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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten, vorzugsweise Wasser, mittels Sonnenenergie, die auch als Solarheizung bezeichnet werden kann. Hierbei werden erfindungsgemäß glattwandige Kunststoffrohre als Absorberrohre zur Absorption der Sonnenenergie verwendet. Die einzelnen Absorberrohre werden erfindungsgemäß mittels einer Klemmsicherung gegen Ausziehen aus den Anschluss- bzw. Verteilerrohren selbst bei erhöhten Innendrücken und/oder erhöhten Temperaturen gesichert.
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Steigende Öl- und Gaspreise erfordern Maßnahmen zur Reduzierung der Haushaltskosten. Außerdem wird die Umwelt beim Heizen mittels fossiler Brennstoffe mit steigendem Kohlenstoffdioxidausstoß und anderen Treibhausgasen belastet. Abgesehen davon sind jedenfalls die nicht nachwachsenden Rohstoffe begrenzt und müssen daher schonend eingesetzt werden. Deshalb wurden und werden Solarheizungen entwickelt und eingesetzt.
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Aus der Praxis sind Vorrichtungen zur Erwärmung von Flüssigkeiten mittels Sonnenenergie allgemein bekannt geworden. Darunter finden sich auch Solarheizungen, bei denen einzelne gerippte Absorberrohre zur Absorption der Sonnenenergie und zur Erwärmung des durchfließenden Wassers eingesetzt werden. Weiterhin sind Ausführungen allgemein bekannt geworden, bei denen so genannte Solarabsorberbahnen oder Solarabsorberplatten zur Absorption der Sonnenenergie verwendet werden.
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Bei der mit einzelnen, gerippten Absorberrohren aufgebauten Solarheizung werden die einzelnen Rippenrohre über Nippel an Verteilerrohren befestigt. Hierzu wird in das jeweilige Rippenrohr zunächst eine hülsenförmige Anschlussdichtung mit Dichtflansch auf die als Anschlussstutzen dienenden Nippel des Verteilerrohrs geschoben. Zur Sicherstellung eines bestimmten Anpressdruckes der Dichtung wird eine zylinderförmige Stützhülse bündig auf das Anschlussende des Rippenrohrs geschoben. Die einzelnen Rippenrohre werden im wesentlichen parallel zueinander an zwei Verteilerrohren angeschlossen. Nachteilig bei dieser Solarheizung ist zunächst die Ausführungsform der Rohre selbst. Denn die Rippen der Rohre können bei der Sonnenbestrahlung einen Schatten auf die jeweils benachbarten Rippen und/oder auf den jeweils benachbarten Rippengrund werfen. Hierdurch kann die effektive Absorptionsfläche der Rippenrohre verkleinert werden, so dass sich der Wirkungsgrad der Vorrichtung entsprechend vermindern kann. Außerdem kann die Verrippung zu einer größeren Kühlfläche bei Windeinfluss und zu einem schlechteren Abfluss von Regenwasser führen. Die Verrippung kann zusätzlich die Beseitigung von Schmutz, z. B. von Vogelkot, mittels Regenwasser oder Spülwasser erschweren. Aufgrund der hohen Elastizität der dünnwandigen Rippenrohre ist eine horizontale Anordnung bzw. Verlegung derselben nur eingeschränkt bzw. nur mit einem erhöhten Aufwand möglich.
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Der unregelmäßige Querschnitt des Rippenrohrs erhöht den Strömungswiderstand und den Druckverlust und bei der Inbetriebnahme kann es im Bereich der Rippen zu Lufteinschlüssen kommen. Infolge dessen kann eine höhere Pumpenleistung benötigt werden, so dass nur ein vergleichsweise schlechter Wirkungsgrad erreicht werden kann. Diese Konstruktion erlaubt im Betrieb lediglich einen maximalen Druck von 4 bar bei einer Betriebstemperatur von 20 Grad Celsius bzw. von maximal 2,5 bar bei einer Temperatur von 50 Grad Celsius. Dementsprechend begrenzt sind die Anwendungen bzw. ist der Einsatzbereich dieser Vorrichtung.
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Bei der Vorrichtung, bei der Absorberbahnen als Kollektor verwendet werden, bestehen die Solarabsorberbahnen aus fest miteinander verbundenen, parallelen Röhrchen. An den Enden der jeweiligen Solarabsorberbahn ist jeweils ein Verteilerrohr unlösbar befestigt. Das Wasser fließt über ein erstes Verteilerrohr in die Röhrchen der Solarabsorberbahn und aus den Röhrchen in ein zweites Verteilerrohr. Derartige Solarabsorberbahnen müssen vorkonfektioniert sein. Einzelne Solarabsorberbahnen werden auf das Dach geklebt und über die Verteilerrohre zu einem größeren Kollektor verbunden. Diese Vorrichtung wird zusätzlich mit Hilfe von Montageschienen an den Dachziegeln befestigt. Die Solarabsorberbahnen sind nicht zerstörungsfrei demontierbar, da sie auf das Dach geklebt werden. Ein weiterer Nachteil ist der eingesetzte Werkstoff EPDM. Denn die darin enthaltenen Weichmacher können Nagetiere anlocken, welche deshalb dieses Material anbeißen bzw. auffressen können, so dass die Gefahr von Beschädigungen bis hin zu einem Totalausfall der Solarheizung besteht. Da die Röhrchen dicht nebeneinander liegen, können diese Schatten auf die benachbarten Röhrchen werfen. Dadurch kann die Absorptionsfläche nicht optimal ausgenutzt werden. Die Solarabsorberbahnen sind vorkonfektioniert, d. h. sie besitzen vordefinierte Maße. Deshalb kann die zur Verfügung stehende Fläche meistens nicht voll ausgenutzt werden. Ein weiterer Nachteil sind die hohen Investitionskosten dieser Vorrichtung.
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Bei dem auf Solarabsorberplatten basierenden Kollektor werden die einzelnen Absorberplatten über Steckverbindungen miteinander verbunden. Hierzu gibt es unterschiedliche Plattenvarianten. Es gibt Platten mit integriertem Sammelrohr und zwei Anschlussstutzen, Platten mit vier Anschlussstutzen und Platten mit integriertem Sammelrohr auf beiden Seiten. Die einzelnen Platten werden zu einem Gesamtsystem verbunden. Nachteile dieser Vorrichtung sind die vorkonfektionierten Platten, d. h. die Platten sind nur in bestimmten Maßen erhältlich. Hierdurch kann eine zur Verfügung stehende Fläche in der Regel nicht optimal ausgenutzt werden. Außerdem fallen auch für diese Vorrichtung hohe Investitionskosten an, da sie viele spezielle Sonderteile benötigt. Weiterhin ist das System aufgrund der Kollektorplatten lediglich für niedrige Drücke ausgelegt. Die Verwendung der Platten führt zu begrenzten Durchflussmengen und vergrößert zugleich die Abkühlfläche des Systems.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten mittels Sonnenenergie bzw. eine Solarheizung zur Verfügung zu stellen, die eine erhöhte Leitungsdruckbeständigkeit bzw. Sicherheit gegen Ausziehen der Absorberelemente aufweist, so dass selbst bei erhöhten Innendrücken und/oder bei erhöhten Temperaturen stets eine ausreichende bzw. sichere Abdichtung gegen Austreten der Sicherheit erreicht wird und/oder die vorteilhaften Möglichkeiten zur Minimierung der Pumpenleistung bzw. zur Vergrößerung der Durchflussmenge für einen vorgegebenen Durchflussquerschnitt der Absorberelemente sowie für einen größeren Wirkungsgrad bietet, und die ferner vor Ort in Selbstbauweise, insbesondere von einem Heimwerker einfach montierbar und zerstörungsfrei demontierbar ist und die außerdem einfach und kostengünstig sowohl herstellbar als auch auf die Anwender bzw. Einsatzbedürfnisse vor Ort anpassbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Erfindungsgemäß können einzelne glattwandige Rohre aus Kunststoff, vorzugsweise aus schwarzem Polypropylen, als Absorberelemente zur Absorption der Sonnenenergie vorgesehen sein. Als Anschluss- bzw. Verteilerrohre können bevorzugt Vierkantrohre, insbesondere aus Edelstahl eingesetzt werden. Diese Anschluss- bzw. Verteilerrohre können jeweils von wenigstens zwei Klemmleisten zur Fixierung des jeweiligen Absorberrohres relativ zu dem jeweiligen Anschluss- bzw. Verteilerrohr umgeben sein. Die Klemmleisten können ebenfalls aus Edelstahl bestehen.
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Die in der Vorrichtung mittels einer Flüssigkeitspumpe geförderte Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, kann über ein Anschluss- bzw. Verteilerrohr in die Absorberrohre gelangen und von dort aus in ein weiteres Anschluss- bzw. Verteilerrohr. Von dort aus kann die Flüssigkeit bzw. das Wasser zu einem Verbraucher, beispielsweise einem Schwimmbad, einer Dusche und/oder allgemein einer Wasserleitung gefördert werden, wo dann die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erwärmte Flüssigkeit zur Verfügung steht. Die Solarheizung kann über Klemmleisten, beispielsweise auf dem Dach eines Gebäudes, befestigt werden bzw. sein. Mit der erfindungsgemäßen Solarheizung lässt sich ein maximaler Druck von etwa 8 bar bei einer Betriebstemperatur von 50 Grad Celsius verwirklichen, ohne dass dabei irgendwelche Undichtigkeiten auftreten würden. Um eine Zerstörung und/oder Undichtigkeit der Vorrichtung in Folge eines Übersteigens des maximal zulässigen Druckes zu vermeiden, kann die Vorrichtung mit einem Überdruckventil versehen sein.
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Die Vorrichtung kann beispielsweise auch an einem Zaun, beliebigen Freiflächen, einem schrägen Dach oder einem Flachdach befestigt sein. Die Solarheizung ist aufgrund der gewählten Werkstoffe, insbesondere Edelstahl und Polypropylen, witterungsbeständig. Die Absorberrohre können mit Hilfe von Dichtungen, vorzugsweise aus Gummi, beispielsweise aus EPDM, gegenüber dem jeweiligen Anschluss- bzw. Verteilerrohr flüssigkeitsdicht abgedichtet sein.
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Die Absorptionsrohre können übliche und dadurch kostengünstige Kunststoffrohre sein. Die Absorberrohre können zudem am Stück verfügbar sein, d. h. sie können in einer großen Länge, gegebenenfalls sogar aufgewickelt, erhältlich sein und können vor Ort einfach, beispielsweise mittels eines Messers, auf die gewünschte Länge abgeschnitten werden. Durch Verwendung langer Absorptionsrohre, beispielsweise mit einer Länge von 50 Metern, können Klemmleisten und die Anschluss- bzw. Verteilerrohre wesentlich kürzer ausgeführt und dadurch kostengünstiger zur Verfügung gestellt werden.
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Die Oberflächenbeschaffenheit der Absorberrohre, ist vorzugsweise sowohl innen als auch außen, glattwandig bzw. können die Absorberrohre, vorzugsweise innen und außen, durchgehend eine glatte Oberfläche aufweisen. Infolge einer glatten Außenfläche der Absorberrohre kann Schmutz, beispielsweise Vogelkot, aber auch Regenwasser schlechter haften bleiben und die Absorberrohre können außerdem einfacher von Schmutz befreit werden. Infolge einer glatten Innenfläche der Absorberrohre können sich dort keine Luftblasen festsetzen, so dass der Wirkungsgrad der Solarheizung dadurch entsprechend hoch sein kann.
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Bevorzugt kann das jeweilige Absorberrohr an seinen beiden Enden eine Schräge aufweisen bzw. schräg abgetrennt sein bzw. werden. Dadurch wird die Montage erleichtert, da nicht mehr darauf geachtet werden muss, ob das jeweilige Absorberrohr zu tief in das jeweilige Anschluss- bzw. Verteilerrohr eingeführt wird. Außerdem kann die Flüssigkeit dann leicht in das jeweilige Absorptionsrohr fließen. Die freien Rohrenden des jeweiligen Absorberrohrs können bevorzugt in einem, vorzugsweise zwischen 30 und 60 Grad betragenden Winkel, schräg zur Längsachse des Absorberrohrs, vorzugsweise mit Hilfe eines Messers oder eines ähnlichen Schneid- bzw. Trennwerkzeuges, abgetrennt sein bzw. werden. Bei dem Abtrennvorgang geht im wesentlichen kein Material verloren, da an beiden Enden der Rohre eine Schräge vorteilhaft ist.
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Angesichts der Verwendung von einzelnen, glattwandigen Absorberrohren steht eine wesentlich größere Absorptionsfläche zur Verfügung. Die einzelnen Absorberrohre können anhand von Abstandshaltern auf Distanz gehalten werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass bei unvorteilhafter Sonneneinstrahlung der Schatten von einem Absorberrohr auf ein benachbartes Absorberrohr geworfen wird.
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Die Anschluss- bzw. Verteiler- oder Sammelrohre können einen vorzugsweise quadratischen Querschnitt aufweisen. Derartige Rohre und die darin vorzusehenden Bohrungen zur Aufnahme der Enden der Absorberrohre lassen sich einfacher und kostengünstiger, beispielsweise mittels Wasser- oder Laserstrahl schneiden oder bearbeiten und lassen sich auch einfacher bzw. besser gegenüber den Absorberrohren abdichten. Die ebene Fläche der Rechteck- bzw. Vierkant-Anschluss- bzw. Verteilerrohre ermöglicht einen permanenten senkrechten Einfallwinkel des Laser- bzw. Wasserstrahls, so dass eine einfache und kostengünstige Verfahrensführung und effektive Herstellung möglich ist. Weil Dichtelemente auf einer ebenen Fläche einfacher positioniert werden können als auf einer gekrümmten Fläche, wird die Montage der Solarheizung, d. h. die Montage der Dichtelemente an den Anschluss- bzw. Verteilerrohren erleichtert. Außerdem sind Dichtelemente, die auf einer ebenen Fläche montiert werden, kostengünstiger als Dichtelemente, die für gekrümmte Flächen vorzusehen sind. Bei einer Herstellung der Durchgangsöffnungen mittels Laser- bzw. Wasserstrahlschneiden ist gegenüber anderen Bearbeitungsverfahren eine schnellere und präzisere Bearbeitung möglich. Die Klemmleisten und/oder die Abstandshalter können ebenfalls bevorzugt mittels Laser- oder Wasserstrahlschneiden hergestellt sein.
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Die Klemmleisten können aus einfachen Edelstahlblechen gefertigt sein. Nachdem die Öffnungen, beispielsweise für eine spätere Schraubenverbindung und/oder für, vorzugsweise teil- bzw. halbkreisförmige, Klemmaussparungen für die Klemmsicherung der Absorberrohre hergestellt wurden, kann das Blechteil zu einem U-förmigen Profil gebogen bzw. abgekantet werden. Ein die Klemmsicherung ermöglichender Schenkel kann in einem spitzen Winkel, vorzugsweise von etwa 60 bis 80 Grad, zu einer Basisfläche der U-Profil-Klemmleiste ausgebildet sein.
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Mit Hilfe der Klemmleisten kann eine gegebenenfalls selbstsichernde Klemmsicherung der Absorptionsrohre erreicht werden. Die Absorptionsrohre können bereits bei der Montage durch die Anpresskraft der Klemmleisten zumindest kraftschlüssig, gegebenenfalls auch formschlüssig durch eine lokale Verformung der Außenwand der aus Kunststoff bestehenden Absorptionsrohre, gesichert werden bzw. sein. Bei den Solarheizungen nach dem Stand der Technik können die Absorptionsrohre bei erhöhten Innendrücken und/oder erhöhten Temperaturen aus dem jeweiligen Anschluss- bzw. Verteilerrohr gezogen werden, sofern nicht andere Maßnahmen getroffen werden. Zu diesem Zwecke sind erfindungsgemäß Klemmelemente, vorzugsweise Klemmleisten, vorgesehen. Sollte sich ein Absorptionsrohr trotz der dem entgegenwirkenden Kräfte der Klemmelemente bzw. Klemmleisten infolge eines weiter erhöhten Innendruckes und/oder einer weiter erhöhten Temperatur aus einem Anschluss- bzw. Verteilerrohr heraus bewegen, werden durch die Klemmverbindung die am Außenumfang des Absorberrohres angeklemmten Klemmelemente bzw. Klemmleisten mitbewegt. Hierdurch ändert sich automatisch der besagte Winkel des jeweiligen Klemmelementes zu größeren Werten hin, d. h. in Richtung 90 Grad, so dass dadurch eine zunehmende Anpress- und Rückstellkraft erreicht wird. Je weiter das jeweilige Absorptionsrohr aus dem Anschluss- bzw. Verteilerrohr herausgezogen wird, desto größer wird die Anpress- und Rückstellkraft bzw. die Klemmkraft bis zum Erreichen eines Extremwertes, der dann erreicht wird, wenn der besagte Winkel 90 Grad beträgt.
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Die eingesetzten Bauteile sind vorzugsweise korrosions- und chlorbeständig, so dass die Vorrichtung vorzugsweise gegenüber Umwelteinflüssen und Medien, beispielsweise Chlor, resistent ist.
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Um die Absorptionsrohre auf Abstand zu halten, kann ein Abstandshalter zwischen den Rohren platziert werden. Ein derartiger Abstandshalter kann ebenfalls aus Edelstahl bestehen und kann aus einem Blech gebildet bzw. geformt sein. In einem ersten Bearbeitungsschritt können teilkreisförmige Öffnungen an parallelen Längskanten eines, vorzugsweise rechteckigen, Blechzuschnittes angebracht werden. In einem zweiten Schritt kann das mit den Öffnungen versehene Blech zu einem U-förmigen Profil gebogen bzw. abgekantet werden. Die teilkreisförmigen Öffnungen können Öffnungsbegrenzungskanten aufweisen, die vorzugsweise einen Öffnungswinkel, insbesondere zwischen 150 und 210 Grad, vorzugsweise größer als 180 Grad, insbesondere etwa 190 bis 200 Grad, einschließen. Der Innenradius der Öffnungsbegrenzungskanten kann gleich groß oder geringfügig größer sein als der Außenradius der Absorptionsrohre. Die Absorptionsrohre können in einfacher Art und Weise in den teilkreisförmigen Öffnungen des Abstandshalters eingeclipst bzw. eingerastet werden, wobei also nicht nur eine kraftflüssige, sondern auch eine formflüssige Verbindung gereicht wird, ohne dass es weiterer Hilfsmittel bedürfen würde. Mit Hilfe der Abstandshalter kann insbesondere erreicht werden, dass sich die Absorptionsrohre, insbesondere infolge von temperatur- und/oder druckbedingten Dehnungen, nicht willkürlich anordnen, wodurch eine Abschattung von benachbarten Absorptionsrohren vermieden wird.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Gesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus dem nachfolgenden Beschreibungsteil, in dem bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarheizsystems in Verbindung mit zwei Anwendungs- bzw. Einsatzbeispielen;
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2 ein weiteres Einsatzbeispiel der Erfindung;
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3 ein Ausführungsbeispiel für mehrere miteinander zu einem Solarheizsystem gekoppelte Solarheizungsmodule;
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4 einen Querschnitt der Solarheizung entlang den Schnittlinien A-A in 1;
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5 einen Teil-Querschnitt der Solarheizung entlang den Schnittlinien B-B in 1;
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6 einen Teil-Längsschnitt der Solarheizung gemäß 1 parallel zur Blattebene;
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7 eine der 4 entsprechende Darstellung eines Querschnittes eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Solarheizung;
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8 eine der 5 entsprechende Darstellung eines Teil-Querschnittes der Solarheizung gemäß 7;
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9 eine der 6 entsprechende Darstellung eines Längsschnittes der Solarheizung gemäß 7;
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10 eine Draufsicht in Achsrichtung einer bei der Solarheizung gemäß 7 eingesetzten Schottwandvorrichtung zur Umleitung des Flüssigkeitsstromes zur Verwirklichung einer Reihenschaltung bzw. eines Einrohrsystems;
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11 einen Teil-Schnitt entlang der Schnittlinien C-C in 8;
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12 einen Längsschnitt der Schottwandvorrichtung.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Solarheizsystems 29 dargestellt. Das Heizsystem 29 ist in diesem Beispiel auf einem Dach 30.1 eines Gebäudes bzw. Hauses 30 befestigt. Die Solarheizung 29 umfasst ein Sammelrohr 31 und ein Verteilerrohr 32 (4) sowie mehrere Absorptionsrohre 22. Das Sammelrohr 31 und das Verteilerrohr 32, die auch mit Anschluss- bzw. Wasserrohr bezeichnet sind, sind jeweils von zwei U-förmigen Klemmleisten 20, 21 umgeben.
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Das Heizsystem 29 kann beispielsweise für die Beheizung von Wasser für ein Wasser- bzw. Schwimmbecken 27 und/oder für eine Dusche 28 genutzt werden. Beim Beheizen des Wassers 26 für das Schwimmbad 27 wird das Wasser 26 mit Hilfe einer Pumpe 25 aus dem Schwimmbecken 27 über eine Wasserleitung 24 zu dem Solarheizsystem 29 gefördert, wo das Wasser 26 mittels Sonnenenergie erwärmbar ist bzw. erwärmt wird. Von dort wird das erwärmte Wasser über eine Wasserleitung 23 wieder in das Wasser- bzw. Schwimmbecken 27 gefördert oder über die Dusche 28 ins Freie geleitet. Es versteht sich, dass zum Betrieb der Dusche 28 bevorzugt frisches Wasser bzw. Trinkwasser in das Solarheizsystem 29 eingespeist werden kann.
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In 2 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine direkte Einbindung der Solarheizung 29 in ein Boiler-Wasser-Wärmsystem, das einen Boiler 40, Wasserleitungen 41, 42 und einen Verbraucher 43 umfasst. Bei dieser Anwendung wird das durch das Heizsystem 29 erwärmte Wasser über einen Warmwasserspeicher bzw. Boiler 40 in den Wasserkreislauf des Hauses 30 eingespeist.
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Gemäß 3 können einzelne Solarheizungen in Form von Heizungsmodulen zu einem größeren Solarheizsystem vereinigt werden. Die einzelnen Module bzw. Segmente 29 können durch Verbindungselemente in Form von Wasserrohren flüssigkeitsdicht miteinander gekoppelt sein.
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4 zeigt einen Querschnitt A-A (1) des Solarheizsystems 29 in Parallelschaltung. Die Einzelteile in dem dargestellten Querschnitt A-A sind das Absorptionsrohr 22, die Klemmleisten 20 und 21, das Sammelrohr 31, das Verteilerrohr 32, die Dichtelemente 33, die gegebenenfalls vorgesehenen Einzugssicherungen 34, die Muttern 35 und die Schrauben 36.
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Die Wasserdichtheit zwischen dem jeweiligen Absorptionsrohr 22 und dem jeweiligen Anschluss- bzw. Verteilerrohr 31, 32, wird durch die Dichtelemente 33 gewährleistet. Die jeweilige Ringdichtung 33 wird vorzugsweise vor der Montage der Absorptionsrohre 22 in eine Durchgangsöffnung 44 des Anschluss- bzw. Verteilerrohrs 31, 32 eingepresst. Vorzugsweise anschließend wird das jeweilige Absorptionsrohr 22 in und durch die jeweilige Durchgangsöffnung der jeweiligen Dichtung 33 hindurch in das jeweilige Anschluss- bzw. Verteilerrohr 31, 32 eingesteckt. Die Dichtelemente 33 bestehen vorzugsweise aus Gummi, insbesondere aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Die Dichtungen 33 sind durch die Klemmleisten 20 und 21 gegen einen Verbiss von Nagetieren wie Mardern und außerdem gegen UV-Strahlung und folglich gegen eine dadurch bedingte Alterung bzw. Versprödung wirksam geschützt. Zusätzlich kann das jeweilige Absorptionsrohr 22 über die paarweise vorgesehenen Klemmleisten 20 und 21 zumindest formschlüssig, vorzugsweise auch kraftflüssig, gegen ein Ausziehen aus dem jeweiligen Anschluss- bzw. Verteilerrohr 31, 32 fixiert werden. Hierzu sind bzw. werden die Klemmleisten 20, 21 paarweise mittels der Schraube 36 und der Mutter 35 miteinander gekoppelt und gegeneinander mit dem dazwischen angeordneten Absorptionsrohr verspannt. Auf diese Weise kann eine Klemmverbindung 37 zwischen den sich gegenüber liegenden Klemmelementen 20.2, 21.2 der Klemmleisten 20, 21 erreicht werden. Die Mutter 35 bzw. ein Innengewindeträger ist jeweils an einer der Klemmleisten 20 bzw. 21, vorzugsweise durch Schweißen, befestigt. Die Verbindung der Klemmleisten 20, 21 kann beispielsweise auch mittels einer Durchsteckverbindung von Schrauben und Muttern hergestellt sein. Durch die Verspannung mittels der Schrauben 36 sind die Klemmleisten 20, 21 an dem Sammelrohr 31 bzw. an dem Verteilerrohr 32 fixiert. Die Wasserrohre 31 und 32 können jeweils zusätzlich durch eine Einzugssicherung 34 formschlüssig fixiert sein bzw. werden.
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Das jeweilige Absorptionsrohr 22 ist innen und außen glattwandig und besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus schwarz eingefärbten Polypropylen. An seinen Enden ist das Absorptionsrohr 22 mit einer Schräge versehen bzw. schräg abgetrennt. Infolge der Schrägen kann das Rohr 22 einfacher montiert werden, da nicht darauf geachtet werden muss, ob die jeweilige Rohröffnung am Wasserrohrboden anliegt.
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Mit Hilfe einer Schraubenverbindung, bevorzugt der Schraube 36 und der Mutter 35, kann der Anpressdruck an der Verbindungs- bzw. Klemmstelle 37 zwischen der jeweiligen Klemmleiste 20, 21 und dem jeweiligen Absorptionsrohr 22 eingestellt werden. Durch die Klemmfixierung des jeweiligen Absorptionsrohrs 22 wird ein Ausrücken bzw. Ausziehen des jeweiligen Rohrs 22 infolge von Druckausdehnungen und/oder Wärmeausdehnungen oder Wärmekontraktionen begrenzt oder verhindert, so dass es dadurch bedingt zu keinen Undichtigkeiten kommen kann.
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Die U-förmigen Klemmleisten 20 und 21 besitzen einen vorzugsweise unsymmetrischen Querschnitt. Sie sind jeweils aus einem Basisprofil 20.1, 21.1 und zwei sich davon ausgehend, sich zu der gleichen Seite weg erstreckenden Flanschen bzw. Schenkeln 20.2, 20.3 bzw. 21.2, 21.3 gebildet, von denen zumindest einer als Klemmschenkel 20.2, 21.2 zur Herstellung einer Klemmverbindung zu bzw. mit einem Absorptionsrohr 22 bzw. mehreren Absorptionsrohren 22 dient. Der der Verbindungs- bzw. Klemmstelle 37 zugewandte Klemmschenkel 20.2 bzw. 21.2 des U-förmigen Profils 20 bzw. 21 ist im aufgeklemmten Zustand zunächst in einem spitzen Winkel 38 zu dem Basisprofil 20.1 bzw. 21.1 der jeweiligen Klemmleiste 20 bzw. 21 angeordnet. Hierdurch wird bei einem etwaigen Ausziehen des jeweiligen Rohrs 22 aufgrund von erhöhten Innendrücken und/oder erhöhten Temperaturen in einer Richtung aus dem jeweiligen Wasserrohr 31 bzw. 32 die Anpresskraft der Klemmschenkel 20.2; 21.2 an der jeweiligen Verbindungs- bzw. Klemmstellung 37 zunehmend erhöht. Je weiter also das jeweilige Rohr 22 aus dem Wasserrohr 31, 32 herausgezogen wird, desto höher wird die Anpresskraft, mit welcher die jeweiligen beiden Klemmschenkel 20.2, 21.2 das jeweilige Absorptionsrohr 22 festklemmen. Die Klemmleisten 20, 21 sind so konstruiert, dass sie bereits bei der Montage mittels der Schraube 36 und der Mutter 35 eine Klemmkraft auf das jeweilige Rohr 22 ausüben, die etwaigen Ausziehkräften entgegen wirkt.
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Die Anlschuss- bzw. Verteiler- bzw. Wasserrohre 31, 32 weisen ein Rechteckprofil auf und enthalten auf den vorzugsweise einander zugewandten Seiten jeweils Durchgangsöffnungen 44 zum Ein- bzw. Durchstecken der jeweiligen Absorptionsrohre 22. Die Wasserrohre 31, 32 bestehen vorzugsweise aus Edelstahl.
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Die gegebenenfalls vorgesehenen Einzugssicherungen 34 dienen zur Fixierung der Wasserrohre 31 bzw. 32 relativ zu den Klemmleisten 20, 21. Die jeweilige Sicherung 34 ist an der jeweiligen Klemmleiste 20, 21, vorzugsweise durch Schweißen, befestigt.
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5 zeigt einen Teil des Schnittes B-B gemäß 1 des Solarheizsystems 29 in Parallelschaltung.
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6 ist ein die Längsachsen der Absorptionsrohre 22 enthaltender Querschnitt der Solarheizung 29 in Parallelschaltung dargestellt. Die abgebildeten Pfeile 39 symbolisieren die möglichen Fließrichtungen des Wassers. Das Wasser wird beispielsweise in das Wasserrohr 32 eingespeist. Dies kann, wie in 6 gezeigt, von beiden Seiten bzw. von beiden Enden des Wasserrohrs 32 her geschehen. Alternativ kann die Wassereinspeisung auch nur von einer Seite aus erfolgen. Bei der einseitigen Einspeisung kann ein Ende des Wasserrohrs 32 flüssigkeitsdicht verschlossen sein. Mit Hilfe des Wasserrohrs 32 wird das Wasser in die Absorptionsrohre 22 verteilt. Das Wasser kann dort mittels Sonnenenergie erwärmt werden. Das erwärmte Wasser wird von dort in das andere Wasserrohr 31 gepumpt, das als Sammelrohr dient. Aus dem Sammelrohr 31 fließt das Wasser, je nach Anwendungsbedarf, entweder in beide Richtungen oder nur in eine Richtung des Rohrs 31 ab. Bei einseitiger Fließrichtung kann ein Ende des Wasserrohrs 31 flüssigkeitsdicht verschlossen sein bzw. werden. Über das Wasserrohr 31 gelangt schließlich das erwärmte Wasser zum Verbraucher 43, also beispielsweise zu der Dusche 28, zu dem Schwimmbecken 27 und/oder zu dem Boiler 40.
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In 7 ist der Querschnitt A-A gemäß 1 des Solarheizsystems 29 in Reihenschaltung veranschaulicht. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 enthält dieses Ausführungsbeispiel weitere Komponenten. Um eine Reihenschaltung der Solarheizung 29 zu verwirklichen, wird vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Schottwandelement 51 eingesetzt, das insbesondere in den 10 bis 12 in vergrößerter Darstellung gezeigt ist. Das Schottwandelement 51 umfasst mehrere beabstandete Schottwände 55, Muttern 56, Druckscheiben 57, Abstandshülsen 60 und eine Gewindestange 58. Jede Schottwand 55 ist als ein statisches Dichtelement gestaltet und wird vorzugsweise nach jedem zweiten Rohr eingesetzt. Folglich dichten zwei benachbarte Schottwände 55 einen vordefinierten Bereich ab, zwischen dem zwei benachbarte Absorptionsrohre 22 in dasselbe Wasserrohr 31 bzw. 32 münden.
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Das eingespeiste Medium, in der 9 mit dem Pfeil 61 symbolisiert, muss in einer reihengeschalteten Solarheizung sequenziell durch jedes Absorptionsrohr 22 fließen, bevor das Wasser zum Verbraucher gelangt. Um ein unkontrolliertes Fließen des Wassers zu verhindern, wird es durch die Schottwände 55 in seiner Fließrichtung eingeschränkt bzw. umgelenkt.
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Ein Teil des Schnittes B-B gemäß 1 der Solarheizung in Reihenschaltung ist in 8 dargestellt. Um ein Fließen des Mediums zu ermöglichen, sind die Schottwände 55 vorzugsweise nach jedem zweiten Rohr zu positionieren.
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9 zeigt einen die Längsachsen der Absorptions- und Wasserrohre 22, 31, 32 enthaltenden Schnitt der Solarheizung 29 in Reihenschaltung. Die gegenüberliegenden Schottwände 55 sind jeweils versetzt angeordnet, d. h. eine in dem einen Wasserrohr 31 angeordnete Schottwand 55 ist gegenüber einer in dem anderen Wasserrohr 32 angeordneten Schottwand 55 um ca. ein Absorptionsrohr bzw. um den Abstand zweier benachbarter Absorptionsrohre 22 zueinander versetzt angeordnet.
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Die Abstandshülsen 60 halten die Schottwände 55 in dem gewünschten Abstand zueinander. Mittels der Gewindestange 58, auf der die mit Durchgangsöffnungen 52 versehenen Schottwände 55 angeordnet sind, werden die Abstands- bzw. Distanzhülsen 60 positioniert. Das gesamte Schottwandelement 51 ist bzw. wird vormontiert in das jeweilige Wasserrohr 31, 32, eingeführt.
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Die Muttern 56 sind jeweils an den mit einem passenden Außengewinde versehenen Ende der Gewindestange 58 aufgeschraubt. Jede Schottwand 55 besitzt eine zentrale Durchgangsöffnung 52. Das Schottwandsystem 62 wird außerhalb eines Wasserrohrs 31, 32 montiert und anschließend in das jeweilige Wasserrohr 31, 32 eingeführt. Um zwischen der jeweiligen Schottwand 55 und dem jeweiligen Wasserrohr 31, 32 eine Abdichtung zu erreichen, wird wenigstens eine der Muttern 56 oder werden beide Muttern 56 angezogen. Dadurch wird über die jeweilige Druckscheibe 57 eine Anpresskraft auf die jeweilige Schottwand 55 ausgeübt, wodurch die aus elastisch verformbaren Material, vorzugsweise aus Gummi, insbesondere aus Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), bestehenden Schottwände 55 zusammengepresst werden, wodurch wiederum über die Druckscheiben 57 verpresstes Material über die Ränder der Druckscheiben hinaus nach außen quillt bzw. aufquillt bzw. sich dort ausdehnt. Infolge dessen wird die jeweilige Schottwand elastisch an die Innenwand des jeweiligen Wasserrohrs 31, 32 angepresst, so dass auch dort eine flüssigkeitsdichte Abdichtung erreicht wird (siehe 11).
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Mittels des als Zusatzbauteil erhältlichen Schottwandelements 51, das mit seinen Schottwandelementen 55 nachträglich in die Verteiler- bzw. Sammelrohre 31, 32 eingeführt werden kann, wonach die Gummielemente 55 dicht verpresst werden können, kann eine Abschottung des Parallelbetriebes bei Umfunktionierung zu einem Einrohrbetrieb erreicht werden. Die Fließrichtung des Mediums wird in dem jeweiligen Anschluss- bzw. Verteiler- bzw. Sammelrohr 31, 32 wiederholend umgelenkt und dadurch in eine Reihe hinter einander geschaltet. Dass dann die Absorberrohre 22 des konstruktionsbedingt vorgesehenen Stangenelements 58 innerhalb des jeweiligen Anschluss- bzw. Verteiler- bzw. Umlenkrohrs 31, 32 nicht mehr so tief eingeführt werden können als zuvor, beeinträchtigt die Funktion nicht oder nur unwesentlich.
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Bei einer Parallelschaltung ist im Vergleich zu einer Reihenschaltung eine größere Durchflussmenge bzw. Pumpenleistung erforderlich. Die höhere Durchflussmenge ist deshalb erforderlich, damit auch weniger durchflutete Rohre bzw. Kapillaren und Kanäle an hydraulisch ungünstigen Stellen durchströmt werden. Man fährt also mit Überschuss, um auch das Wasser in Todräumen zur Zirkulation bzw. Wärmeübertragung zu bringen. Dieses Problem tritt insbesondere bei Solarheizungen mit Rippenrohren gemäß dem Stand der Technik auf. Diese benötigen darüber hinaus zusätzlich eine höhere Pumpenleistung gegenüber einem erfindungsgemäßen Glattrohrsystem. Ansonsten könnte der Fall eintreten, dass beispielsweise nur 50% des Röhrensystems an hydraulisch günstigen Stellen durchströmt werden, während der Rest nicht oder nur kaum durchströmt wird. Dann würde das gesamte Heizungssystem auch einen entsprechend geringeren Wirkungsgrad aufweisen.
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Bei einer Reihenschaltung jedoch, kann man mit einer geringeren Durchflussmenge bzw. Pumpenleistung innerhalb des Solarsystems auskommen. Eine derartige Solarheizung kann deshalb dort eingesetzt werden, wo es darauf ankommt, mit wenig Durchflussmenge eine hohe Temperatur zu erreichen. Die Solarheizung besteht dann praktisch nur noch aus einem einzigen Rohr, in dem die gesamte Flüssigkeit durchströmen muss.
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Vorstellbar wäre eine derartige Solarheizung in Reihenschaltung selbstverständlich nicht nur für Schwimmbäder, sondern auch für die Vorerwärmung eines Wasserboilers oder für die Vorerwärmung einer mit Grundwasser betriebenen Wärmepumpe oder auch bis hin für eine direkte Nutzung als Warmwasserquelle.
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Durch die zerstörungsfreie und leicht demontierbaren Stecksysteme in Verbindung mit den leicht demontierbaren Auszugssicherungen kann die erfindungsgemäße Solarheizung 29 einfach und schnell von Parallelbetrieb in Reihenbetrieb, und umgekehrt, gewechselt werden, indem einfach jeweils ein Schottwandelement 51 in das jeweilige Anschluss- bzw. Verteilerrohr 31, 32 eingeführt und an die richtige Stelle vorgeschoben wird und dann die Schottwände 55 gegenüber den Innenwänden des jeweiligen Anschluss- bzw. Verteilerrohrs dicht verpresst werden. In Reihenschaltung wird auch bei gering dosierter Wasserzapfung, beispielsweise an einem Wasserhahn im Haushalt, ermöglicht, dass die nun nur noch aus einer Leitung bestehende Solarheizung praktisch zu 100% durchströmt wird und der Wirkungsgrad in einem optimalen Bereich liegt.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schottwandvorrichtung 51 kann also eine Solarheizung mit wenig Aufwand und Zubehör, je nach den Erfordernissen oder Bedürfnissen, von Parallelbetrieb auf Reihenbetrieb umgerüstet werden. Auf diese Weise kann der Betreiber mit einem einzigen Grundsystem mit nur wenig Zubehör kostengünstig und einfach unterschiedliche Anwendungen möglich machen.
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Der Einsatz einer solarbetriebenen, temporär einsetzbaren bzw. sommertauglichen Warmwassergewinnung ist besonders effizient, weil im Sommer mehr Warmwasser im Haushalt, beispielsweise zum Waschen der Wäsche, zum Duschen und/oder zu Reinigungsarbeiten und dergleichen gebraucht wird als im Winter. In der Regel wird im Winter bei klassischen Energien wie Öl oder Gas die Warmwassererwärmung lediglich aus der Restwärme der zentralen Heizungsanlage kostengünstig gewonnen.
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Die leitungsdruckbeständige und hochtemperaturbeständige Solarheizung 29 zum Selbsteinbau vor Ort, mit dem speziellen auszugssicheren Haltesystem für die einzelnen Absorber- bzw. Solarrohre 28, ermöglicht eine Einbindung nicht nur zur Schwimmbadwassererwärmung, sondern auch direkt und ohne Wärmetauscher, beispielsweise für Warmwassertechnik im Haushalt, in Industrie und dergleichen. Auch kann die Solarheizung 29 bei identischem oder im wesentlichen identischem Wasserdruck mit einem Installationssystem vernetzt werden. Der Gebrauch ist nicht nur im Sommer, sondern auch für frostfreie Winter mit Sonnenschein gedacht. Winter bedeutet nicht zwangsweise Frost. D. h. eine Solarheizung, die im Sommer als Schwimmbadheizung verwendet wird, könnte in der Übergangszeit, wenn das Schwimmbad außer Betrieb ist, dann zur Warmwasserbereitung umgebaut bzw. genutzt werden. Die Investition als Doppelsystem amortisiert sich demnach schneller. Vor Frostbeginn jedoch, kann das System einfach, schnell und umweltfreundlich entleert werden und muss dafür auch nicht abmontiert werden. Die Wiederinbetriebnahme ist ebenfalls unkompliziert. Beide Vorgänge sind von Heimwerkern, d. h. ohne Fachleute durchführbar.
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Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 29 nicht nur zum Erwärmen einer Flüssigkeit 26 mittels Solarenergie, sondern auch mittels Wärmeenergie bzw. mittels Umgebungswärme bzw. unter Ausnutzung der Umgebungstemperatur eingesetzt werden kann. Es versteht sich ferner, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 29 auch sogar zum Abkühlen einer Flüssigkeit 26, beispielsweise mittels Umgebungswärme bzw. unter Ausnutzung der Umgebungstemperatur, eingesetzt werden kann. Beispielsweise könnte die Vorrichtung 29 zum Abkühlen von aufgeheiztem bzw. warmem Wasser eines Schwimmbades 27 oder Wasserbeckens bzw. Wassertanks, vorzugsweise über Nacht unter Ausnutzung der in der Nacht auftretenden niedrigeren Temperaturen, eingesetzt werden.
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Die Erfindung kann auch wie folgt zusammengefasst werden:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 29 zum Erwärmen und/oder zum Abkühlen einer Flüssigkeit mittels Wärme- bzw. Solarenergie und/oder mittels Umgebungswärme bzw. unter Ausnutzung von Umgebungstemperaturen, mit mehreren einzelnen Absorptionsrohren 22 zur Absorption der Sonnenenergie und zur Aufnahme bzw. zum Hindurchleiten einer mittels der Sonnenenergie darin erwärmbaren Flüssigkeit 26. Die Enden des jeweiligen Absorptionsrohrs 22 sind an wenigstens einem Anschluss- bzw. Verteilerrohr 31, 32 lösbar und gegenüber diesem, vorzugsweise mittels einer bzw. jeweils einer Dichtung 33 flüssigkeitsdicht abgedichtet. Bevorzugt sind die Absorptionsrohre 22 glattwandig gestaltet und können mit Hilfe von Klemmleisten 20, 21 zwischen diesen festgeklemmt und relativ zu dem jeweiligen Anschluss- bzw. Verteilerrohr 31, 32 fixiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Schottwandvorrichtung 51 mit wenigstens einer Schottwand 55 vorgesehen sein, die im Bereich zwischen zwei benachbarten Absorptionsrohren 22 flüssigkeitsdicht an einer Innenwand des bzw. des jeweiligen Anschluss- bzw. Verteilerrohrs anlegbar bzw. angelegt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Klemmleiste/U-Profil
- 20.1
- Basisprofil
- 20.2
- Klemmelement/Klemmschenkel/Flansch
- 20.3
- Schenkel/Flansch/Fixierschenkel
- 21
- Klemmleiste/U-Profil
- 21.1
- Basisprofil
- 21.2
- Klemmelement/Klemmschenkel/Flansch
- 21.3
- Schenkel/Fixierschenkel/Flansch
- 22
- Absorptionsrohr
- 23
- Leitung
- 24
- Leitung
- 25
- Pumpe
- 26
- Flüssigkeit/Wasser
- 27
- Wasser/Schwimmbecken
- 28
- Dusche
- 29
- Solarheizsystem/Solarheizung/Vorrichtung
- 30
- Haus
- 30.1
- Dach
- 31
- Anschlussrohr/Verteilerrohr/Sammelrohr/(Wasser-)Rohr
- 32
- Anschlussrohr/Verteilerrohr/(Wasser-)Rohr
- 33
- Dichtelement
- 34
- Einzugssicherung
- 35
- Mutter
- 36
- Schraube
- 37
- Verbindungsstelle/Klemmestelle
- 38
- Winkel
- 39
- Fließrichtung
- 40
- Boiler/Warmwasserspeicher
- 41
- Leitung
- 42
- Leitung
- 43
- Verbraucher
- 44
- Durchgangsöffnung von 31, 32
- 45
- Innenwand von 31, 32
- 50
- Verbindungselement
- 51
- Schottwandvorrichtung/Schottwandelement
- 52
- Durchgangsöffnung von 55
- 55
- Schottwand
- 56
- Mutter/Gewindemutter
- 57
- Druckscheibe
- 58
- Schottwandträger/Stange/Gewindestange bzw. Stab
- 60
- Abstandshalter/Abstandshülse
- 61
- Fließrichtung
