DE10304536B3

DE10304536B3 - Hohlkammerprofil zur Nutzung der Sonnenenergie

Info

Publication number: DE10304536B3
Application number: DE10304536A
Authority: DE
Inventors: Horst Hinterneder
Original assignee: Individual
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: HK1089503A1; JP2006515414A; WO2004070287A1; CN1745281A; BRPI0407205A; MXPA05008251A; AU2004209030A1; ZA200506116B; JP4503591B2; EP1592928A1; AU2004209030B2; CN100575812C; US20060251865A1

Abstract

Ein Hohlkammerprofil (10, 70) dient zur Nutzung der Sonnenenergie, insbesondere zur Dacheindeckung von Absorptionsdächern oder dergleichen, mit einem transparenten Oberteil (12, 72) und einem strahlungsabsorbierenden Unterteil (14), die gemeinsam durch Zwei-Komponenten-Extrusion aus Kunststoff hergestellt und im Inneren des Hohlkammerprofils (10, 70) durch in Längsrichtung verlaufende Stege (20, ..., 30) auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass parallele Strömungskanäle (34, ..., 48) für ein Wärmeträgermedium gebildet werden. Das Oberteil (12, 72) ist auf seiner Außenseite mit einer Deckschicht (50) versehen, die gemeinsam mit dem Oberteil (12, 72) und dem Unterteil (14) durch die Zwei-Komponenten-Extrusion kombiniert mit Coextrusion aus einem den ultravioletten Strahlungsanteil absorbierenden und im übrigen transparenten Kunststoff hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlkammerprofil zur Nutzung der Sonnenenergie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sonnenkollektoren in Form der eingangs genannten Hohlkammerprofile bieten eine Möglichkeit zur Nutzung der Sonneneinstrahlung. Eine solche Profilkonstruktion, die gleichzeitig als Bauteil zur Dacheindeckung dient und somit zum Eindecken von Absorptionsdächern geeignet ist, ist beispielsweise in der DE 27 49 490 A1 dargestellt. Ein die Profile durchströmendes Wärmeträgermedium wie etwa Luft nimmt die Wärme des durch die Sonneneinstrahlung erhitzten Profils auf und führt sie über eine Sammelleitung oder dergleichen ins Gebäude ab.

Zur Bildung einer geschlossenen, witterungsdichten Dachfläche sind die brettartigen Hohlkammerprofile nebeneinander liegend angeordnet und durch Nut-Feder-Steckverbindungen miteinander verbunden. Die einzelnen Profile umfassen ein transparentes Oberteil und ein die Strahlung absorbierendes, also beispielsweise schwarz pigmentiertes Unterteil, die durch in Längsrichtung verlaufende Stege auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass im Inneren parallele Strömungskanäle gebildet werden. Oberteil und Unterteil werden gemeinsam durch Zwei-Komponenten-Extrusion aus Kunststoffen mit den jeweils gewünschten Eigenschaften hergestellt.

Die mangelhafte Witterungsbeständigkeit der bekannten Hohlkammerprofile hat sich jedoch als problematisch erwiesen. Insbesondere leiden die aus den üblichen Kunststoffen hergestellten transparenten Oberteile unter der intensiven Sonneneinstrahlung, so dass sie auf Dauer vergilben und sich eintrüben. Darüber hinaus treten strukturelle Beeinträchtigungen auf, durch welche die Anforderungen in Bezug auf die Schlag- und Trittfestigkeit nicht mehr eingehalten werden können. In diesem Fall droht beispielsweise die Gefahr von Beschädigungen des Profils durch Hagelschlag oder beim Betreten des Daches. Da diese nachteiligen Effekte vor allem durch den aggressiven ultravioletten Strahlungsanteil des Sonnenlichts hervorgerufen werden, ist bereits vorgeschlagen worden, das Oberteil auf seiner Außenseite mit einem UV-Schutzlack zu versehen. Ein derartiger Lacküberzug setzt jedoch die Kerbschlagzähigkeit der Oberfläche erheblich herab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hohlkammerprofil der eingangs genannten Art zu schaffen, das widerstandsfähiger gegenüber dem ultravioletten Strahlungsanteil des Sonnenlichts ist und somit eine höhere Lebensdauer aufweist als die bekannten Hohlkammerprofile.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hohlkammerprofil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Oberteil des erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils ist auf seiner Außenseite mit einer Deckschicht versehen, die aus einem Kunststoff besteht, der den ultravioletten Strahlungsanteil absorbiert und im übrigen transparent ist. Diese UV-absorbierende Deckschicht wird gemeinsam mit dem Oberteil und dem Unterteil durch die Kombination von Zwei-Komponenten-Extrusion mit Coextrusion hergestellt.

Gegenüber den herkömmlichen W-Lackschichten kann die Kunststoff-Deckschicht die erforderliche Kerbschlagzähigkeit gewährleisten und blockt den ultravioletten Strahlungsanteil ab, so dass das transparente Oberteil des Hohlkammerprofils vor der aggressiven Strahlung dauerhaft geschützt ist und seine optischen und mechanischen Eigenschaften beibehält. Das Oberteil bleibt somit langfristig widerstandsfähig gegenüber Vergilbungen und Eintrübungen und bewahrt seine mechanische Festigkeit. Die Transparenz wird im übrigen nicht beeinträchtigt, so dass der Wirkungsgrad des Profils erhalten bleibt. Die gemeinsame Herstellung der unterschiedlichen Bestandteile durch Zwei-Komponenten-Extrusion in Kombination mit Coextrusion ist besonders einfach und effektiv, während gleichzeitig eine zuverlässige Verbindung der aufeinanderliegenden Schichten gewährleistet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich mindestens eine thermotrope Schicht vorhanden, die entweder auf der Deckschicht aufliegt oder zwischen dem Oberteil und der Deckschicht einliegt und gemeinsam mit dem Oberteildem Unterteil und der Deckschicht durch die Zwei-Komponenten-Extrusion kombiniert mit Coextrusion aus Kunststoff hergestellt wird. Die Transparenz der thermotropen Schicht ist temperaturabhängig. Durch eine geeignete Wahl des Schichtmaterials kann eine übermäßige Erhitzung des Inneren des Hohlkammerprofils verhindert werden. Wird das Kunststoffmaterial der thermotropen Schicht nämlich so gewählt, dass es bei hohen Temperaturen opak wird und somit von der Sonneneinstrahlung nicht mehr durchdrungen werden kann, kann eine übermäßige thermische Belastung des Gesamtsystems vermieden werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Transparenz der UV-absorbierenden Deckschicht selbst auf die oben beschriebene Weise temperaturabhängig.

Vorzugsweise ist das Unterteil des Hohlkammerprofils durch Glasfasern verstärkt. Dies kann unter verschiedenen Gesichtspunkten vorteilhaft sein. Beispielsweise kann die Innenseite des glasfaserverstärkten Unterteils eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit aufweisen, so dass eine lineare Strömung des Wärmeträgermediums gestört wird und Turbulenzen erzeugt werden, die den Wärmeübergang verbessern. Auf diese Weise wird ein höherer Wirkungsgrad der Hohlkammerprofile erzielt.

Ferner kann vorzugsweise das Unterteil einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als das Oberteil. Durch die Glasfaserverstärkung kann die Wärmeausdehnung des Unterteils derjenigen des Oberteils angeglichen werden, so dass beide Teile des Hohlkammerprofils trotz unterschiedlicher Temperaturen die gleiche thermische Ausdehnung aufweisen und es nicht zu Verwerfungen und Undichtigkeiten bei einer Erhitzung der Dachfläche kommen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Inneren des Hohlkammerprofils eine von der Unterseite des Oberteils beabstandete Isolationsschicht angeordnet, die gemeinsam mit dem Oberteil, dem Unterteil, der Deckschicht sowie mit einer gegebenenfalls vorhandenen thermotropen Schicht durch Zwei-Komponenten-Extrusion in Kombination mit Coextrusion aus Kunststoff hergestellt ist. Zwischen dieser Isolationsschicht und dem Oberteil kann sich somit ein wärmeisolierendes Luftpolster bilden, das verhindern soll, dass die Wärme aus dem Hohlkammerprofil zur Außenseite des Daches abgegeben wird und Verluste auftreten.

Weiter vorzugsweise werden die Stege, die das Oberteil mit dem Unterteil verbinden, jeweils anteilig von dem Ober- und dem Unterteil gebildet, und zwar auf solche Weise, dass das Höhenverhältnis des vom Unterteil ausgehenden Steg- Teils zu dem vom Oberteil ausgehenden Steg-Teil zwischen 2 : 1 und 3 : 1 liegt. Damit ist nicht nur die innere, untere Wandfläche des Hohlkammerprofils, sondern auch der überwiegende Teil der Stege absorbierend. Diese Konstruktion ermöglicht auch dann einen guten Wirkungsgrad, wenn die Sonneneinstrahlung schrägseitig auf das Hohlkammerprofil fällt, da in diesem Fall die Strahlung gut von den absorbierenden Teilen der Stege aufgenommen werden kann.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt einen seitlichen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils und
2 zeigt einen Schnitt entsprechend 1 durch eine zweite Ausführungsform des Hohlkammerprofils.
Das Hohlkammerprofil 10 in 1 umfaßt ein Oberteil 12 und ein Unterteil 14 aus unterschiedlichen Kunststoffen und ist durch Zwei-Komponenten-Extrusion hergestellt. Das Hohlkammerprofil 10 läßt sich auf später noch zu beschreibende Weise mit weiteren, gleichartigen Hohlkammerprofilen 10 auf solche Weise zusammenfügen, dass die Dachfläche eines Absorptionsdaches zur Aufnahme von Sonneneinstrahlung vollständig abgedeckt wird. In dieser Anordnung bildet das Oberteil 12 die Außenseite der Dachfläche, während die dem abzudeckenden Gebäude zugewandte Innenseite durch das Unterteil 14 gebildet wird. An ihren jeweiligen Seitenkanten liegen das Oberteil 12 und das Unterteil 14 aufeinander auf, so daß im Inneren des Hohlkammerprofils 10 ein Hohlraum umschlossen wird. Die Teile der Ober- und Unterteile 12, 14, die die Außenwände 16, 18 des Hohlkammerprofils 10 bilden, sind konkav gegeneinander gewölbt, so dass der Querschnitt des Hohlkammerprofils 10 etwa in seinem mittleren Bereich tailliert ist.
Der Hohlraum im Inneren des Hohlkammerprofils 10 wird durch eine Anzahl paralleler, in Längsrichtung des Profils 10 verlaufender Stege 20, 22, 24, 26, 28, 30 in eine Anzahl paralleler Strömungskanäle 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 unterteilt, die von einem nicht dargestellten Wärmeträgermedium, insbesondere von Luft durchströmt werden können. Das strömende Wärmeträgermedium nimmt die Wärme des Hohlkammerprofils 10 auf, das sich durch die Sonneneinstrahlung erwärmt, und führt die Wärme über eine nicht dargestellte gemeinsame Sammelleitung oder dergleichen ins Innere des Gebäudes ab.
Damit das Hohlkammerprofil 10 seine Funktion als Sonnenkollektor möglichst effektiv ausüben kann, ist das Oberteil 12 aus einem Kunststoff gefertigt, der für die Sonneneinstrahlung transparent ist, während das Unterteil 14 die Strahlung, die das Oberteil 12 durchdringt, möglichst effektiv absorbiert. Beide Teile 12, 14, können aus Polycarbonat bestehen, das im Fall des Oberteils 12 transparent ist, während das Unterteil 14 schwarz pigmentiert ist.
Das Oberteil 12 ist auf seiner Außenseite, die der Dachoberfläche entspricht, mit einer Deckschicht 50 aus einem Kunststoff versehen, der den ultravioletten Strahlungsanteil absorbiert und im übrigen transparent ist. Durch diese Deckschicht 50 wird verhindert, dass die darunter liegenden Bestandteile des Hohlkammerprofils 10 auf Dauer durch die aggressive ultraviolette Strahlung beeinträchtigt werden und sich ihre optischen und mechanischen Eigenschaften verschlechtern. Insbesondere soll vermieden werden, dass sich das Oberteil 12 auf Dauer eintrübt oder vergilbt, und ferner soll die Bruch-, Schlag- und Trittfestigkeit der Gesamtkonstruktion erhalten bleiben. Der Wirkungsgrad des Hohlkammerprofils 10 wird durch die Deckschicht 50 nicht beeinträchtigt. Die Deckschicht 50 wird gemeinsam mit dem Oberteil 12 und dem Unterteil 14 durch Zwei-Komponenten-Extrusion kombiniert mit Coextrusion hergestellt, so dass durch ein möglichst einfaches Herstellungsverfahren gleichzeitig eine gute Verbindung der einzelnen Schichten untereinander gewährleistet werden kann.
Es ist ferner möglich, weitere Schichten, die in 1 nicht dargestellt sind, auf ähnliche Weise auf dem Oberteil 12 anzubringen. Insbesondere können auf der Deckschicht 50 oder zwischen dem Oberteil 12 und der Deckschicht 50 thermotrope Schichten vorgesehen sein, die gemeinsam mit dem Oberteil 12, dem Unterteil 14 und der Deckschicht 50 durch die Zwei-Komponenten-Extrusion kombiniert mit Coextrusion aus Kunststoff hergestellt sind und deren Transparenz sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Wählt man beispielsweise für die thermotrope Schicht ein Material, das bei einer hohen Temperatur undurchlässig für Strahlung wird, so kann auf diese Weise eine Überhitzung des inneren Bereichs des Hohlkammerprofils 10 verhindert werden. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Transparenz der Deckschicht 50 selbst temperaturabhängig ist, so dass sich das Ein- bzw. Aufbringen zusätzlicher thermotroper Schichten erübrigt.
Der Kunststoff, aus dem das Unterteil 14 besteht, ist durch Glasfasern verstärkt und weist eine aufgerauhte Oberfläche auf. Durch die Aufrauhung wird eine laminare Strömung durch die Strömungskanäle 34, ..., 48 behindert, so dass Turbulenzen entstehen, die dazu beitragen, dass die Wärme vom Unterteil 14 an das Wärmeträgermedium abgegeben wird. Der Wirkungsgrad des Hohlkammerprofils 10 wird dadurch verbessert. Ferner weist das Unterteil 14 durch die Glasfaserverstärkung einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das Oberteil 12, so dass sich beide Teile 12, 14 bei unterschiedlicher Erwärmung nicht gegeneinander verziehen können, und es werden Aufwerfungen, Undichtigkeiten und dergleichen vermieden.
Die Stege 22, ..., 30 setzen sich jeweils zusammen aus einem vom Oberteil 12 ausgehenden Teil 52 und einem vom Unterteil 14 ausgehenden Teil 54. Dies ist exemplarisch am Steg 22 dargestellt. Die jeweils vom Oberteil und vom Unterteil 14 ausgehenden Steg-Teile 52, 54 sind so bemessen, dass der vom Unterteil 14 ausgehende Steg-Teil 54 höher bemessen ist als der vom Oberteil 12 ausgehende Steg-Teil 52. Im Fall des Steges 22 liegt das Höhenverhältnis des unteren Steg-Teils 54 zum oberen Steg-Teil 52 etwa zwischen 2 : 1 und 3 : 1. Die Stege 22, ..., 30 sind somit größtenteils absorbierend, so dass auch bei schrägem Strahlungseinfall auf das Hohlkammerprofil 10 ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann.
Das Unterteil 14 umfaßt schließlich Befestigungsmittel zur Schaffung von Nut-Feder-Verbindungen der einzelnen Hohlkammerprofile 10 untereinander. An der in 1 linken Kante des Hohlkammerprofils 10 wird dieses durch eine Federleiste 56 abgeschlossen, die am Steg 20 angebracht ist und in ihrem Inneren den Strömungskanal 34 umschließt. An der gegenüberliegenden rechten Seite wird durch einen Teil des Stegs 30 und zwei von diesem ausgehende Kammerwände 58, 60 eine Nut 62 umschlossen, in die sich eine entsprechende Federleiste 56 eines weiteren, nicht dargestellten Hohlkammerprofils 10 einschieben läßt. Damit eine Federleiste 56 festen Halt in der Nut 62 findet, weist die Federleiste 56 auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen Rastzähne 64 auf, die dazu vorgesehen sind, in entsprechende Zahnleisten 66 in den Kammerwänden 58, 60 der Nut 62 einzurasten. Ferner ist jedes Hohlkammerprofil 10 an seinem Unterteil 14 mit nicht dargestellten Befestigungsmitteln wie Klammern oder dergleichen versehen, durch die es auf dem einzudeckenden Gebäude befestigt werden kann.
Das Unterteil 14 des Hohlkammerprofils 70 aus 2 ist mit demjenigen des Hohlkammerprofils 10 aus 1 identisch, so dass auf die Beschreibung von dessen Einzelheiten an dieser Stelle verzichtet wird. Das Oberteil 72 besteht wie in 1 aus transparentem Kunststoff, der mit einer für UV-Strahlung undurchlässigen, ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Deckschicht 50 überzogen ist. Ferner ragen auf der Unterseite des Oberteils 72 Steg-Teile 52 auf, die mit entsprechenden Steg-Teilen 54 des Unterteils 14 die in Längsrichtung verlaufenden Stege im Inneren des Hohlkammerprofils 70 bilden. Gegenüber der Konstruktion aus 1 umfaßt das hier gezeigte Oberteil 72 eine zusätzliche Isolationsschicht 74 aus transparentem Kunststoff, die von der Unterseite des Oberteils 72 beabstandet ist. Sie verbindet die einzelnen Steg-Teile 52 untereinander und erstreckt sich über die gesamte Breite des Oberteils 72. Zwischen der Unterseite des Oberteils 72 und der Isolationsschicht 74 werden somit weitere Kammern 76 von den Strömungskanälen abgetrennt, die ein Luftpolster enthalten und weitgehend verhindern, dass Wärme aus dem Inneren des Hohlkammerprofils 70 an die Außenluft abgegeben wird. Somit erhöht die Isolationsschicht 74 den Wirkungsgrad. Sie läßt sich gemeinsam mit allen übrigen Bestandteilen des Hohlkammerprofils, also insbesondere mit dem Unterteil 14, dem Oberteil 74, mit der Deckschicht 50 und gegebenenfalls weiteren thermotropen Schichten durch kombinierte Zwei-Komponenten-Extrusion mit Coextrusion herstellen.
Obwohl die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele speziell zum Eindecken von Absorptionsdächern geeignet sind, ist es denkbar, Hohlkammerprofile im Rahmen der Erfindung in anderer Weise als Sonnenkollektoren zu nutzen und entsprechend auszubilden.

Claims

Hohlkammerprofil (10, 70) zur Nutzung der Sonnenenergie, insbesondere zur Dacheindeckung von Absorptionsdächern oder dergleichen, mit einem transparenten Oberteil (12, 72) und einem strahlungsabsorbierenden Unterteil (14), die gemeinsam durch Zwei-Komponenten-Extrusion aus Kunststoff hergestellt und im Inneren des Hohlkammerprofils (10, 70) durch in Längsrichtung verlaufende Stege (20, ..., 30) auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass parallele Strömungskanäle (34, ..., 48) für ein Wärmeträgermedium gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (12, 72) auf seiner Außenseite mit einer Deckschicht (50) versehen ist, die gemeinsam mit dem Oberteil (12, 72) und dem Unterteil (14) durch die Zwei-Komponenten-Extrusion kombiniert mit Coextrusion aus einem den ultravioletten Strahlungsanteil absorbierenden und im übrigen transparenten Kunststoff hergestellt ist.
Hohlkammerprofil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Deckschicht oder zwischen dem Oberteil (12, 72) und der Deckschicht (50) zusätzlich mindestens eine thermotrope Schicht auf- bzw. einliegt, die gemeinsam mit dem Oberteil (12, 72), dem Unterteil (14) und der Deckschicht (50) durch die Zwei-Komponenten-Extrusion kombiniert mit Coextrusion aus Kunststoff hergestellt ist und deren Transparenz temperaturabhängig ist.
Hohlkammerprofil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transparenz der Deckschicht (50) selbst temperaturabhängig ist.
Hohlkammerprofil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (14) mit Glasfasern verstärkt ist.
Hohlkammerprofil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (14) einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Oberteil (12,72) aufweist.
Hohlkammerprofil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Hohlkammerprofils eine von der Unterseite des Oberteils (72) beabstandete Isolationsschicht (74) angeordnet ist, die gemeinsam mit dem Oberteil (72), dem Unterteil (14), der Deckschicht (50) sowie mit einer gegebenenfalls vorhandenen thermotropen Schicht durch die Zwei-Komponenten-Extrusion kombiniert mit Coextrusion aus Kunststoff hergestellt ist.
Hohlkammerprofil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (20, ..., 30) auf solche Weise anteilig von dem Oberteil (12, 72) und dem Unterteil (14) gebildet werden, dass das Höhenverhältnis des vom Unterteil (14) ausgehenden Steg-Teils (54) zu dem vom Oberteil (12, 72) ausgehenden Steg-Teil (52) zwischen 2:1 und 3:1 liegt.