwischen sich die Hohlräume für das Durchströmen
des Wärmeträgermediums bilden.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen nicht nur Metallfolien
und Metallbleche mit der angegebenen Dicke verstanden werden, sondern
auch Kunststofffolien, die eine geeignete mechanische Stabilität
aufweisen, ohne dass sie beim Druck von zwischen 1 bis 6 bar reißen
oder die dazwischen liegenden Schweiß- oder Verbindungsnähte
aufplatzen.
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Derartige
Kunststofffolien oder Platten sind z. B. Polykarbonatfolien, Polyesterfolien
oder Elends, d. h. Kombinationen aus beiden Materialien, wobei selbstverständlich
auch glasfaserverstärkte Kunststofffolien verwendet werden
können.
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Es
werden Kunststofffolien mit einer Dicke von z. B. 0,2 bis 1,5 mm
für Elemente mit den vorher genannten Kantenlängen
von 1 m auf 2 m verwendet.
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Wichtig
ist, dass die sonnenseitig angeordnete Folie eine hohe Absorptionsfähigkeit
für Sonnenlicht aufweist, d. h. sie ist bevorzugt schwarz
ausgebildet, was z. B. durch Zumischung von Ruß in den Kunststoffaufbau
geschehen kann. Ebenso können Kohlefasern in den Kunststoffaufbau
integriert werden.
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Bei
einem derartigen Isolierglasaufbau ist der Hohlraum nicht evakuiert,
sondern er steht unter dem atmosphärischen Druck der Umgebung,
in welcher der Isolierglasaufbau eingesetzt wird. Dies bedeutet,
er hat immer genau einen gleichen Innendruck, wie er außen
herrscht, nur dass der Innenraum mit einem Edelgas oder einem anderen
inerten Gas gefüllt ist, wie z. B. Argon, Xenon oder einem
anderen Gas.
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Sinn
der Auffüllung dieses Hohlraumes mit einem inerten Gas
ist, dass eine geringe Wärmeübertragung im Zwischenraum
stattfindet, sodass die Wärmeübertragung reduziert
wird.
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Zusätzlich
wird der Abstand so kleingehalten, dass eine Wärmekonvektion
von unten nach oben praktisch unterbunden wird, um eine Thermokonvektionskühlung
des Absorberbleches zu vermeiden.
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Es
sollte also im Innenraum keine Wärmezirkulation stattfinden,
sondern nur eine direkte Wärmeübertragung durch
Sonnenlicht und Lichteinstrahlung, ohne dass es zu einer Thermokonvektion kommt.
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Der
Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern
auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche
untereinander.
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Alle
in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten
Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche
Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit
sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der
Technik neu sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege
darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei
gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es
zeigen:
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1:
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Glasfassadenelements mit plattenförmigem Thermosolarkollektor
(1) in Draufsicht,
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2:
einen Schnitt A-B durch ein Glasfassadenelement mit plattenförmigem
Thermosolarkollektor (1) in einer ersten Ausführungsform
zur Integration in einer Gebäudefassade mittels Pfosten-Riegel
Konstruktion,
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3:
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Glasfassadenelements mit plattenförmigem Thermosolarkollektor
(1) mit Glasüberständen (18, 19, 20, 21)
in Draufsicht,
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4:
ein Schnitt A-B durch eine Glasfassadenelement mit plattenförmigem
Thermosolarkollektor (1) in einer zweiten Ausführungsform
als Isolierglaskonstruktion,
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5:
eine schematische Schnittdarstellung im oberen Zuleitungsbereich
(6) der zweiten Ausführungsform,
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6:
Draufsicht auf den oberen Zuleitungsbereich (6) der zweiten
Ausführungsform,
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7:
eine Draufsicht auf einen plattenförmigen Thermosolarkollektor
(3),
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8:
den schematischen Schnitt C-D durch einen plattenförmigen
Thermosolarkollektor (3) mit etwa gleich dicken Platten
(9, 10) und
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9:
den schematischen Schnitt C-D durch einen plattenförmigen
Thermosolarkollektor (3) mit einer stärkeren rückseitigen
Platte (10) und einer dünneren vorderen sonnenseitigen
Platte (9).
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In 1 ist
allgemein ein Fassadenelement 1 mit einem plattenförmigen
Thermosolarkollektor 3 dargestellt, wobei das Fassadenelement
mit dem plattenförmigen Thermosolarkollektor 3 einen
Isolierglasverbund ausbildet. Der Isolierglasverbund besteht aus
einem frontseitig angeordneten Glaselement 2, welches aus
einem Einscheibensicherheitsglas, einem teilvorgespannten Sicherheitsglas
(TVG) oder einem Verbundsicherheitsglas (VSG) oder selbst aus einem
Isolierglasverbund besteht, welcher aus mehreren im Abstand voneinander
angeordneten Einzelglaselementen besteht, die durch einen Hohlraum
voneinander getrennt sind.
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Es
ist ein randseitig umlaufender Abstandshalter 4 vorhanden,
der bevorzugt aus einem Hohlprofil besteht, welches mit einem Trocknungsmittel aufgefüllt
ist.
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Das
Hohlprofil im Abstandshalter 4 hat in Richtung auf den
Innenraum 28 des Fassadenelementes 1 kleine Luft
führende Öffnungen, um einen Zugang des im Innenraum 28 angeordneten
Gases zu dem Trocknungsmittel 5 im Abstandshalter 4 zu ermöglichen.
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Wichtig
ist, dass gemäß 1 und 2 der plattenförmige
Thermosolarkollektor 3 aus einer sonnenseitigen Platte 9 und
einer rückseitigen Platte 10 besteht, wobei im
Innenraum zwischen den Platten 9 und 10 unter
Druck das Wärmetauschermedium 22 fließt.
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Um
eine labyrinthförmige Strömung zu ermöglichen,
ist vorgesehen, dass ein Wärmeträgerfluid in die
Zuleitung 6 eingespeist wird und dort über labyrinthförmig
verlaufende Kanäle in Richtung der eingezeichneten Pfeile
nach 1 entlang strömt, um so einen langen
Strömungsweg zu erhalten. Es werden hierdurch hohe Turbulenzen
erzeugt, und die Strömungskanäle 23 sind
demzufolge labyrinthförmig angeordnet.
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Das
Medium strömt in den eingezeichneten Pfeilrichtungen von
der Zuleitung zickzackförmig über die Strömungskanäle 23 zu
der gegenüberliegend angeordneten Ableitung 7.
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Die
Strömungskanäle 23 werden durch – die Platten
linienförmig verbindende – Verbindungslinien 8 zusammengehalten,
um so die Strömungskanäle 23 abdichtend
voneinander abzutrennen. Diese linienförmigen Verbindungen
bestehen z. B. aus in Längsrichtung verlaufenden Schweißnähten
oder Lötnähten oder Lötstreifen oder
Klebungen, welche jedenfalls die vorderseitige Platte 9 und
die rückseitige Platte 10 miteinander verbinden
und so gegeneinander abschotten.
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Um
eine gute Absorptionsfähigkeit der vorderseitigen (sonnenseitigen)
Platte 9 zu erreichen, ist an deren Vorderseite eine Absorberbeschichtung 11 angeordnet,
und hierbei wird es bevorzugt, wenn an der Innenseite des Glaselementes 2 eine
innenseitige Oberflächenbeschichtung 12 angeordnet
ist.
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Die
Beschichtungen 11, 12 bestehen bevorzugt aus einem
Material, wie es in der allgemeinen Beschreibung genannt wurde.
Die Beschichtung 11 weist insbesondere eine hohe Absorption
für Sonnenlicht von typisch im Bereich von 95% und darüber auf
und einer geringen Wärmereflektion von typisch kleiner
5%. Die Beschichtung 12 weist wiederum eine gute Durchlässigkeit
für Sonnenlicht auf und derart eine geringe Reflektion
für einstrahlendes Sonnenlicht und eine gute Reflektion
von langwelliger Wärmestrahlung in Richtung der Absorberschicht 11.
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Ebenso
kann vorgesehen sein, dass auf dem vorderen Glaselement 2 eine
außenseitige Oberflächenbeschichtung 13 angeordnet
ist. Es kann sich hierbei um eine Antireflexionsschicht handeln.
Weiters kann anstelle der Schicht 13 das Glas 2 außenseitig
eine prismierte beziehungsweise antireflektierende Oberfächenbschaffenheit
aufweisen.
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Wichtig
ist, dass der Innenraum 28 von der Außenatmosphäre
absolut abgedichtet ist und hierzu sind zwei Haftverbunde 14, 15 vorgesehen.
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Mit
dem innenliegenden (primären) Haftverbund 14,
zum Beispiel Butyl, wird das Hohlprofil des Abstandshalters 4 in
Richtung zu den beiden Elementen 2, 3 verbunden
und zusammengeklebt, wodurch ein gewisses thermisches Spiel noch
erlaubt ist. Um einen absolut dichten Luftabschluss nach außen
zu gewährleisten, sind die Stirnseiten ringsumlaufend mit
dem weiteren Haftverbund 15 versehen, der z. B. ein Polyurethan
(PU) oder ein Polysulfid oder ein Silicon oder dergleichen ist.
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Wichtig
bei der vorliegenden Erfindung ist auch, dass ein primärer
und sekundärer Haftverbinder vorhanden ist. Unter dem Begriff
Haftverbinder wird hierbei der mit den Bezugszeichen 14 und 15 in der
Beschreibung erwähnte Haftverbund bezeichnet.
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Hierunter
wird Folgendes verstanden:
Die Abstandshalter müssen
sozusagen in den Isolierscheibenaufbau Abstands haltend jedoch dichtend und
mit hohem Bewegungsspiel eingeklebt werden, so dass der Abstandshalter
zwischen den sich thermisch verziehenden Isolierglasscheiben oder
Glaselementen 2 ein bestimmtes Bewegungsspiel aufweisen
muss. Hierzu dient der erfindungsgemäße Haftverbund 14, 15.
Die beiden Haftverbunde 14, 15 sollen die beiden
einander zugeordneten Elemente, hier in den 1 bis 3 die
vorderseitige Scheibe 2 und der Solarkollektor 1,
zusammenhalten, und zwar abdichtend unter Gestattung eines entsprechend thermischen
Bewegungsspiels. Der Haftverbund 15, der stirnseitig angeordnet
ist, soll einen abdichtenden Abschluss der gesamten Anordnung bieten,
um einen gasdichten und wasserdampfdichten Abschluss für
den Hohlraum 28 zu bilden. Damit ist der Hohlraum 28 gegenüber
der Außenatmosphäre abgeschlossen, und der gasdichte
Abschluss mit dem Haftverbund 15 sorgt dafür,
dass über diesen Weg keine Luft beziehungsweise kein Wasserdampf
eindringen kann beziehungsweise eindringender Wasserdampf durch
das Trocknungsmittel 5 im Abstandshalterprofil 4 mit
den Durchbrüchen 26 gebunden wird.
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Insbesondere
soll der Haftverbund 14 und 15 wasserdampfdicht
sein, um auf jeden Fall zu vermeiden, dass Wasserdampf eindringt,
was zu einem Beschlagen des Innenraumes 28 mit Wasserdampftröpfchen
führen würde.
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Wenn
nun die Sonne 16 in der eingezeichneten Pfeilrichtung 17 nach
der 2 einstrahlt, wird sich das vorderseitige Glaselement
aufgrund seiner Beschichtung nur wenig erwärmen, und es
wird die Sonnenstrahlung ungehindert in den Innenraum 28 einstrahlen
und auf die Absorberbeschichtung 11 der vorderseitigen
(sonnenseitigen) Platte 9 auftreffen. Diese Platte erwärmt
sich deshalb auf eine Temperatur von z. B. 80 bis 150 Grad Celsius
und gibt aufgrund der dort bestehenden Wärmeleitung die
Wärme in den Innenraum der Strömungskanäle 23 und damit
auf das Wärmetauschermedium 22 ab.
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Aufgrund
der zickzackförmig verlaufenden Strömungskanäle 23 wird
eine hohe Turbulenz im Wärmetauschermedium 22 erzeugt,
wodurch eine gute Wärmeübertragung erfolgt.
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Damit
ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass aufgrund des Isolierglasaufbaus
vorderseitig ein sich nur gering erwärmendes Glaselement 2 vorhanden
ist und das rückseitige, den Isolieraufbau begrenzende
Element durch den plattenförmigen Thermosolarkollektor 3 selbst
gebildet ist.
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Damit
ergibt sich eine geringe Aufbauhöhe von z. B. 2 bis 5 cm
bei relativ großen Plattengrößen von
z. B. 1 m auf 2 m.
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In 3 ist
noch dargestellt, dass die oberen Stirnseiten des Glaselementes 2 verlängert
ausgebildet werden können und obere und untere Glasüberstände 18, 19 ausbilden,
um so in eine Pfosten-Riegel-Konstruktion integriert werden zu können,
wobei diese Glasüberstände 18, 19 an
den zugeordneten Riegeln und Pfosten anschlagen und dadurch einbaubar
sind.
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Gleiches
gilt auch für den Glasüberstand 20 und 21,
der jeweils links und rechts angeordnet ist, um so eine vollständige
Integration in einer Pfosten-Riegel-Konstruktion zu erreichen beziehungsweise
eine geklebte Nur-Glas-Fassade (Structural Glazing Fassade) zu erreichen.
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In
den 4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsform
dargestellt, bei der die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Es gelten auch alle vorherigen Erläuterungen.
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In
Abweichung zum Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 ist
in den 4 bis 6 dargestellt, dass der plattenförmige
Thermosolarkollektor 3 nun im Innenraum 28 des
Isolierglasaufbaues angeordnet ist und nicht mehr die Rückseite
des Isolierglasaufbaues selbst bildet. Als rückseitiges Element
ist deshalb ein zusätzliches Glaselement 25 vorgesehen.
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Die
Art und der Aufbau dieses rückseitigen Glaselementes 25 können
genau gleich sein wie das vorderseitige Glaselement 2,
sodass für das rückseitige Glaselement 25 alle
Erläuterungen gelten, die auch anhand des vorderseitigen
Glaselementes 2 gegeben wurden.
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Auch
hier kann demzufolge eine vorderseitige außenseitige Beschichtung 13 und
eine innenseitige Beschichtung 12 vorgesehen werden.
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Wichtig
bei diesem Aufbau ist, dass nun der plattenförmige Thermosolarkollektor 3 vollständig
im Innenraum integriert ist. Hierzu wird ein Halteelement 24 innenseitig
an dem umlaufenden Abstandshalter 4 angeordnet, wobei dieses
Halteelement ein thermisches Spiel des plattenförmigen
Thermosolarkollektors ausgleicht und aufnimmt. Es handelt sich um
ein U-Profil, welches mit Spiel den plattenförmigen Thermosolarkollektor 3 aufnimmt,
um so ein wärmebedingtes Ausgleichsspiel zu ermöglichen.
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Wie
die 5 und 6 zeigen, muss nun die Zu- und
Ableitung 6 und 7 stirnseitig aus dem plattenförmigen
Thermosolarkollektor 3 herausgeführt werden.
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Auch
hier sind die Abstandsprofilhalterdurchbrüche 26 vorgesehen,
die anhand der 2 bereits schon erläutert
wurden, um dem im Innenraum des Abstandshalters 4 angeordneten
Trocknungsmittel 5, wie beispielsweise Zeolith oder Silicagel
und dergleichen Trocknungsmittel, eine Luft führende Verbindung
zu dem Hohlraum 28 des Isolierglasaufbaus zu ermöglichen.
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Es
ist im Übrigen nicht lösungsnotwendig, dass der
vordere Innenraum 28 luftschlüssig von dem hinteren
Innenraum 29 getrennt ist. Weil zwischen den Halteelementen 24 und
den Stirnseiten des plattenförmigen Thermosolarkollektors 3 ein
gewisses Wärmeausgleichsspiel ist, kommt es zu einer luftschlüssigen
Verbindung der beiden Innenräume 28, 29,
so dass diese durchgehend mit einem inerten Gas gefüllt
sind.
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Wichtig
bei dieser Ausführungsform ist der gute Wirkungsgrad des
genannten Thermosolarkollektors, weil er nicht nach hinten abstrahlen
kann. Dies wird durch den Hohlraum 29 verhindert, der eine Wärmeübertragung
nach hinten unterbindet. Es können wie den anderen Ausführungsbeispielen
Reflexionsbeschichtungen vorhanden sein, so dass sich ein guter
Wirkungsgrad ergibt.
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Die 7 bis 9 zeigen
einen detaillierten Aufbau des plattenförmigen Thermosolarkollektors 3,
der – wie vorher beschrieben – aus zwei relativ dünnen
Platten besteht, die miteinander über die genannten Verbindungen 8 linienförmig
miteinander verbunden sind, um so die Strömungskanäle 23 für die
Durchströmung des Wärmetauschermediums zu bilden.
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Zur
Herstellung werden die beiden vorderseitigen und rückseitigen
Platten plan miteinander verbunden, und zwar im Bereich einer umlaufenden berandenden
Verbindung 30, die z. B. durch eine Schweißnaht
oder Lötnaht oder eine Klebenaht erfolgt. Es werden dann
die einzelnen Strömungskanäle 23 durch
linienförmige Verbindungen 8 voneinander abgeteilt,
wobei nicht lösungsnotwendig ist, dass die Verbindungen 8 durchgehend
sind, sie können auch strichförmig vorhanden sein
oder Zwischendurchbrüche aufweisen.
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Die 8 zeigt
den Schnitt C-D in dem oberen Teil des Thermosolarkollektors 3,
wo erkennbar ist, dass sich eine relativ gleichmäßige
Aufblähung oder Aufwölbung der beiden Plattenelemente
unter dem Überdruck bei Einwirkung des Hochdruckfluids während
der Herstellung entsteht.
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Wenn
jedoch gemäß der 9 als abweichendes
Ausführungsbeispiel für die rückseitige
Platte 10 eine stärkere Stärke gewählt
wird als für die sonnenseitige Platte 9, dann
wird sich die sonnenseitige Platte 9 mehr aufwölben
und ausbauchen als vergleichsweise die rückseitige Platte 10,
wodurch sich dann der Querschnitt nach der 9 in der
Abweichung zu der anderen Ausführungsform verändert.
-
- 1
- Fassadenelement
mit plattenförmigem Thermosolarkollektor
- 2
- Glaselement
außen bzw. sonnenseitig: ESG oder TVG oder VSG oder Isolierglasverbund
- 3
- plattenförmiger
Thermosolarkollektor
- 4
- Abstandshalter
- 5
- Trocknungsmittel
- 6
- Zuleitung
- 7
- Ableitung
- 8
- Verbindungen
im plattenförmigen Thermosolarkollektor zwischen den beiden
Platten
- 9
- sonnenseitige
Platte
- 10
- rückseitige
Platte
- 11
- Absorberbeschichtung
- 12
- innenseitige
Oberflächenbeschichtung des Glaselementes 2
- 13
- außenseitige
Oberflächenbeschichtung des Glaselementes 2
- 14
- primärer
polymerer Haftverbund
- 15
- sekundärer
polymerer Haftverbund
- 16
- Sonne
- 17
- Sonnenbestrahlung
- 18
- Glasüberstand
oben
- 19
- Glasüberstand
unten
- 20
- Glasüberstand
rechts
- 21
- Glasüberstand
links
- 22
- Wärmetauschermedium
(Hohlraum bzw. Ausbeulung bzw. Labyrinth)
- 23
- Strömungskanäle
- 24
- Halteelement
für den Thermosolarkollektor
- 25
- Glaselement
innen
- 26
- Abstandshalterprofil-Durchbrüche
- 27
- Isolation
für die Zu- bzw. Ableitungen durch den Abstandshalter
- 28
- Innenraum
vorne
- 29
- Innenraum
hinten
- 30
- berandende
Verbindungen der beiden Platten des plattenförmigen Thermosolarkollektors
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 01279905
B1 [0002, 0005]
- - DE 102006006718 B4 [0006]
- - US 03458917 [0007, 0009]
- - EP 00444338 B1 [0009]
- - US 0345917 A1 [0010]