DE102011050600B4 - Heat collector module with a heat collector for mounting on at least one roof panel - Google Patents
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Abstract
Wärmekollektormodul, das einen flächig ausgebildeten Wärmekollektor (4), der zur deckseitigen Anbringung auf mindestens einer Dachplatte (26; 34) ausgebildet ist, aufweist, wobei der Wärmekollektor (4) Strömungspfad-frei ausgebildet ist, wobei der Wärmekollektor (4) derart auf den betreffenden Dachplattentyp abgestimmt ist, dass er im Wesentlichen den nicht-überlappenden Deckflächenabschnitt der Dachplatte (26; 34) überdeckt, und wobei das Wärmekollektormodul (2; 36) ferner mindestens einen, mit dem Wärmekollektor (4) verbundenen und von dem Wärmekollektor (4) abstehenden Wärmekoppler (6) zur thermischen Ankopplung des Wärmekollektors (4) an mindestens ein, unterseitig der mindestens einen Dachplatte (26; 34) verlaufendes Wärmeabführungsbauteil (14) aufweist.Heat collector module, which has a flat-shaped heat collector (4), which is designed to be attached to the ceiling on at least one roof panel (26; 34), the heat collector (4) being designed free of flow paths, the heat collector (4) being designed in such a way the roof plate type in question is coordinated so that it essentially covers the non-overlapping top surface section of the roof plate (26; 34), and the heat collector module (2; 36) furthermore has at least one connected to the heat collector (4) and separated from the heat collector (4) protruding heat coupler (6) for thermally coupling the heat collector (4) to at least one heat dissipation component (14) running on the underside of the at least one roof panel (26; 34).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmekollektormodul mit einem flächig ausgebildeten Wärmekollektor, der zur deckseitigen Anbringung auf mindestens einer Dachplatte ausgebildet ist.The present invention relates to a heat collector module with a flat design heat collector, which is designed for mounting on top of at least one roof panel.
In Gebäuden werden vielfach auf dem Dach angeordnete Sonnenkollektoren eingesetzt, um Wärme von Sonnenstrahlen, die auf den Sonnenkollektor auftreffen, auf eine Wärmeträgerflüssigkeit zu übertragen. Diese Wärme kann dann zur Brauch- und/oder Heizungswassererwärmung genutzt werden. Insbesondere zur Beheizung von Gebäuden kommen heutzutage Wärmepumpensysteme zum Einsatz, die unter Einsatz von Arbeit (z. B. einem elektrisch angetriebenen Kompressor) Wärme von einem als Wärmequelle dienenden Bereich auf einen zu beheizenden Bereich übertragen. Dabei kann der zu beheizende Bereich z. B. durch einen Flüssigkeitsvorrat in einem Pufferspeicher (z. B. für Brauchwasser und/oder Heizungswasser) gebildet sein. Als Wärmequellen für derartige Wärmepumpensysteme kommen neben Umgebungsluft insbesondere Erdwärmespeicher zum Einsatz.In buildings, often arranged on the roof solar panels are used to transfer heat from the sun's rays, which impinge on the solar collector, to a heat transfer fluid. This heat can then be used for service and / or heating water heating. Heat pump systems, which use heat to transfer heat from an area serving as a heat source to a region to be heated by using work (for example, an electrically driven compressor), are used today, in particular for heating buildings. In this case, the area to be heated z. B. be formed by a liquid reservoir in a buffer memory (eg., For process water and / or heating water). As heat sources for such heat pump systems come in addition to ambient air in particular geothermal energy storage used.
Teilweise wird bei großflächigen, plattenförmigen Sonnenkollektoren als nachteilig empfunden, dass diese den optischen Gesamteindruck eines Gebäudes prägen. Ferner sind solche Sonnenkollektoren dadurch, dass sie darauf ausgelegt sind, die bei Auftreffen von Sonnenstrahlen freiwerdende Wärmeenergie zu nutzen, meist relativ ineffektiv in Zeiten, in denen keine Sonne scheint. Auch sind die bisher eingesetzten Sonnenkollektoren relativ empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Wind, Regen, Schnee und insbesondere Hagel.Partly is felt in large, plate-shaped solar panels as disadvantageous that they shape the overall appearance of a building. Further, by being designed to utilize the thermal energy released upon impact of solar radiation, such solar panels are usually relatively ineffective at times when no sun is shining. The solar panels used so far are relatively sensitive to environmental influences, such as wind, rain, snow and especially hail.
Aus der
Daneben sind Wärmekollektormodule bekannt, die auf einer Dachplatte montierbar sind und die hinsichtlich der Größe und der Form auf die Dachplatte abgestimmt werden können (vgl. insbesondere
Die Herstellung solcher Wärmekollektormodule ist jedoch vergleichsweise kostenintensiv, da insbesondere im Hinblick auf die Dichtigkeit der Kammern und deren Verbindungen bei den auftretenden, hohen Druck- und Temperaturschwankungen qualitativ hochwertige Wärmekollektormodule bereitgestellt werden müssen. Ferner ist auch das Eindecken eines Daches mit solchen Wärmekollektormodulen relativ aufwändig, da die einzelnen Kammern fluiddicht miteinander verbunden werden müssen.However, the production of such heat collector modules is relatively expensive, since in particular with regard to the tightness of the chambers and their compounds in the occurring, high pressure and temperature fluctuations high-quality heat collector modules must be provided. Furthermore, the roofing of a roof with such heat collector modules is relatively complex, since the individual chambers must be fluid-tightly interconnected.
Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein kostengünstiges und im Langzeiteinsatz robustes Wärmekollektormodul zur Wärmeaufnahme aus Sonnenstrahlung sowie Umgebung bereitzustellen, das auf einem Gebäudedach montierbar ist und das insbesondere zur Brauch- und/oder Heizungswassererwärmung, ggf. in Kombination mit einer Wärmepumpe, nutzbar ist.Accordingly, the object of the present invention is to provide a cost-effective and long-term use robust heat collector module for heat absorption from solar radiation and environment, which can be mounted on a building roof and in particular for domestic hot water and / or heating water, possibly in combination with a heat pump usable is.
Die Aufgabe wird durch ein Wärmekollektormodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a heat collector module according to claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Die Aufgabe wird durch ein Wärmekollektormodul gelöst, das einen flächig ausgebildeten Wärmekollektor aufweist, der zur deckseitigen Anbringung auf mindestens einer Dachplatte ausgebildet ist. Der Wärmekollektor ist dabei Strömungspfad-frei ausgebildet. Der Wärmekollektor ist derart auf den betreffenden Dachplattentyp abgestimmt, dass er im Wesentlichen den nicht-überlappenden Deckflächenabschnitt der Dachplatte überdeckt. Das Wärmekollektormodul weist ferner mindestens einen, mit dem Wärmekollektor verbundenen und von dem Wärmekollektor abstehenden Wärmekoppler zur thermischen Ankopplung des Wärmekollektors an mindestens ein, unterseitig der mindestens einen Dachplatte verlaufendes Wärmeabführungsbauteil auf. Die genannte Dachplatte und das Wärmeabführungsbauteil bilden dabei nicht Teil des beanspruchten Wärmekollektormoduls, sondern werden erwähnt, um den Einsatz und die Dimensionierung des Wärmekollektormoduls zu beschreiben. In entsprechender Weise ist auch die Angabe, dass das Wärmeabführungsbauteil im Einsatz unterseitig der jeweiligen Dachplatte verläuft, dahingehend zu verstehen, dass das Wärmekollektormodul und insbesondere der Wärmekoppler entsprechend zu dimensionieren und auszubilden sind. Je nachdem, für welchen Dachplattentyp und für welche Art von Wärmeabführungsbauteil das Wärmekollektormodul verwendet werden soll, sind der Wärmekollektor und der Wärmekoppler vorzugsweise entsprechend dem jeweiligen Dachplattentyp und entsprechend der jeweiligen Art von Wärmeabführungsbauteil ausgebildet, um die oberhalb genannten Funktionen zu erfüllen.The object is achieved by a heat collector module, which has a flat trained heat collector, which is designed for mounting on top of at least one roof panel. The heat collector is formed flow path-free. The heat collector is tuned to the particular type of roof plate so that it substantially covers the non-overlapping top surface portion of the roof panel. The heat collector module furthermore has at least one heat coupler connected to the heat collector and protruding from the heat collector for thermal coupling of the heat collector at least one, on the underside of the at least one roof panel extending heat dissipation component. The said roof panel and the heat dissipation component do not form part of the claimed heat collector module, but are mentioned to describe the use and the dimensioning of the heat collector module. In a corresponding manner, the statement that the heat dissipation component in the insert runs on the underside of the respective roof panel is to be understood to mean that the heat collector module and in particular the heat coupler are to be dimensioned and designed accordingly. Depending on which type of roof plate and for which type of heat dissipation component the heat collector module is to be used, the heat collector and the heat coupler are preferably designed according to the respective type of roof plate and according to the respective type of heat dissipation component to fulfill the above-mentioned functions.
Indem der Wärmekollektor Strömungspfad-frei ausgebildet ist, wird eine einfache und robuste Ausführung eines Wärmekollektormoduls bereitgestellt. Der Wärmekollektor kann einfach durch ein massives, flächig ausgebildetes Bauteil aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet werden, so dass dessen Herstellungskosten gering sind. Auch ist die Strömungspfad-freie Ausbildung des Wärmekollektors vorteilhaft im Hinblick auf ein robustes Langzeit-Einsatzverhalten desselben, da im Gegensatz zu Wärmekollektoren, die jeweils mindestens eine Kammer zur Führung einer Wärmeträgerflüssigkeit aufweisen und die im Einsatz mit Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt werden, keine Probleme hinsichtlich der Dichtigkeit der Kammern und der Fluidverbindungen zwischen den Kammern auftreten können. Weiterhin ist eine einfache Verlegung eines Gebäudedaches mit der Anbringung solcher Wärmekollektormodule möglich. Insbesondere kann zunächst das mindestens eine Wärmeabführungsbauteil, das gegebenenfalls bereits mit den Wärmekopplern der Wärmekollektormodule verbunden sein oder verbunden werden kann, verlegt werden. Anschließend können die Dachplatten verlegt werden. Danach können die Wärmekollektoren einfach auf die Dachplatten verlegt werden. Entweder werden dabei die Wärmekollektoren mit den bereits an dem mindestens einen Wärmekollektormodul befestigten Wärmekopplern verbunden (beispielsweise durch Einschnappen oder Einrasten), oder die Wärmekollektoren werden zusammen mit den damit verbundenen Wärmekopplern jeweils an das mindestens eine Wärmeabführungsbauteil befestigt, insbesondere durch Einschnappen oder Einrasten. Das erfindungsgemäße Wärmekollektormodul ermöglicht ferner die Bereitstellung eines Wärmekollektorsystems, bei dem unterhalb der Dachplatten eines Gebäudedaches mindestens ein von Medium durchströmtes oder durchströmbares Wärmeabführungsbauteil vorgesehen ist, das jeweils über entsprechende Wärmekoppler mit auf den Dachplatten angeordneten Wärmekollektoren verbunden ist. Dementsprechend müssen in dem Strömungspfad des Mediums keine oder nur sehr wenige Fluid-Anschlusselemente vorgesehen werden und das Wärmeabführungsbauteil kann druckstabil und robust, beispielsweise als einfaches Rohr, ausgebildet sein. Aufgrund der hohen Druckstabilität des Wärmeabführungsbauteils werden innerhalb des Strömungspfades des Mediums auch höhere Druckschwankungen ermöglicht, so dass das Wärmekollektormodul auch in einem Wärmekollektorsystem mit Direktverdampfung eingesetzt werden kann. Bei einer Direktverdampfung verdampft das Medium (Kältemittel) dann innerhalb des Wärmeabführungsbauteils im Bereich der Wärmekollektormodule aufgrund der über die Wärmekollektormodule. aufgenommenen Wärme. Im Übrigen werden im Wesentlichen die oberhalb angegebenen Vorteile von Wärmekollektormodulen mit einer durchströmten Kammer erzielt.By forming the heat collector flow path-free, a simple and robust design of a heat collector module is provided. The heat collector can be easily formed by a solid, flat-shaped component made of a material of high thermal conductivity, so that its production costs are low. Also, the flow path-free design of the heat collector is advantageous in terms of a robust long-term use behavior of the same, since in contrast to heat collectors, each having at least one chamber for guiding a heat transfer fluid and flows through in use with heat transfer fluid, no problems in terms of tightness the chambers and the fluid connections between the chambers can occur. Furthermore, a simple installation of a building roof with the attachment of such heat collector modules is possible. In particular, the at least one heat dissipation component, which may possibly already be connected or connected to the heat couplers of the heat collector modules, can be laid. Then the roof tiles can be laid. Thereafter, the heat collectors can be easily laid on the roof tiles. Either the heat collectors are connected to the already attached to the at least one heat collector module heat couplers (for example, by snapping or snapping), or the heat collectors are attached together with the associated heat couplers each to the at least one heat dissipation component, in particular by snapping or snapping. The heat collector module according to the invention also makes it possible to provide a heat collector system in which below the roof panels of a building roof at least one medium through-flow or through-flow heat dissipation component is provided which is connected in each case via corresponding heat coupler with arranged on the roof panels heat collectors. Accordingly, no or only very few fluid connection elements must be provided in the flow path of the medium and the heat dissipation component can be pressure-resistant and robust, for example, designed as a simple tube. Due to the high pressure stability of the heat removal component, higher pressure fluctuations are made possible within the flow path of the medium, so that the heat collector module can also be used in a heat collector system with direct evaporation. In a direct evaporation, the medium (refrigerant) then evaporates within the heat dissipation component in the region of the heat collector modules due to the heat collector modules. absorbed heat. Incidentally, the above-mentioned advantages of heat collector modules with a through-flow chamber are essentially achieved.
Unter „Strömungspfad-frei” wird verstanden, dass in dem betreffenden Bauteil kein (in der Regel umseitig geschlossener) Strömungspfad zur Durchströmung von Medium ausgebildet ist. Insbesondere weist der Wärmekollektor keine Kammer mit einem Einlass und einem Auslass oder einen durch den Wärmekollektor hindurchführenden Kanal auf. Insbesondere ist der Wärmekollektor als massives Bauteil ausgebildet. Ferner ist der Wärmekollektor insbesondere plattenförmig ausgebildet. Dabei ist aber nicht zwingend, dass der Wärmekollektor eben ausgebildet ist. Vielmehr kann er je nach Dachplattentyp, auf dem er zu verwenden ist, auch gekrümmt ausgebildet sein. Gemäß einer Weiterbildung ist auch der Wärmekoppler Strömungspfad-frei ausgebildet, was im Hinblick auf die Einfachheit der Ausführung und die Reduzierung der Herstellungskosten vorteilhaft ist.By "flow path-free" is meant that in the relevant component no (usually closed on the other side) flow path is formed for the flow of medium. In particular, the heat collector does not have a chamber with an inlet and an outlet or a channel passing through the heat collector. In particular, the heat collector is designed as a solid component. Furthermore, the heat collector is in particular plate-shaped. But it is not mandatory that the heat collector is flat. Rather, it can be curved depending on the type of roof plate on which it is to be used. According to one embodiment, the heat coupler is also formed flow path-free, which is advantageous in view of the simplicity of the design and the reduction of manufacturing costs.
Welcher Abschnitt der deckseitigen Oberfläche der Dachplatte sinnvollerweise überdeckt wird, wird auch durch die jeweilige Form der Dachplatte beeinflusst. Vorzugsweise wird ein möglichst großer Teil bzw. Abschnitt der Dachplatte, der im Einsatz nicht von anderen (benachbarten) Dachplatten überdeckt wird, durch das Wärmekollektormodul überdeckt bzw. abgedeckt. Dadurch kann effektiv die durch ein Gebäudedach bereitgestellte Oberfläche zur Wärmenutzung eingesetzt werden. Je nach Ausführung kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn sich das Wärmekollektormodul auch über einen sich im Einsatz mit einer weiteren Dachplatte überlappenden deckseitigen Oberflächenabschnitt der Dachplatte erstreckt.Whichever section of the deck-side surface of the roof panel is usefully covered is also influenced by the particular shape of the roof panel. Preferably, the largest possible part or section of the roof panel, which is not covered by other (adjacent) roof panels in use, is covered or covered by the heat collector module. As a result, the surface provided by a building roof can effectively be used for heat utilization. Depending on the design, however, it may also be advantageous if the heat collector module also extends beyond a cover-side surface section of the roof panel which overlaps in use with another roof panel.
Als „Wärmekollektor” wird ein Bauteil bezeichnet, das nicht nur dazu ausgelegt ist, Wärme, die bei Einstrahlen von Sonnenstrahlen auf den Wärmekollektor erzeugt wird, aufzunehmen und (an den Wärmekoppler und von diesem an das Wärmeabführungsbauteil) weiterzuleiten. Vielmehr ist der Wärmekollektor auch dazu ausgelegt, Umgebungswärme (ohne direktes Einstrahlen von Sonnenstrahlen) aufzunehmen und weiterzuleiten. Insbesondere kann durch den Wärmekollektor auch Wärme aus der Umgebungsluft, Wärme aus Niederschlag sowie Kondensationswärme, die bei der Kondensation von Wasser frei wird, aufgenommen werden. Die letztgenannten Varianten der Wärmeaufnahme sind insbesondere dann relevant, wenn das Wärmekollektormodul in Kombination mit einer Wärmepumpe, besonders im Falle einer Direktverdampfung im Bereich der Wärmekollektormodule, eingesetzt wird. Mit „Dachplatte” wird nicht nur auf ebene Formen von Dacheindeckungselementen Bezug genommen. Vielmehr kann eine Dachplatte auch eine oder mehrere gewölbte Abschnitte aufweisen, wie dies bei auf dem Markt erhältlichen Dachplattenformen bekannt ist. Mit „Dachplatte” wird sowohl ein Dachziegel (z. B. aus Ton bzw. einem keramischen Material gefertigt), ein Dachstein (z. B. aus Naturstein, Holz, etc.) als auch allgemein ein Dacheindeckungselement, das ähnlich wie ein Dachziegel oder ein Dachstein zur Eindeckung eines Gebäudedachs verlegt wird, umfasst. Als „Deckseite” bzw. „Deckfläche” der Dachplatte wird dabei die im Einsatz dem Außenbereich zugewandte Seite bzw. Fläche der Dachplatte, die in Bezug auf das Gebäudedach oben angeordnet ist, bezeichnet.As a "heat collector" a component is referred to, which is not only designed to absorb heat generated by irradiation of solar radiation on the heat collector, and (at the heat coupler and from this to the heat dissipation component) forward. Rather, the heat collector is also designed to absorb ambient heat (without direct irradiation of the sun's rays) and forward. In particular, by the heat collector and heat from the ambient air, heat from precipitation and condensation heat, which is released in the condensation of water, are added. The latter variants of the heat absorption are particularly relevant when the heat collector module in combination with a heat pump, especially in the case of direct evaporation in the field of heat collector modules, is used. The term "roof panel" does not only refer to flat forms of roofing elements. Rather, a roof panel may also have one or more domed sections, as is known in the roof tile molds available on the market. "Roof tile" refers both to a roof tile (eg made of clay or a ceramic material), a roof tile (eg made of natural stone, wood, etc.) as well as a roof covering element that is similar to a roof tile or tile a roof tile is laid to cover a building roof includes. As the "top side" or "top surface" of the roof panel while the use of the outside area facing side or surface of the roof panel, which is located above with respect to the building roof, referred to.
Der Wärmekoppler kann mit dem Wärmekollektor fest oder lösbar verbunden sein. Entsprechend kann auch die Verbindung zwischen dem Wärmekoppler und dem Wärmeabführungsbauteil fest oder lösbar ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Verbindung (sowohl zwischen Wärmekollektor und Wärmekoppler als auch zwischen Wärmekoppler und Wärmeabführungsbauteil) derart ausgebildet, dass darüber eine gute Wärmeleitung ermöglicht wird. Dies ist insbesondere durch einen möglichst flächigen Kontakt der jeweils zu verbindenden Bauteile sowie durch die Verwendung von Materialien mit hoher Wärmeleitung entlang dem Wärmeleitungspfad erzielbar. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass nur eine der beiden Verbindungen zwischen Wärmekollektor und Wärmekoppler sowie zwischen Wärmekoppler und Wärmeabführungsbauteil lösbar (z. B. Schraubverbindung, Klemmverbindung, Einrast- oder Einschnappverbindung), insbesondere als Einrast- oder Einschnappverbindung, ausgebildet ist, während die andere der beiden Verbindungen fest (z. B. als Löt- oder Schweißverbindung, als einteilige Ausbildung, als Klebeverbindung, etc.) ausgebildet ist. Dies ist einerseits im Hinblick auf eine möglichst gute Wärmeleitung und andererseits im Hinblick auf eine einfache Montage vorteilhaft.The heat coupler may be fixedly or detachably connected to the heat collector. Accordingly, the connection between the heat coupler and the heat dissipation component may be formed fixed or detachable. Preferably, the connection (both between heat collector and heat coupler and between the heat coupler and heat dissipation component) is designed such that a good heat conduction is made possible over it. This can be achieved, in particular, by the greatest possible areal contact of the respective components to be connected and by the use of materials with high heat conduction along the heat conduction path. Preferably, it is provided that only one of the two connections between heat collector and heat coupler and between heat coupler and heat dissipation component releasably (eg., Screw connection, clamp connection, snap or Einschnappverbindung), in particular as Einrast- or Einschnappverbindung is formed, while the other of the two Fixed connections (eg, as a solder or welded joint, as a one-piece design, as an adhesive bond, etc.) is formed. This is on the one hand in terms of the best possible heat conduction and on the other hand in terms of ease of installation advantageous.
Wird erwähnt, dass „mindestens ein” Bauteil oder Element vorgesehen ist, so wird auf diese Option der Vorsehung von mehr als einem Bauteil oder Element auch in der weiteren Beschreibung (sowie der weiteren Unteransprüche) Bezug genommen, auch wenn dies nicht jedesmal explizit erwähnt wird.If it is mentioned that "at least one" component or element is provided, then this option of provision of more than one component or element will also be referred to in the further description (as well as the further subclaims), even if this is not explicitly mentioned each time ,
Gemäß einer Weiterbildung weist der Wärmekoppler an einem, von dem Wärmekollektor entfernten Abschnitt einen Ankopplungsabschnitt zur Befestigung des Wärmekopplers an einem Wärmeabführungsbauteil auf. Die Befestigung wird dabei insbesondere durch eine lösbare Befestigung gebildet. Der Ankopplungsabschnitt kann dabei als Einrast- bzw. Einschnappmechanismus ausgebildet sein, so dass zur Montage insbesondere kein Werkzeug benötigt wird. Alternativ kann der Ankopplungsabschnitt aber auch durch eine anderweitige Befestigung, insbesondere mittels Schrauben oder anderweitiger, zusätzlicher Befestigungselemente, gebildet werden. Dabei ist allgemein bevorzugt, dass durch die Befestigung des Wärmekopplers an dem Wärmeabführungsbauteil gleichzeitig auch eine Befestigung des gesamten Wärmekollektormoduls an dem Wärmeabführungsbauteil und damit eine Fixierung desselben auf dem Gebäudedach erfolgt. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass sowohl die Verbindung zwischen Wärmekoppler und Wärmekollektor als auch die Verbindung zwischen Wärmekoppler und Wärmeabführungsbauteil mechanisch stabil ausgebildet ist. Gemäß einer Weiterbildung ist der Ankopplungsabschnitt zur Ankopplung an ein rohrförmiges Wärmeabführungsabauteil ausgebildet. Ein rohrförmiges Wärmeabführungsbauteil ist insbesondere im Hinblick auf eine druckstabile (bzw. druckresistente) Ausbildung des Wärmeabführungsbauteils, auf eine Fluidführung, auf eine Verlegung des Wärmeabführungsbauteils auf einem Gebäudedach sowie im Hinblick auf eine einfache und stabile Befestigung des Wärmekopplers an demselben vorteilhaft.According to a development, the heat coupler has a coupling section for fastening the heat coupler to a heat removal component on a section remote from the heat collector. The attachment is formed in particular by a detachable attachment. The coupling portion may be formed as latching or snap-in mechanism, so that in particular no tool is needed for mounting. Alternatively, however, the coupling section can also be formed by another fastening, in particular by means of screws or otherwise, additional fastening elements. It is generally preferred that the attachment of the heat coupler to the heat dissipation component at the same time also a fastening of the entire heat collector module to the heat dissipation component and thus a fixation of the same takes place on the building roof. This is made possible in particular by the fact that both the connection between the heat coupler and the heat collector and the connection between the heat coupler and the heat dissipation component is designed to be mechanically stable. According to a development of the coupling portion is adapted for coupling to a tubular Wärmeabführungsabauteil. A tubular heat dissipation component is particularly advantageous in view of a pressure-stable (or pressure-resistant) design of the heat dissipation component, on a fluid guide, on a laying of the heat dissipation component on a building roof and in view of a simple and stable attachment of the heat coupler to the same.
Gemäß einer Weiterbildung wird der Ankopplungsabschnitt durch mindestens ein einrastendes (bzw. einschnappendes) Klemmelement, das zur Ausbildung einer lösbaren Klemmverbindung mit einem Wärmeabführungsbauteil ausgebildet ist, gebildet. Dadurch wird eine Montage des Wärmekollektormoduls erleichtert, da nach Eindecken des Daches mit Dachplatten der Wärmekoppler (vorzugsweise mit dem fest damit verbundenen Wärmekollektor) einfach aufgesteckt werden kann und durch die einrastende (bzw. einschnappende) Klemmverbindung stabil gehalten wird. Aufgrund der Klemmverbindung wird zumindest ein Teil des Ankopplungsabschnitts durch Federkraft an das Wärmeabführungsbauteil gedrückt. Durch die Klemmverbindung wird folglich ein (idealerweise großflächiger) Kontakt zwischen dem Wärmekoppler und dem Wärmeabführungsbauteil hergestellt, was im Hinblick auf die Wärmeleitung vorteilhaft ist. Indem die Klemmverbindung einrastend bzw. einschnappend ausgebildet ist, wird ein ungewünschtes Loslösen der Verbindung verhindert.According to a development, the coupling section is formed by at least one latching (or snap-in) clamping element, which is designed to form a releasable clamping connection with a heat dissipation component. As a result, an assembly of the heat collector module is facilitated because after covering the roof with roof panels of the heat coupler (preferably with the fixedly connected heat collector) can be easily plugged and held by the latching (or snapping) clamp connection stable. Due to the clamping connection, at least a part of the coupling portion is pressed by spring force to the heat dissipation member. Consequently, a (ideally large-area) contact between the heat coupler and the heat removal component is produced by the clamping connection, which is advantageous in terms of heat conduction. By the clamp connection is formed latching or snapping, an unwanted detachment of the connection is prevented.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Ankopplungsabschnitt zur Befestigung an einem rohrförmigen Wärmeabführungsbauteil und zum zumindest teilweisen Umgreifen desselben ausgebildet. Auf diese Weise wird eine stabile und einfach ausgebildete Verbindung erzielt. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Klemmelement des Ankopplungsabschnitts zum Umgreifen des rohrförmigen Wärmeabführungsbauteils um in Umfangsrichtung mehr als die Hälfte desselben ausgebildet ist, um auf diese Weise eine einrastende Klemmverbindung herzustellen. Das Klemmelement kann beispielsweise durch eine offene Klammer mit einem Verlauf entsprechend dem Außenumfang des Wärmeabführungsbauteils, insbesondere einem im Wesentlichen ringförmigen Verlauf, gebildet werden. Als „rohrförmig” wird dabei nicht zwingend nur ein Bauteil mit einem kreisrunden Außenumfang, sondern auch ein Bauteil mit einem ovalen, eckigen, etc. Außenumfang verstanden, wobei ein kreisrunder Außenumfang bevorzugt ist.According to a further development, the coupling section is designed for fastening to a tubular heat dissipation component and for at least partially embracing it. In this way, a stable and easily formed connection is achieved. In particular, it is provided that a clamping element of the coupling portion for encompassing the tubular heat dissipation member is formed in the circumferential direction more than half of the same, so as to produce a latching clamping connection. The clamping element can be formed for example by an open clamp with a course corresponding to the outer circumference of the heat dissipation component, in particular a substantially annular course. As "tubular" is not necessarily only a component with a circular outer periphery, but also a component with an oval, square, etc. outer circumference understood, with a circular outer periphery is preferred.
Gemäß einer Weiterbildung wird der Wärmekoppler durch zwei benachbart zueinander verlaufende Schenkel gebildet, die jeweils an einem, von dem Wärmekollektor entfernten Abschnitt zwei Halbschalen zur Aufnahme eines rohrförmigen Wärmeabführungsbauteils aufweisen. Dementsprechend werden die Schenkel bei Einführen eines rohrförmigen Wärmeabführungsbauteils entgegen ihrer Federkraft aufgespreizt, rasten bzw. schnappen dann unter Umgreifen des rohrförmigen Wärmeabführungsbauteils ein und klemmen das rohrförmige Wärmeabführungsbauteil dazwischen ein. Auf diese Weise kontaktieren die beiden Halbschalen das Wärmeabführungsbauteil und sichern gleichzeitig eine stabile Halterung des Wärmekopplers relativ zu dem Wärmeabführungsbauteil. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich zwei, an die zwei Halbschalen jeweils anschließende Endabschnitte der Schenkel wieder aufweiten, um ein Einführen des rohrförmigen Wärmeabführungsbauteils zu erleichtern.According to a development of the heat coupler is formed by two adjacent legs, each having at a, remote from the heat collector portion two half-shells for receiving a tubular heat dissipation component. Accordingly, upon insertion of a tubular heat dissipation member, the legs are spread open against their spring force, then snap into engagement with the tubular heat dissipation member and sandwich the tubular heat dissipation member therebetween. In this way, the two half-shells contact the heat-dissipating member and at the same time ensure stable retention of the heat-coupler relative to the heat-dissipating member. According to a further development, it is provided that two, in each case adjoining the two half-shells end portions of the legs widen again to facilitate insertion of the tubular heat dissipation component.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Wärmekoppler fest mit dem Wärmekollektor verbunden ist. Im Hinblick auf eine gute Wärmeleitung ist dabei vorteilhaft, wenn die Verbindung großflächig und ggf., falls ein zusätzliches Material (z. B. ein Lot) eingesetzt wird, mit einem Material mit guter Wärmeleitung erfolgt. Gemäß einer Weiterbildung ist der Wärmekoppler mit dem Wärmekollektor durch Rührreibschweißen, durch Laserschweißen, durch Widerstandsschweißen, durch Plasmaschweißen oder durch Kleben verbunden. Von den oberhalb genannten Verbindungstechnologien sind Rührreibschweißen und Laserschweißen bevorzugt, wobei in Versuchen insbesondere bei Rührreibschweißen sehr gute und in Massenfertigung zuverlässig realisierbare Ergebnisse erzielt werden konnten. Als „Rührreibschweißen” wird dabei ein Verfahren bezeichnet, bei dem ein als Schweißpin (bzw. Schweißstift) bezeichneter Stift, der eine für das jeweilige Verfahren angepasste Oberfläche und Oberflächenstruktur aufweisen kann, rotiert wird und in das jeweilige, mindestens eine, zu schweißende Werkstück eingetaucht wird. Dadurch wird das Material des Werkstückes in einen teigigen, vorzugsweise nicht schmelzflüssigen Zustand versetzt. Ein Vorteil des Rührreibschweißens gegenüber Schmelzschweißverfahren ist, dass kein Volumensprung eines Phasenübergangs von der flüssigen in die feste Phase auftritt. Das Rührreibschweißen führt zu einer charakteristischen, für den Fachmann erkennbaren Schweißnaht an dem geschweißten Werkstück.According to a development of the heat coupler is firmly connected to the heat collector. With regard to a good heat conduction, it is advantageous if the connection takes place over a large area and, if appropriate, if an additional material (for example a solder) is used, with a material with good heat conduction. According to a development, the heat coupler is connected to the heat collector by friction stir welding, by laser welding, by resistance welding, by plasma welding or by gluing. Friction stir welding and laser welding are preferred of the above-mentioned joining technologies, with very good and mass-produced reliable realizable results being achieved in experiments, in particular in friction stir welding. In this context, "friction stir welding" refers to a method in which a pin designated as welding pin (or welding pin), which may have a surface and surface structure adapted to the respective method, is rotated and immersed in the respective, at least one workpiece to be welded becomes. As a result, the material of the workpiece is placed in a doughy, preferably non-molten state. An advantage of friction stir welding over fusion welding is that no bulk jump of phase transition from the liquid to the solid phase occurs. Friction stir welding results in a characteristic weld seam on the welded workpiece that can be recognized by a person skilled in the art.
Gemäß einer Weiterbildung wird der Wärmekollektor im Wesentlichen durch eine massiv ausgebildete Platte gebildet. Dies ist im Hinblick auf eine kostengünstige Herstellung sowie eine stabile Ausbildung desselben vorteilhaft. Dabei kann der Wärmekollektor zusätzlich zu der Platte auch noch mindestens ein Befestigungselement zur Befestigung des Wärmekollektors auf der Dachplatte und/oder einen Schutzanstrich, der zumindest auf der Deckseite des Wärmekollektors vorgesehen ist, aufweisen. Ein Schutzanstrich oder ein Anstrich kann dabei auch farblich an die jeweilige Dachplatte angepasst sein. Als Befestigungselement zur Montage auf der Dachplatte kann beispielsweise ein an der Unterseite der Platte angebrachter Bolzen, Gewindebolzen, etc. dienen. Ferner wird der Wärmekollektor gemäß einer Weiterbildung aus einem metallischen Material (d. h. aus einem Reinmetall oder einer Metalllegierung) gebildet, dem gegebenenfalls zu einem geringen Anteil auch Zusatzstoffe zugesetzt sein können. Als Material für den Wärmekollektor (und auch den Wärmekoppler) eignet sich insbesondere Aluminium (als Reinmetall oder als Legierung), das hinsichtlich der Kosten und der Korrosionsempfindlichkeit vorteilhaft ist. Ferner ist beispielsweise auch eine Kupferlegierung geeignet. Das Metallblech weist (je nach Material) vorzugsweise eine solche Stärke auf, dass dieses eine relativ hohe Eigenstabilität aufweist. Auf der anderen Seite sind Kosten und Gewicht des Wärmekollektors abzuwägen.According to a development of the heat collector is essentially formed by a solid plate. This is advantageous in terms of a cost-effective production and a stable training thereof. In this case, the heat collector in addition to the plate also have at least one fastening element for fastening the heat collector on the roof panel and / or a protective coating, which is provided at least on the top side of the heat collector. A protective coating or paint can also be color matched to the respective roof panel. As a fastener for mounting on the roof plate, for example, attached to the underside of the plate bolts, threaded bolts, etc. are used. Furthermore, according to a further development, the heat collector is formed from a metallic material (that is to say from a pure metal or a metal alloy) to which, if appropriate, additives may also be added to a small extent. As a material for the heat collector (and also the heat coupler) is particularly suitable aluminum (as a pure metal or as an alloy), which is advantageous in terms of cost and corrosion sensitivity. Further, for example, a copper alloy is suitable. The metal sheet (depending on the material) preferably has such a strength that it has a relatively high intrinsic stability. On the other hand, the cost and weight of the heat collector should be weighed.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Wärmekollektor derart auf einen vorbestimmten Dachplattentyp abgestimmt, dass sich der Wärmekollektor maximal über die gesamte Deckfläche von genau einer Dachplatte dieses Dachplattentyps erstreckt. Dementsprechend erstreckt er sich nicht über die deckseitige Oberfläche der Dachplatte hinaus, insbesondere erstreckt es sich nicht über mehrere Dachplatten. Auf diese Weise wird der Gesamteindruck eines Gebäudedachs durch die darauf montierten Wärmekollektoren nicht oder nur geringfügig verändert. Aufgrund der verschiedenen, möglichen Dachplattentypen ist der Wärmekollektor entsprechend dem jeweiligen, als Unterlage zu verwendenden Dachplattentyp auszubilden (insbesondere hinsichtlich der Größe der Fläche und der Form). Welcher Abschnitt der deckseitigen Oberfläche der Dachplatte sinnvollerweise überdeckt wird, wird auch durch die jeweilige Form der Dachplatte beeinflusst. Vorzugsweise wird ein möglichst großer Teil bzw. Abschnitt der Dachplatte, der im Einsatz nicht von anderen (benachbarten) Dachplatten überdeckt wird, durch das Wärmekollektormodul überdeckt bzw. abgedeckt. Dadurch kann effektiv die durch ein Gebäudedach bereitgestellte Oberfläche zur Wärmenutzung eingesetzt werden. Je nach Ausführung kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn sich das Wärmekollektormodul auch über einen sich im Einsatz mit einer weiteren Dachplatte überlappenden deckseitigen Oberflächenabschnitt der Dachplatte erstreckt.According to a development of the heat collector is tuned to a predetermined type of roof plate so that the heat collector extends over the entire top surface of exactly one roof plate of this type of roof plate maximum. Accordingly, it does not extend beyond the top surface of the roof panel, in particular it does not extend over a plurality of roof panels. In this way, the overall impression of a building roof is not or only slightly changed by the heat collectors mounted thereon. Due to the various possible types of roof plate, the heat collector is to be formed according to the particular type of roof plate to be used as a base (in particular with regard to the size of the surface and the shape). Whichever section of the deck-side surface of the roof panel is usefully covered is also influenced by the particular shape of the roof panel. Preferably, the largest possible part or section of the roof panel, which is not covered by other (adjacent) roof panels in use, is covered or covered by the heat collector module. As a result, the surface provided by a building roof can effectively be used for heat utilization. Depending on the design, however, it may also be advantageous if the heat collector module also extends beyond a cover-side surface section of the roof panel which overlaps in use with another roof panel.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Wärmekollektor derart auf einen vorbestimmten (als Unterlage vorgesehenen) Dachplattentyp abgestimmt, dass dessen Haupterstreckungsfläche in ihrem Verlauf an eine Oberflächenkontur von zumindest einem Deckflächenabschnitt einer Dachplatte dieses Dachplattentyps angepasst ist. Dies ist im Hinblick auf eine stabile Auflage auf der Dachplatte sowie im Hinblick auf den optischen Gesamteindruck eines Gebäudedaches vorteilhaft. Diese Weiterbildung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich der Wärmekollektor maximal über die gesamte Deckfläche von genau einer Dachplatte erstreckt.According to a further development, the heat collector is adapted to a predetermined (provided as a support) type of roof plate, that its main extension surface is adapted in its course to a surface contour of at least one cover surface portion of a roof panel of this type of roof tile. This is advantageous with regard to a stable support on the roof panel as well as with regard to the overall visual impression of a building roof. This development is particularly advantageous when the heat collector extends over the entire top surface of exactly one roof panel.
Gemäß einer Weiterbildung weist eine Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektors zumindest einen, zu der Deckseite des Wärmekollektors hin (d. h. nach oben) ausgewölbten Abschnitt auf und der mindestens eine Wärmekoppler ist im Bereich der Auswölbung angeordnet. Solch eine Ausbildung ist insbesondere dann erwünscht, wenn die Oberflächenkontur des Dachplattentyps, für den das Wärmekollektormodul bestimmt ist, ebenfalls einen solchen gewölbten Abschnitt aufweist und dieser Abschnitt durch das Wärmekollektormodul im Einsatz abzudecken ist. Für solch einen Dachplattentyp ist das erfindungsgemäße Wärmekollektormodul besonders gut geeignet, da dann im Bereich der Auswölbung der Wärmekoppler und entsprechend in der Dachplatte im Bereich der Auswölbung eine Durchgangsöffnung zur Durchführung des Wärmekopplers bereitgestellt werden kann. Dadurch, dass diese Durchgangsöffnung der Dachplatte in einem (im Vergleich zu dem umliegenden Dachplattenabschnitt) erhöhten Abschnitt ausgebildet ist, wird ein Eintritt von Wasser von außen durch die Durchgangsöffnung hindurch bis unter die Dachplattenebene vermieden.According to a development, a main extension surface of the heat collector has at least one section bulged toward the cover side of the heat collector (that is to say upward) and the at least one heat coupler is arranged in the region of the bulge. Such a design is particularly desirable when the surface contour of the type of roof tile for which the heat collector module is intended also has such a curved portion and this portion is to be covered by the heat collector module in use. For such a type of roof plate, the heat collector module according to the invention is particularly well suited, since then in the region of the bulge of the heat coupler and correspondingly in the roof plate in the region of the bulge, a through hole for the implementation of the heat coupler can be provided. Characterized in that this passage opening of the roof panel in a (compared to the surrounding roof panel portion) is formed elevated portion, an entry of water from the outside through the through hole to below the roof plate level is avoided.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Wärmekollektorsystem, das mindestens eine Dachplatte, mindestens ein unterseitig der Dachplatte verlaufendes, von Medium durchströmtes oder durchströmbares Wärmeabführungsbauteil und mindestens ein erfindungsgemäßes Wärmekollektormodul, das gemäß einer oder mehrerer der oberhalb erläuterten Varianten und Weiterbildungen ausgebildet sein kann, aufweist, wobei der Wärmekollektor des Wärmekollektormoduls deckseitig auf der Dachplatte angebracht ist und über den mindestens einen Wärmekoppler, der mit dem Wärmekollektor verbunden ist und durch eine Durchgangsöffnung der Dachplatte hindurchgeführt ist, thermisch an das Wärmeabführungsbauteil angekoppelt ist. Durch dieses Wärmekollektorsystem werden die oberhalb in Bezug auf das Wärmekollektormodul erläuterten Vorteile in entsprechender Weise erzielt. Das Wärmekollektorsystem ist insbesondere zur Brauch- und/oder Heizungswassererwärmung eines Gebäudes vorteilhaft. Insbesondere wird der Wärmekollektor durch den Wärmekoppler auch mechanisch an dem Wärmeabführungsbauteil (ausschließlich oder gegebenenfalls auch in Kombination mit weiteren Befestigungselementen) befestigt. Weitere, gegebenenfalls zusätzlich oder alternativ einsetzbare Befestigungsmöglichkeiten sind unter anderem eine direkte Befestigung des Wärmekollektors an der jeweiligen Dachplatte. Dies kann beispielsweise über entsprechende Löcher in dem Wärmekollektor, über welche der Wärmekollektor an der Dachplatte angeschraubt wird, erfolgen.The present invention further relates to a heat collector system comprising at least one roof panel, at least one underside of the roof panel extending, medium flowed through or durchströmbares heat dissipation component and at least one heat collector module according to the invention, which may be formed according to one or more of the above variants and developments, wherein the heat collector of the heat collector module is mounted on the top side of the roof panel and is thermally coupled to the heat dissipation component via the at least one heat coupler, which is connected to the heat collector and passed through a through opening of the roof panel. By means of this heat collector system, the advantages explained above with respect to the heat collector module are achieved in a corresponding manner. The heat collector system is particularly advantageous for hot water and / or Heizungswassererwärmung a building. In particular, the thermal collector is also mechanically fastened by the heat coupler to the heat dissipation component (exclusively or possibly also in combination with other fastening elements). Further, optionally additionally or alternatively usable mounting options include a direct attachment of the heat collector to the respective roof panel. This can be done for example via corresponding holes in the heat collector, via which the heat collector is screwed to the roof panel.
Im Hinblick auf eine möglichst effektive Wärmeabführung und Wärmeaufnahme ist vorteilhaft, wenn das Wärmeabführungsbauteil einen Strömungspfad für ein strömungsfähiges Medium bildet. Gemäß einer Weiterbildung wird das Wärmeabführungsbauteil durch ein von Medium durchströmtes oder durchströmbares Rohr gebildet, das unterseitig entlang einer Dachplattenreihe verläuft. Dabei sind bei mehreren, den jeweiligen Dachplatten der Dachplattenreihe zugeordneten Wärmekollektormodulen jeweils deren Wärmekollektoren über zugehörige Wärmekoppler an das Rohr thermisch angekoppelt. Auf diese Weise gelingt eine effektive Wärmeübertragung auf das, in dem Rohr geführte Medium. Die Rohre verlaufen an einem Gebäudedach vorzugsweise in Richtung nach oben (jeweils entlang übereinander angeordneter Dachplatten, wobei alternativ grundsätzlich auch ein vertikaler oder ein schräger Verlauf möglich ist. Ferner ist bevorzugt, dass an einem Gebäudedach mehrere solche Reihen von fluidtechnisch parallel geschalteten Rohren, die jeweils Wärmeabführungsbauteile bilden, vorgesehen sind. Diese sind eingangsseitig und ausgangsseitig jeweils mit entsprechenden Sammelleitungen verbunden. Das in dem Rohr zumindest im Einsatz des Wärmekollektorsystems geführte Medium ist insbesondere gasförmig und/oder flüssig, wobei auch ein Phasengemisch möglich ist. Das Medium kann durch Kältemittel (z. B. 134A, 410A, 407C oder anderweitige Kältemittel) eines Wärmepumpenkreislaufs gebildet werden oder durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium eines separaten Kreislaufs (z. B. Sole, Gas, Öl, wässrige Lösung, etc.).With regard to the most effective heat removal and heat absorption is advantageous if the heat removal component forms a flow path for a flowable medium. According to a development, the heat dissipation component is formed by a medium through which flowed or through-flowable pipe, which runs along the underside along a roof plate row. In this case, in the case of several heat collector modules assigned to the respective roof panels of the roof panel row, their respective heat collectors are thermally coupled to the pipe via associated heat couplers. In this way, effective heat transfer to the guided in the tube medium succeeds. The tubes preferably run upwards in a building roof (in each case along roof panels arranged one above the other, alternatively a vertical or oblique course is also possible.) It is further preferred that a plurality of such series of pipes connected in parallel, in each case, be connected to a building roof These are connected on the input side and on the output side, respectively, to corresponding manifolds The medium guided in the tube, at least in use of the heat collector system, is in particular gaseous and / or liquid, whereby a Phase mixture is possible. The medium may be formed by a refrigerant (eg 134A, 410A, 407C or other refrigerants) of a heat pump cycle or by a gaseous or liquid medium of a separate circuit (eg brine, gas, oil, aqueous solution, etc.). ,
Gemäß einer Weiterbildung ist das mindestens eine Wärmekollektormodul thermisch an einen Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe zur Brauch- und/oder Heizungswassererwärmung angekoppelt oder es ist daran ankoppelbar. Eine „ankoppelbare” Ausführung ist insbesondere durch die Vorsehung von Fluid-Schaltelementen realisierbar, durch welche die Ankopplung wahlweise herstellbar und wieder trennbar ist. Durch die Ankopplung an einen Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe wird ermöglicht, dass zu den Zeiten, in denen die über die Wärmekollektoren eines Gebäudedaches aufgenommene Wärme zur Brauch- und/oder Heizungswassererwärmung nicht ausreichend ist, eine ausreichende Erwärmung unter Einsatz einer Wärmepumpe erreicht werden kann. Allgemein wird in einem Wärmepumpensystem unter Einsatz von Arbeit (z. B. durch einen elektrisch angetriebenen Kompressor) Wärme von einem als Wärmequelle dienenden Bereich (vorliegend: Bereich der Wärmekollektormodule) auf einen zu beheizenden Bereich (vorliegend insbesondere Brauch- und/oder Heizungswasser) übertragen. Grundsätzlich kann das Wärmekollektorsystem als 1-Kreissystem, als 2-Kreissystem sowie als 3-Kreissystem ausgebildet sein.According to a development, the at least one heat collector module is thermally coupled to a refrigerant circuit of a heat pump for hot water and / or heating water or it can be coupled thereto. A "connectable" embodiment can be realized in particular by the provision of fluid switching elements, by means of which the coupling can be selectively produced and separated again. By coupling to a refrigerant circuit of a heat pump is made possible that at the times in which the recorded over the heat collectors of a building's roof heat for domestic hot water and / or heating is insufficient, sufficient heating can be achieved using a heat pump. In general, in a heat pump system using heat (for example, by an electrically driven compressor), heat from a region serving as a heat source (in the present case, the area of the heat collector modules) is transferred to a region to be heated (in the present case, in particular, service and / or heating water) , In principle, the heat collector system can be designed as a 1-circle system, as a 2-circle system and as a 3-circle system.
Im Falle eines 3-Kreissystems ist ein separater, Medium-führender Kreislauf zur Durchströmung der Wärmekollektormodule eines Gebäudedaches vorgesehen, der thermisch (z. B. über einen Wärmetauscher) an einen separat ausgebildeten Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe angekoppelt ist. Aufgrund der thermischen Ankopplung wird Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf verdampft. Dieser Kältemittelkreislauf (insbesondere der Abschnitt des Verdichters, in dem eine Kondensation des Kältemittels auftritt) wiederum ist thermisch an einen Heizungswasserkreislauf zur Beheizung eines Gebäudes und/oder an einen Brauchwasservorrat und/oder an ein anderes, zu beheizendes Medium thermisch (z. B. über einen Wärmetauscher) angekoppelt. Im Falle eines 2-Kreissystems führt der Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe direkt durch die Wärmekollektormodule, so dass im Bereich der Wärmekollektormodule eine Verdampfung des Kältemittels (innerhalb des mindestens einen Wärmeabführungsbauteils) erfolgt, während im Bereich des Verdichters des Wärmepumpensystems eine Kondensation des Kältemittels stattfindet. Dieser Kältemittelkreislauf (insbesondere der Abschnitt des Verdichters, in dem eine Kondensation des Kältemittels auftritt) wiederum ist thermisch an einen Heizungswasserkreislauf zur Beheizung eines Gebäudes und/oder an einen Brauchwasservorrat und/oder an ein anderes, zu beheizendes Medium thermisch (z. B. über einen Wärmetauscher) angekoppelt. Im Falle eines 1-Kreissystems führt der Kältemittelkreislauf wiederum direkt durch die Wärmekollektormodule und auch durch die Heizungen der Heizungsanlage des Gebäudes, wobei die frei werdende Kondensationswärme direkt zur Beheizung eingesetzt wird. Für eine Brauchwassererwärmung muss ein Brauchwasservorrat thermisch an den Kältemittelkreislauf angekoppelt werden. Im Falle eines 1-Kreissystems sowie eines 2-Kreissystems wird auch von dem System einer Direktverdampfung gesprochen, das das Kältemittel direkt an der ursprünglichen Wärmequelle (hier: im Bereich der Wärmekollektormodule) verdampft wird. Eine Direktverdampfung ist deshalb bevorzugt, da die Wärmeübertragung zwischen zwei Kreisläufen eingespart wird, was hinsichtlich der Effizienz und der fluidtechnisch erforderlichen Bauteile vorteilhaft ist. Im Hinblick auf die tatsächliche Realisierung ist angesichts der erhöhten Effizient und der Steuerbarkeit des Prozesses insbesondere ein 2-Kreissystem bevorzugt.In the case of a 3-circuit system, a separate, medium-conducting circuit is provided for the flow through the heat collector modules of a building roof, which is thermally coupled (eg via a heat exchanger) to a separately formed refrigerant circuit of a heat pump. Due to the thermal coupling refrigerant is evaporated in the refrigerant circuit. This refrigerant circuit (in particular the section of the compressor in which a condensation of the refrigerant occurs), in turn, is thermally (eg via.) To a heating water circuit for heating a building and / or to a service water supply and / or to another medium to be heated a heat exchanger) coupled. In the case of a 2-circuit system, the refrigerant circuit of the heat pump directly through the heat collector modules, so that in the heat collector modules evaporation of the refrigerant (within the at least one heat dissipation component) takes place, while in the region of the compressor of the heat pump system condensation of the refrigerant takes place. This refrigerant circuit (in particular the section of the compressor in which a condensation of the refrigerant occurs), in turn, is thermally (eg via.) To a heating water circuit for heating a building and / or to a service water supply and / or to another medium to be heated a heat exchanger) coupled. In the case of a 1-circuit system, the refrigerant cycle again leads directly through the heat collector modules and also through the heating of the heating system of the building, with the released heat of condensation is used directly for heating. For DHW heating, a hot water supply must be thermally coupled to the refrigerant circuit. In the case of a 1-circuit system and a 2-circuit system is also referred to by the system of direct evaporation, the refrigerant is vaporized directly at the original heat source (here: in the area of the heat collector modules). A direct evaporation is preferred because the heat transfer between two circuits is saved, which is advantageous in terms of efficiency and the components required for fluid technology. In view of the actual realization, in view of the increased efficiency and the controllability of the process, in particular a 2-circle system is preferred.
In dem Wärmepumpenkreislauf ist, wie in dem Gebiet der Wärmepumpen bekannt ist, vorzugsweise ein Expansionsventil zur Einstellung der Temperatur und des Drucks im Bereich vor dem Verdichter der Wärmepumpe vorteilhaft. Im Falle der Direktverdampfung ist das Expansionsventil vorzugsweise in dem Kältemittel-Strömungspfad in dem Bereich vor den Wärmekollektormodulen vorgesehen. Dementsprechend können durch das Expansionsventil in Abhängigkeit von den im Außenbereich vorliegenden Bedingungen und in Abhängigkeit von dem erforderlichen Temperaturniveau auf der zu beheizenden Seite die Bedingungen innerhalb des Kältemittelkreislaufs eingestellt werden. Insbesondere kann so bei niedrigen Außentemperaturen das durch die Wärmekollektormodule hindurchgeführte Kältemittel auf so ein niedriges Temperaturniveau (mittels der Wärmepumpe) heruntergekühlt werden, dass weiterhin eine Wärmeaufnahme von der Umgebung gewährleistet wird. Bei niedrigen Außentemperaturen kommt hinzu, dass durch Kühlen der Wärmekollektoren mittels des Kältemittels ein Auskondensieren von Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft gefördert wird, was zu einem erhöhten Wärmeeintrag in den Kältemittelkreislauf führt.In the heat pump cycle, as is known in the field of heat pumps, it is preferable to use an expansion valve for adjusting the temperature and pressure in the region upstream of the heat pump compressor. In the case of direct evaporation, the expansion valve is preferably provided in the refrigerant flow path in the area in front of the heat collector modules. Accordingly, the conditions within the refrigerant circuit can be adjusted by the expansion valve depending on the outdoor conditions and depending on the required temperature level on the side to be heated. In particular, at low outside temperatures, the refrigerant passed through the heat collector modules can thus be cooled down to such a low temperature level (by means of the heat pump) that heat is retained from the environment. At low outdoor temperatures is added that by cooling the heat collectors by means of the refrigerant condense moisture is conveyed from the ambient air, resulting in an increased heat input into the refrigerant circuit.
Gemäß einer Weiterbildung wird Kältemittel eines Kältemittelkreislaufs einer Wärmepumpe zur Brauch- und/oder Heizungswassererwärmung durch das mindestens eine Wärmeabführungsbauteil des mindestens einen Wärmekollektormoduls durchgeleitet oder ist dadurch durchleitbar. Eine tatsächliche Durchleitung des Kältemittels erfolgt dabei zumindest während der Einsatzzeiten des Wärmekollektorsystems. Diese Weiterbildung entspricht dem oberhalb erläuterten System der Direktverdampfung, wobei grundsätzlich eine Ausbildung als 1-Kreissystem oder als 2-Kreissystem möglich ist.According to a development, refrigerant of a refrigerant circuit of a heat pump for service and / or heating water heating is passed through the at least one heat dissipation component of the at least one heat collector module or is thereby passable. An actual passage of the refrigerant takes place at least during the periods of use of the heat collector system. This development corresponds to the above-explained system of direct evaporation, in principle, a training as a 1-circle system or as a 2-circle system is possible.
Gemäß einer Weiterbildung wird ein in einem Strömungskreislauf geführtes Medium durch das mindestens eine Wärmeabführungsbauteil des mindestens einen Wärmekollektormoduls durchgeleitet und der Strömungskreislauf des Mediums ist thermisch an einen separat ausgebildeten Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe zur Brauch- und/oder Heizungswassererwärmung angekoppelt oder ist daran ankoppelbar. Das Medium wird beispielsweise durch Wasser, das mit entsprechenden Zusatzstoffen (als Frostschutz) versehen ist, gebildet. Eine ankoppelbare Ausführung ist insbesondere durch die Vorsehung von Fluid-Schaltelementen realisierbar, durch welche die Ankopplung wahlweise herstellbar und wieder trennbar ist. Die thermische Ankopplung kann insbesondere über einen oder mehrere Wärmetauscher, gegebenenfalls auch über ein weiteres Medium oder einen weiteren Kreislauf, erfolgen, wobei eine möglichst direkte Ankopplung im Hinblick auf die Effizienz vorteilhaft ist. Die Ankopplung kann insbesondere derart gesteuert werden, dass diese immer dann erfolgt, wenn die über die Wärmekollektormodule aufgenommene Wärme allein nicht zur Brauch- und/oder Heizungswassererwärmung ausreichend ist. Diese Weiterbildung kann insbesondere gemäß dem oberhalb erläuterten 3-Kreissystem ausgebildet sein.According to a development, a medium conducted in a flow circuit is passed through the at least one heat dissipation component of the at least one heat collector module and the flow circuit of the medium is thermally coupled to a separately formed refrigerant circuit of a heat pump for domestic hot water and / or Heizungswassererwärmung or can be coupled thereto. The medium is formed for example by water, which is provided with appropriate additives (as antifreeze). An attachable embodiment can be realized, in particular, by the provision of fluid switching elements, by means of which the coupling can be selectively produced and separated again. The thermal coupling can in particular via one or more heat exchangers, possibly also via a further medium or a further circuit, take place, with a direct connection as possible in terms of efficiency is advantageous. The coupling can in particular be controlled in such a way that it always takes place when the heat absorbed by the heat collector modules alone is not sufficient for domestic hot water and / or heating water heating. This development can be designed in particular according to the above-explained 3-circle system.
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.Further advantages and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.
Von den Figuren zeigen:From the figures show:
Das in den
Bei der dargestellten Ausführungsform sind der Wärmekollektor
Zum Eindecken eines Gebäudedachs
Die relative Anordnung zwischen Dachplatte
Wie in dem allgemeinen Beschreibungsteil erläutert wird, kann ein Gebäudedach
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die, unter Bezugnahme auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass der Wärmekoppler jeweils fest mit dem Wärmeabführungsbauteil verbunden ist und eine lösbare Verbindung (z. B. eine einrastende Klemmverbindung) zu dem Wärmekollektor ausgebildet ist. Weiterhin ist beispielsweise auch möglich, dass der Wärmekoppler durch nur einen Schenkel gebildet wird, an dessen Ende eine Klammer zur (lösbaren) Befestigung an dem Wärmeabführungsbauteil (oder alternativ an dem Wärmekollektor) vorgesehen ist. Gemäß einer weiteren Variante ist der Wärmekollektor derart ausgebildet, dass er sich über mehr als die Deckfläche (genau) einer Dachplatte, insbesondere über mehrere Dachplatten hinweg, erstreckt.The present invention is not limited to the embodiments explained with reference to the figures. In particular, it can also be provided that the heat coupler is in each case firmly connected to the heat dissipation component and a detachable connection (for example a latching clamping connection) to the heat collector is formed. Furthermore, for example, it is also possible that the heat coupler is formed by only one leg, at the end of a bracket for (releasable) attachment to the heat dissipation component (or alternatively to the heat collector) is provided. According to a further variant, the heat collector is designed such that it extends over more than the top surface (exactly) of a roof panel, in particular over several roof panels away.
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