DE19547219A1

DE19547219A1 - Flüssige Strahlungsabsorptionsmedien, die zum Wärmetransport geeignet sind, und ihre Anwendung in Sonnenkollektroren, die gleichzeitig als Fenster dienen

Info

Publication number: DE19547219A1
Application number: DE19547219A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Rer Nat Alexander
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 1997-06-19

Description

Um Strahlungsenergie in Wärmeenergie umzuwandeln und sie an anderem Ort zu verwerten, benötigt man gewöhn lich ein System, das aus 3 Teilen besteht:

a) aus einem Strahlung absorbierenden Medium (=AM), das auftreffende Strahlung in Wärme umwandelt,
b) aus einem Wärme-Transportmedium (=TM), das die bei der Absorption auftretende Wärme übernimmt und abtransportiert,
c) aus einem

Wärmetauscher (=WT) zur Übergabe der transportierten Wärme-Energie an einen Verbraucher oder einen Speicher. Häufig wird TM dabei im Kreis geführt und nach Passieren von WT wieder AM zugeleitet, um erneut zum Energie transport verfügbar zu sein.

Bei der heute gängigen Ausführung der 3 Teile des Systems besteht AM aus einem dafür geeigneten Feststoff, hinter dem TM als Flüssigkeit entlangströmt. An der Phasengrenze AM/TM findet der Wärmeübergang auf TM statt. Ein so installiertes AM wird als Sonnenkollektor bezeichnet.

Bei einer derartigen Anordnung ist die der Strahlung zugewandte Außenfläche von AM der heißeste Teil des Kollek tors, von wo aus deshalb ein wesentlicher Teil der aufgefangenen Energie durch Wärmeleitung und Abstrahlung un genutzt an die umgebende Atmosphäre verlorengeht. Um wenigstens die Verluste durch Wärmeleitung an die Atmo sphäre einzuschränken, behilft man sich deshalb meist mit einer transparenten Abdeckung über dem Kollektor AM, die jedoch das Problem, daß nämlich die heißeste Stelle des Kollektors von TM abgewandt ist, nur mindert, nicht aber beseitigt.

Eine wesentliche Verbesserung dieser Anordnung bestand darin, das die Strahlung absorbierende AM ins Innere von TM zu verlegen, wie es beispielsweise in "Ökologisches Bauen" (Bauverlag GmbH, Wiesbaden und Berlin, S. 148) beschrieben ist. Als TM dient dort unter einer transparenten Abdeckung eine Luftströmung, in der sich als AM eine geschwärzte Blechjalousie befindet. Da hier der heißeste Teil des Kollektors vom strömenden Transportmedium um geben ist, sind die oben genannten Nachteile bis auf gewisse Abstrahlungsverluste gering.

Bei allen bisher genannten Verfahren kann die auf die Kollektorfläche treffende Strahlung einzig zur Wärmegewin nung genutzt, steht also für eine weitere Nutzung - beispielsweise des sichtbaren Strahlungsbereichs - nicht mehr zur Verfügung. Bei dem hohen Flächenanteil der Fenster beispielsweise an Wohnbau-Fassaden wäre es jedoch wirtschaft licher, auch Fensterflächen als Sonnenkollektoren zu nutzen, ohne dabei den Durchtritt von Tageslicht zu behindern. Der Realisierung dieser und ähnlicher Möglichkeiten soll die hier vorgelegte Erfindung dienen.

Dazu ist es vorteilhaft, wenn das flüssige oder gasförmige Transportmedium TM gleichzeitig auch das die Strahlung absorbierenden Medium AM, also ein Strahlung absorbierendes Wärme-Transportmedium (=ATM) bildet, das eine transparente Küvette durchströmt. Der Strahlungs-Transmissionsbereich von ATM soll den Erfordernissen der Innen räume angepaßt sein. So bedarf es beispielsweise einer hohen Transmission im Sichtbaren bei einer Verwendung als Wohnraumfenster. In jenen Spektralbereichen aber, die für die Innenräume unwesentlich sind, soll die Transmission des ATM möglichst gering sein.

Nun erfüllt zwar schon reines Wasser teilweise jene für ein solches ATM geforderten Bedingungen, denn es ist zwar im sichtbaren Strahlungsbereich transparent, zeigt aber beispielsweise in den Bereichen bei 1,4 µm, bei 1,9 µm und um 3,0 µm schon in dünnen Schichten starke Absorption.

Deutlich wirksamer erweisen sich dafür jedoch gewisse wässerige Lösungen. Als besonders geeignet haben sich hier verdünnte Lösungen von Kupfersalzen gezeigt: Ihre Absorptionsfähigkeit im Nahen Infrarot-Bereich ist schon bei Konzentrationen, die sich im sichtbaren Bereich noch kaum bemerkbar machen, gegenüber reinem Wasser deutlich gesteigert. Außerdem sind solche Lösungen - insbesondere verdünnte Kupfersulfatlösung - unter den in der Praxis geforderten Bedingungen weitgehend stabil.

Soll die Anwendung solcher Fenster-Kollektoren außerhalb des Wohnbereichs erfolgen, so lassen sich dort auch ande re Spektralbereiche aus dem Spektrum der Sonne herausfiltern und zur Wärmegewinnung verwenden. Als Beispiel sei die Anwendung in Treibhäusern genannt, wo nur gewisse Strahlungsbereiche für das Pflanzenwachstum förderlich sind, andere dagegen zur Wärmegewinnung ausgenutzt werden können, wobei gleichzeitig die den Pflanzen schädli che Überhitzung der Raumluft weitgehend vermieden werden kann. (Lit.: dtv-Atlas zur Biologie, Günter Vogel und Hartmut Angermann, Deutscher Taschenbuchverlag München 1967, Band 2, S. 333).

Die Wirksamkeit wässeriger Lösungen als Strahlung absorbierende Medien sei durch folgendes Beispiel erläutert:
In 2 gleichartigen optischen Glasküvetten von 1 cm Schichtdicke wurden 2 Flüssigkeitsproben der direkten Sonnen strahlung ausgesetzt. Probe A: Leitungswasser; Probe B: verdünnte Kupfersulfat-Lösung (0,2 g Kupfer(II)-sulfat- 5-hydrat in 100 ml minimal angesäuertem Leitungswasser). Nach 10 Minuten Bestrahlung hatte sich Probe A um 4,5°C erwärmt, Probe B um 5,9°C.

Claims

1. Wässerige Lösungen und ihre Anwendung als Strahlung absorbierende und Wärme transportierende Medien in Sonnenkollektoren, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lösungen in transparenten Küvetten befinden, die gleichzeitig als Fenster dienen, und daß mit Hilfe der wässerigen Lösungen jene Strahlungsbereiche absorbiert und zur Wärmegewinnung genutzt werden, die innerhalb der mit solchen Fenstern ausgestatteten Räume nicht gebraucht werden oder unerwünscht sind.

2. Anwendung wässeriger Lösungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Sonnenkollektoren, die als Fenster von Treibhäusern dienen, solche wässerige Lösungen Verwendung finden, die jene Strahlungsbereiche absorbieren und zur Wärmegewinnung nutzen, die für das Pflanzen wachstum nicht förderlich sind und zur Überhitzung der Raumluft führen würden.

3. Wässerige Lösungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Sonnenkollektoren, die als Wohnungs- und Treibhausfenster dienen, Lösungen von Schwermetallsal zen, insbesondere verdünnte Kupfersalzlösungen, eingesetzt werden.