DE19606293A1 - Solarthermischer Kollektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen solarthermischen Kollektor mit einem Kollektorgehäuse, das wenigstens eine Hohlkammer für den Durchfluß eines Wärmetransportmediums, insbesondere Was­ ser, aufweist.

Bekannte solarthermische Kollektoren bestehen aus Aluminium, Kupfer oder schwarzem Kunststoff und weisen eine schwarze Oberfläche auf, auf der die auftreffende Sonnenstrahlung ab­ sorbiert wird und das entsprechende Gehäusematerial erhitzt. Durch Wärmeleitung wird die Wärme der durch die Sonnenstrah­ lung erhitzten Deckschicht an das innerhalb des Kollektorge­ häuses befindliche Wärmetransportmedium, insbesondere Wasser, abgegeben. Dabei geht Energie verloren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen solarthermischen Kollek­ tor der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach her­ stellbar ist und einen gegenüber dem Stand der Technik ver­ besserten Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Kollektorgehäuse durch zwei gemeinsam unter Bildung der wenigstens einen Hohl­ kammer tiefgezogene und miteinander dicht verbundene Kunst­ stoffplatten hergestellt ist, von denen die eine Kunststoff­ platte eine mit Solarstrahlung beaufschlagbare Oberseite und die andere Kunststoffplatte eine Unterseite des Kollektorge­ häuses bildet. Der Aufbau des Kollektorgehäuses aus lediglich zwei Kunststoffplatten gestattet eine einfache und kostengün­ stige Herstellung. Dadurch, daß das Kollektorgehäuse voll­ ständig aus Kunststoff hergestellt ist, wird zum einen eine Gewichtsreduzierung gegenüber bekannten Kollektoren erzielt. Zum anderen ist die Form des Kollektorgehäuses relativ frei gestaltbar, wodurch das Kollektorgehäuse als entsprechendes Funktionsbauteil direkt an Außenfassaden von Gebäuden einge­ setzt werden kann. Dabei kann es entweder als Fassadenelement oder als Teil einer Dachdeckung ausgebildet sein. Durch die Ausbildung des Kollektors als Vollkunststoffkollektor kann dieser bis zu einem bestimmten Prozentsatz aus wiederaufbe­ reitetem Kunststoff, sogenannten Kunststoffregeneraten, her­ gestellt werden. Da der Kollektor vollkommen aus Kunststoff hergestellt ist, ist auch eine wirtschaftliche Wiederverwert­ barkeit gewährleistet, da kein energieaufwendiges Trennen un­ terschiedlicher Materialien notwendig ist. Der einfache Auf­ bau des Kollektors aus zwei Kunststoffplatten ermöglicht eine große Gestaltungsvielfalt bezüglich geometrischer Formen. Wird der Kollektor in einem speziellen Tiefziehverfahren, dem sogenannten Twin-Sheet-Verfahren hergestellt, so ist es mög­ lich, beide Kunststoffplatten gleichzeitig zu erhitzen, zu verformen und entsprechend dicht miteinander zu verschweißen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lö­ sung ist es, daß außer der Verwendung gleicher Kunststoffma­ terialien für die beiden Kunststoffplatten auch unterschied­ liche Kunststoffmaterialien eingesetzt werden können, wodurch je nach Funktionsanforderung die Oberseite oder die Untersei­ te des Kollektors anders gestaltet werden können. Durch ge­ eignete Auswahl der Kunststoffmaterialien ist es möglich, das Kollektorgehäuse auf die gewünschten Anforderungen abzustim­ men und so insbesondere auch Materialien einzusetzen, durch die Wärmeverluste des Kollektors reduziert werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens die die Ober­ seite bildende Kunststoffplatte transparent gestaltet. Durch die transparente Gestaltung der die Oberseite bildenden Kunststoffplatte wird ein guter Wirkungsgrad für den Kollek­ tor erzielt, da die Wärmeumwandlung der Sonnenstrahlung ent­ weder direkt im Wärmetransportmedium, vorzugsweise im Wasser, oder im Bereich der Kunststoffplatte an der Unterseite des Kollektors vorgenommen wird. Der Wärmeverlust an der Oberflä­ che des Kollektors wird durch diese Ausgestaltung deutlich vermindert, da die höchsten Temperaturen nicht mehr an der Kollektoroberfläche auftreten, sondern in den darunterliegen­ den Schichten, insbesondere dem Wärmetransportmedium oder der unteren Kunststoffplatte. Dies hat auch zum Vorteil, daß die Außenfläche des Kollektors nicht zu stark aufgeheizt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bei transparenter Gestaltung von wenigstens einer der beiden Kunststoffplatten das Wärmetransportmedium dunkel eingefärbt. Durch diese Aus­ gestaltung geschieht ein Großteil der Strahlungsumwandlung im Wärmetransportmedium. Dadurch ist im Hinblick auf ästhetische Gesichtspunkte eine relativ große Gestaltungsfreiheit für den Kollektor gewährleistet, wodurch der Kollektor in ein spe­ zielles Design an Außenfassaden von Gebäuden integrierbar ist. Durch die Einfärbung des Wärmetransportmediums, die durch die transparente Kunststoffplatte erkennbar ist, bildet der Kollektor einen farblichen Blickfang.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die die Untersei­ te bildende Kunststoffplatte mit einer Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten, zur anderen Kunststoffplatte hin offenen Kanalrinnen versehen, die durch die die Oberseite bildende und eben gestaltete Kunststoffplatte über ihre Länge geschlossen sind. Durch diese Wellrippung der Unterseite des Kollektors, die nicht transparent ist, wird eine vergrößerte Oberfläche geschaffen, wodurch ein verbesserter Wärmeübergang erfolgt. Durch die Anordnung der Kanalrinnen, die die Hohl­ räume des Kollektors für die Durchströmung des Wärmetrans­ portmediums bilden, auf der Unterseite des Kollektors und die gleichzeitige ebene Gestaltung der oberen Kunststoffplatte sind ansprechende ästhetische Formen erzielbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kanalrin­ nen der die Unterseite bildenden Kunststoffplatte ein im we­ sentlichen dreieckiges Querschnittsprofil auf. Diese Ausfüh­ rung ist insbesondere für Kollektoren von Vorteil, die an vertikalen Außenflächen von Gebäuden befestigt werden, da durch die schräggestellten Absorberflächen der Kanalrinnen aufgrund des dreieckigen Querschnittsprofils trotz der verti­ kalen Anordnung eine etwa rechtwinklige Anstrahlung und damit eine gute Wärmeaufnahme erfolgt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens zwei Anschlußstutzen für einen Zufluß und einen Abfluß des Wärme­ transportmediums jeweils durch an beiden Kunststoffplatten angeformte halbschalenförmige Stutzenfortsätze gebildet. Da­ durch wird der gesamte Kollektor einschließlich Anschlußstut­ zen aus lediglich zwei Bauteilen, nämlich den beiden Kunst­ stoffplatten, gebildet. Eine einfache Verbindung zwischen mehreren Kollektoren ist im Bereich der Anschlußstutzen, bei­ spielsweise durch Verkleben, möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Kunststoffplatten zur Bildung des Kollektorgehäuses derart dimensioniert und mit entsprechenden Befestigungspunkten ver­ sehen, daß der Kollektor in eine Außenfassade oder ein Dach eines Gebäudes integrierbar ist. Neben seiner solarther­ mischen Funktion dient der Kollektor daher auch als Design­ element für die Gestaltung der Außenseiten von Gebäuden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an den Kunst­ stoffplatten zusätzliche Funktions- oder Gestaltungselemente, insbesondere Dachrinnenteile, für die Anbindung an gebäude­ seitige Funktionsmaßnahmen, insbesondere eine Regenwasserlei­ tung, vorgesehen. Dadurch wird die Funktionsvielfalt des Kol­ lektors weiter erhöht.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die an­ hand der Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Dachbereich eines Gebäudes, bei dem eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kollektors als Teil des Daches eingesetzt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kollektors, der mit einer transparenten Oberseite versehen ist,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Kollektor nach Fig. 2 entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen weiteren Schnitt durch den Kollektor nach Fig. 2 entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2, und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform ei­ nes Kollektors, insbesondere für die Anordnung an vertikalen Gebäudeaußenwänden.

Ein solarthermischer Kollektor (2) nach Fig. 1 ist Teil eines Daches (1) eines Gebäudes, insbesondere eines Wohngebäudes, und ist in einem unteren Bereich des Daches (1) anstelle von Dachziegeln angeordnet. Der Kollektor (2) ist als Vollkunst­ stoffkollektor aus zwei Kunststoffplatten zusammengesetzt, von denen eine die Oberseite und die andere die Unterseite des Kollektors (2) bildet. Der grundsätzliche Aufbau des Kol­ lektors (2) entspricht dem Aufbau des anhand der Fig. 2 bis 4 nachfolgend ausführlich beschriebenen Kollektors (7), so daß für eine detaillierte Darstellung auf die nachfolgende Be­ schreibung verwiesen wird. Der Kollektor (2) ist mit seiner Unterseite mit dem Dach (1) fest verbunden. Das Kollektorge­ häuse des Kollektors (2) weist an zwei gegenüberliegenden Seiten zwei Sammelkammern (3 und 4) auf, die durch quer ver­ laufende Kanäle miteinander verbunden sind. Ein Anschlußstut­ zen (5) ist in nicht dargestellter Weise an eine Rohr- oder Schlauchleitung für das Wärmetransportmedium angeschlossen. Am unteren Ende des Kollektors (2), der auch den unteren Randbereich des Daches (1) bildet, ist an dem Kollektor (2) zusätzlich ein Regenrinnenteil (6) angeformt, der mit weite­ ren, nicht dargestellten Regenrinnenteilen des Daches (1) oder weiterer Kollektoren (2) fluchtet und gegebenenfalls in eine Regenfallrohrleitung übergeht.

Wie auch der Kollektor (2) nach Fig. 1 ist der solarthermi­ sche Kollektor (7) nach den Fig. 2 bis 4 als flaches, plat­ ten- oder schalenförmiges Bauteil aus zwei Kunststoffplatten (10, 11) zusammengesetzt, von denen die Kunststoffplatte (11) eine Unterseite und die Kunststoffplatte (10) eine Oberseite des Kollektors (7) bildet. Beim dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist die Kunststoffplatte (10) aus einem transparenten Kunststoff und die untere, schalenartige Kunststoffplatte (11) aus einem nicht transparenten, vorzugsweise schwarzen oder schwarz eingefärbten Kunststoff hergestellt. Wie aus den Fig. 3 und 4 erkennbar ist, ist die die Oberseite bildende Kunststoffplatte (10) eben und plattenförmig rechteckig aus­ gebildet. Lediglich im Bereich von zwei Anschlußstutzen (8 und 9) ist jeweils ein halbschalenförmiger Stutzenfortsatz angeformt, der mit einem korrespondierenden Stutzenfortsatz der anderen Kunststoffplatte (11) unter gemeinsamer Bildung des jeweiligen Anschlußstutzens (8, 9) dicht verschweißt wird. Die die Unterseite bildende Kunststoffplatte (11) weist ebenfalls eine rechteckige Grundfläche auf, ist jedoch mit mehreren wannenartigen Hohlkammern schalenprofilartig tiefge­ zogen. Dabei weist die Kunststoffplatte (11) im Bereich ihrer gegenüberliegenden Schmalseiten jeweils eine seitliche Sam­ melkammer (13, 14) auf, die mit dem eintrittsseitigen An­ schlußstutzen (8) einerseits und dem austrittsseitigen An­ schlußstutzen (9) andererseits fluchten. Die beiden Sammel­ kammern (13, 14) sind durch eine Vielzahl von parallel zuein­ ander verlaufenden Kanalrinnen (12) miteinander verbunden, die durch entsprechendes einstückiges Tiefziehen der Kunst­ stoffplatte (11) gebildet sind. Die Kunststoffplatte (11) bildet somit (Fig. 4) ein wellrippenartiges Profil.

Die beiden Kunststoffplatten (10, 11) sind in einem sogenann­ ten Twin-Sheet-Verfahren in einem einzelnen Arbeitsgang gemeinsam erhitzt, gleichzeitig tiefgezogen und durch ein entsprechendes flächiges Gegeneinanderpressen miteinander verschweißt. Da beim dargestellten Ausführungsbeispiel die obere Kunststoffplatte (10) transparent gestaltet ist, kann die auf die Oberfläche der Kunststoffplatte (10) treffende Sonnenstrahlung direkt in das die Sammelkammern (13, 14) und die Kanalrinnen (12) durchströmende Wärmetransportmedium (W) - beim Ausführungsbeispiel Wasser - übergehen und wird am schwarzen Kunststoff an den Innenflächen der Kunststoffplatte (11) absorbiert. Durch Wärmeleitung wird das Wärmetransport­ medium (W), das durch den Kollektor (7) hindurchströmt, er­ hitzt.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist auch die untere Kunststoffplatte (11) aus einem transparentem Kunststoff hergestellt, so daß beide Kunststoffplatten (10 und 11) aus dem gleichen Kunststoff hergestellt werden kön­ nen. Um dem Kollektor (7) eine besondere Designgestaltung zu geben, ist es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, das Wärmetransportmedium (W) selbst einzufärben. Dies hat außer­ dem den Vorteil, daß aufgrund der Einfärbung des Wärmetrans­ portmediums (W) direkt eine Erwärmung des Transportmediums (W) erfolgt, ohne daß ein Wärmeübergang zwischen den die Wan­ dungen der Hohlkammern für das Wärmetransportmedium (W) bil­ denden Kunststoffplatten (10, 11) und dem Wärmetransportmedi­ um (W) erfolgen muß. Je dunkler die Einfärbung des Wärme­ transportmediums (W) ist, desto schneller ist das Wärmetrans­ portmedium (W) erwärmbar.

Der solarthermische Kollektor (7a) gemäß Fig. 5 entspricht im wesentlichen dem zuvor beschriebenen solarthermischen Kollek­ tor (7). Einziger Unterschied bei diesem Kollektor (7a) ist es, daß die Kanalrinnen (12a) in der unteren Kunststoffplatte (11a) mit einem gleichschenkligen dreieckigen Querschnitts­ profil versehen sind. Dadurch sind die Wandungen jeder Kanal­ rinne (12a) schräggestellt, wodurch auch bei einer Anordnung des solarthermischen Kollektors (7a) an einer vertikalen Ge­ bäudeaußenfassade eine gute Wärmeumwandlung der auf eine Hälfte der Kanalrinnen (12) etwa rechtwinklig auftreffenden Sonnenstrahlen (S) an der die Absorberfläche bildenden unte­ ren Kunststoffplatte (11a) erfolgt. Durch diese Ausgestaltung ist daher insbesondere bei der Anordnung an vertikalen Ge­ bäudeaußenflächen ein gegenüber bekannten Kollektoren verbes­ serter Wirkungsgrad erzielbar. Die obere Kunststoffplatte (10) entspricht der anhand der Fig. 2 bis 4 ausführlich be­ schriebenen Kunststoffplatte (10), so daß auf diese an dieser Stelle nicht weiter eingegangen wird.

Claims (9)

1. Solarthermischer Kollektor mit einem Kollektorgehäuse, das wenigstens eine Hohlkammer für den Durchfluß eines Wärme­ transportmediums, insbesondere Wasser, aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kollektorgehäuse (2, 7) durch zwei ge­ meinsam unter Bildung der wenigstens einen Hohlkammer (3, 4; 12, 13, 14) tiefgezogene und miteinander dicht verbundene Kunststoffplatten (10, 11) hergestellt ist, von denen die ei­ ne Kunststoffplatte (10) eine mit Solarstrahlung beaufschlag­ bare Oberseite und die andere Kunststoffplatte (11) eine Un­ terseite des Kollektorgehäuses (7) bildet.

2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Oberseite bildende Kunststoffplatte (10) und die die Unterseite bildende Kunststoffplatte (11) aus unterschiedli­ chen Materialien hergestellt sind.

3. Kollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens die die Oberseite bildende Kunststoff­ platte (10) transparent gestaltet ist.

4. Kollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei transparenter Gestaltung von wenigstens einer der beiden Kunststoffplatten (10, 11) das Wärmetransportmedium (W) dun­ kel eingefärbt ist.

5. Kollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die die Unterseite bildende Kunst­ stoffplatte (11) mit einer Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten, zur anderen Kunststoffplatte (10) hin offenen Kanalrinnen (12) versehen ist, die durch die die Oberseite bildende und eben gestaltete Kunststoffplatte (10) über ihre Länge geschlossen sind.

6. Kollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalrinnen (12a) der die Unterseite bildenden Kunst­ stoffplatte (11a) ein im wesentlichen dreieckiges Quer­ schnittsprofil aufweisen.

7. Kollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Anschlußstutzen (5, 8, 9) für einen Zufluß und einen Abfluß des Wärmetransportme­ diums jeweils durch an beiden Kunststoffplatten (10, 11) an­ geformte halbschalenförmige Stutzenfortsätze gebildet sind.

8. Kollektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Kunststoffplatten (10, 11) zur Bildung des Kollektorgehäuses (7) derart dimensio­ niert und mit entsprechenden Befestigungspunkten versehen sind, daß der Kollektor in eine Außenfassade oder ein Dach eines Gebäudes integrierbar ist.

9. Kollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kunststoffplatten zusätzliche Funktions- oder Gestal­ tungselemente, insbesondere Dachrinnenteile (6), für die An­ bindung an gebäudeseitige Funktionsmaßnahmen, insbesondere eine Regenwasserleitung, vorgesehen sind.