DE19540500A1 - Bauplattenkollektor zur solaren Erwärmung von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den speziellen Aufbau eines Son­ nenkollektors, der mit dem Ziel der effektiven Nutzung der Sonnenenergie für die Erwärmung von Flüssigkeiten ent­ wickelt wurde.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet für derartige thermische Kollektoren ist die Bereitstellung von Brauchwasser für Industrie, Landwirtschaft und Bauwesen, im Dienstlei­ stungsbereich für Wäscherei- und Fahrzeugwaschanlagen sowie für Sport- und Freizeitanlagen.

Bekannt und in Benutzung sind Solarabsorber verschieden­ ster Konstruktionsprinzipien; die breite Palette reicht von einfach schwarz gestrichenen, mit Wasser gefüllten Behältnissen bis hin zu komplizierten Kollektoren mit einem von einem Wärmeträgermedium durchflossenen Leitungs­ system. Diese thermischen Kollektoren können zur Verminde­ rung der prinzipbedingten Abstrahlungsverluste durch ein evakuiertes Gefäß (z. B. in DE 40 07 839) oder durch eine rückseitige thermische Schirmung geschützt sein. Thermi­ sche Kollektoren können durch einen geeigneten Aufbau auch für eine Unterdach- oder Überdachmontage anwendbar sein oder sie können in herkömmliche Dachziegel integriert werden (so u. a. in DE 40 11 289 dargestellt).

Alle diese Solarabsorber haben den Nachteil, daß sie bau­ körperunabhängige Sonderkonstruktionen sind, sie also nicht gezielt in den Baukörper integriert sind oder ge­ eignete im Baukörper verwendete Baumaterialien nicht in den Aufbau den Sonnenkollektors einbezogen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die bauphysikali­ schen Funktionen einer zur Fassadenverkleidung oder Dach­ eindeckung eingesetzten Sandwich-Bauplatte mit der energe­ tischen Funktion eines Solarabsorbers zu koppeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskom­ bination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Basis- bzw. Trägerelement des erfindungsgemäßen Platten­ kollektors sind Sandwich-Bauplatten wie sie u. a. als Dach­ platten und Fassadenverkleidungen zum Einsatz kommen mit einer in Plattenlängsrichtung ausgeprägten rippenartigen Profilierung zur Erreichung der für größere Transport- und Baulängen erforderlichen statischen Festigkeit und Tragfähigkeit.

Derartige Sandwich-Bauplatten haben Metallwandungen und der Kern besteht beispielsweise aus PUR-Schaum; sie werden in Dicken von ca. 80 bis 120 mm, gemessen im Bereich der rippenartigen Verstärkungen, und in Längen bis zu 16 . . . 20 m hergestellt.

Zusätzlich zu ihrer bisherigen Funktion, nämlich Bauwerks­ verkleidung und Bauwerksdämmung können diese Platten auch unter Nutzung ihrer günstigen statischen und Dämmeigen­ schaften als Basiselement für Sonnenkollektoren dienen. Dabei werden die zusätzlichen Solarabsorberelemente auf der profilierten Seite der Sandwich-Bauplatte montiert. Diese der Sonnenstrahlung ausgesetzte, auf ihrer Rückseite durch den Sandwich-Bauplatten-Kern wärmegedämmte Metall­ wandung, die üblicherweise schwarz eingefärbt wird, wirkt dabei als Reflektor und Wärmespeicher.

Die Reflektorwirkung wird durch die spezifische Formgebung der Sandwich-Bauplatte verstärkt.

Die Sonnenkollektorfunktion wird dadurch erreicht, daß die zum Transport des Wärmetauschermediums oder des Wassers vorgesehenen Leitungen in die reflektorartig geformten, sich in Plattenlängsrichtung erstreckenden Senken zwischen den Rippen der Sandwich-Bauplatten eingebaut werden.

Die Leitungen werden dabei so montiert, daß sie mit einer möglichst großen Fläche auf der metallischen Plattenwan­ dung aufliegen. Durch den damit erreichten direkten, me­ tallischen Kontakt der Wandungen von Platte und Leitung wird eine optimale Wärmeleitung gewährleistet.

Die Einstellung einer möglichst großen Kontaktfläche zwi­ schen Plattenwandung und Leitung kann durch entsprechende Formgebung des Leitungsquerschnittes und/oder der Platten­ oberfläche unterstützt werden.

Beispielsweise können die Leitungen zur Erzielung eines flächigen Kontaktes einen drei- oder viereckigen Querschnitt aufweisen.

Die quer zur Plattenlängsrichtung auf der einen Schmalsei­ te der Sandwich-Bauplatte zu montierenden Leitungsverbinder, die die Leitungen zwischen zwei Senken verbinden sollen, werden durch in die Platte eingebrachte Bohrungen von der Absorberseite auf die Rückseite der Platte geführt. Dazu sind am betreffenden Plattenende in den vorzugsweise jeweils zwei parallele Leitungen aufnehmenden Senken Boh­ rungen vorhanden, durch die die U-förmigen Leitungsverbin­ der gesteckt werden. Auf diese Weise wird zugleich das Leitungssystem auf dieser Plattenschmalseite arretiert.

Weitere Befestigungselemente zur Halterung der Leitungen sind in den Senken vorgesehen.

Der erfindungsgemäße Plattenkollektor dann bei einer Plat­ tenbreite von etwa 1 bis 1,2 m in den für Sonnenkollekto­ ren üblichen Längen von 2 bis 3 m, aber auch - unter vol­ ler Nutzung der Vorteile der Erfindung - ausgehend von den Maßen der als Basis- bzw. Trägerelement eingesetzten Sand­ wich-Bauplatten in Längen bis zu 20 m hergestellt werden.

Damit können in effektiver Weise beliebige (Teil-)Flächen von mit den Sandwich-Bauplatten verkleideten Bauwerksfas­ saden bzw. gedeckten Dächern mit einer Sonnenkollektor­ funktion ausgestattet werden.

Nach der Montage der einzelnen Bauplattenkollektoren bzw. Kollektormodule, d. h. nach ihrer mechanischen und funktionellen Aneinanderreihung in x- und y-Richtung bis die gewünschte Absorberfläche erreicht ist, erfolgt die Abdeckung der Gesamtfläche mittels Scheiben oder Folie. Dabei kann die Abdeckung auf den Rippen befestigt werden, beispielsweise durch Kleben oder Verschweißen.

Auf diese Weise wurde ein Sonnenkollektor entwickelt, der in x- und y-Richtung beliebige Dimensionen erreichen kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Plattenkollektor und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Plattenkollektors entlang der Schnittlinie A-A.

Als Basis- und Trägerelement für die Kollektorfunktion dient eine Sandwich-Bauplatte mit einer Länge von 6 m und einer Breite von ca. 1 m.

Die Plattendicke beträgt im Bereich der rippenartigen Verstärkung 80 mm und im Bereich der denken 40 mm.

Fig. 1 und 2 zeigen den Einbau der Kollektorfunktionsele­ mente, wie Leitungen 4 (hier ausgeführt als Rohrleitun­ gen), Leitungsverbinder 5 (hier ausgeführt als Rohrverbin­ der), zusätzliche Wärmespeicherelemente 7 in bzw. auf die Sandwich-Bauplatte 1 sowie die Ergänzung durch weitere Bauteile, wie Befestigungselemente 9 für die Rohrleitun­ gen 4 und Abdeckscheibe 8 in Rippenauflage 2.

Die sich in Plattenlängsrichtung erstreckenden Rohrleitun­ gen 4 verlaufen jeweils paarweise in den Senken 3 der Sandwich-Bauplatte 1, wobei diese Senken 3 eine für die Erzielung der gewünschten Wärmereflexion auf die Rohrlei­ tungen 4 günstige muldenartige Form aufweisen.

Zur Querverbindung der in den Senken 3 verlaufenden Rohr­ leitungen 4 dienen die Rohrverbinder 5, die an einem Plattenende aus den Senken 3 mittels in die Platte 1 ein­ gebrachte Durchgangsbohrungen 6 auf die der Absorberseite abgewandte Innenseite der Platte 1 führen.

Diese Rohrverbinder 5 besitzen im Plattenquerschnitt ge­ sehen (vgl. Fig. 2) einen etwa U-förmigen Verlauf.

Zur Befestigung der Rohrleitungen 4 in den Senken 3 der Sandwich-Bauplatte 1 dienen die Befestigungshalterungen 9, die zugleich den flächigen Kontakt zwischen den Wandungen der Rohrleitungen 4 und der Wandung der Bauplatte 1 im Bereich der Senken 3 sichern.

Die Ausführung der Rohrleitungen 4 mit einem dreieckigen Querschnitt führt dabei einmal zur Erhöhung der beschrie­ benen, zur Einstellung einer optimalen Wärmeleitung ange­ strebten Kontaktfläche und hat andererseits Vorteile bei der Aufnahme der direkten Sonneneinstrahlung.

Zusätzlich sind bei diesem Ausführungsbeispiel in den Bodenteil der Senken 3 in dem Bereich, der nicht durch die Rohrleitungen 4 abgedeckt ist, treifenförmige Wärme­ speicherelemente 7 eingelegt, die aus Streckmetall be­ stehen.

Die der Sonneneinstrahlung zugewandte Metallwandung der Sandwich-Bauplatte 1, die Rohrleitungen 4, 5 und die Streckmetallstreifen 7 sind in bekannter Weise zur weite­ ren Verbesserung des Wärmespeicherverhaltens schwarz ein­ gefärbt.

Bezugszeichenliste

1 - Sandwich-Bauplatte
2 - Rippen von 1
3 - Senken von 1
4 - Leitungen/Rohrleitungen
5 - Leitungsverbinder/Rohrverbinder
6 - Bohrung
7 - Wärmespeicheelemente
8 - Abdeckscheibe
9 - Befestigungselemente

Claims (5)

1. Bauplattenkollektor zur solaren Erwärmung von Flüssig­ keiten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sandwich-Bauplatte (1) mit Metallwandungen und einem Isolier-/Dämm-Schaumkern sowie einseitiger Oberflächenprofilierung in Form von sich in bestimmten Rasterabständen in Längsrichtung der Platte erstreckenden Rippen (2) mit üblichen Sonnenkollektorfunk­ tionselementen in der Weise kombiniert ist, daß

• a) die Leitungen (4) zum Transport des Wärmetauschermedi­ ums oder Wassers in den reflektorartig geformten Senken (3) zwischen den Rippen (2) der Sandwich-Bauplatte (1) angeordnet sind, wobei die Befestigung der Leitungen (4) auf der Wandung der Sandwich-Bauplatte (1) aufliegend so erfolgt, daß ein direkter metallischer Kontakt der Wandun­ gen von Platte (1) und Leitungen (4) gegeben ist,
• b) die auf der einen Schmalseite der Sandwich-Bauplatte (1) bzw. des Plattenkollektors befindlichen Leitungsver­ binder (5) zwischen zwei Senken (3) durch in die Platte (1) eingebrachte Durchgangsbohrungen (6) von der Absorber­ seite auf die Rückseite der Sandwich-Bauplatte (1) geführt sind,
• c) die mit den Mitteln nach a) und b) aufgerüstete Sand­ wich-Bauplatte oder mehrere derartige Plattenkollektoren nach ihrer mechanischen und funktionellen Kopplung mit einer auf den Rippen (2) befestigten und/oder bei Wahl einer anderen Befestigungsart nur auf den Rippen (2) auf­ liegenden Scheibe oder Folie abgedeckt sind.

2. Bauplattenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer mög­ lichst großen Kontaktfläche zwischen den Wandungen der Sandwich-Bauplatte (1) im Bereich der Senken (2) und den aufliegenden Leitungen (4) der Querschnitt der Leitungen (4) und die Formgebung des betreffenden Bereichs der Plat­ tenwandung einander angepaßt sind.

3. Bauplattenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei ebenen Verlauf der Plat­ tenwandung in den Senken (2) die Leitungen (4) mit einem dreieckigen oder kastenförmigen Querschnitt ausgeführt sind.

4. Bauplattenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Senken (3) zusätzliche Wärmespeicherelemente (7) vorgesehen sind.

5. Bauplattenkollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als streifenförmiges Wärme­ speicherelement (7) Streckmetall verwendet wird.