DE19606293C2 - 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.

Aus der DE 76 14 668 U1 ist ein solarthermischer Kollektor bekannt, der aus zwei Kunststoffplatten aufgebaut ist, wobei eine der Solarstrahlung zugewandte obere Kunststoffplatte un­ ter Bildung von Kanalrinnen für die zu erwärmende Flüssigkeit gewellt gestaltet und die die Unterseite bildende Kunststoff­ platte strahlungsabsorbierend und eben gestaltet ist.

Die DE 39 13 552 A1 offenbart ein Beschattungssystem mit ei­ ner zusätzlichen Sonnenkollektorwirkung, wobei das Gehäuse durchgehend transparent gestaltet ist und transparente Hohl­ kammerprofile aufweist, die teilweise zur Führung einer dun­ kel eingefärbten Flüssigkeit dienen und dreieckigen Quer­ schnitt aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen solarthermischen Kollek­ tor der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach her­ stellbar ist und für eine Anordnung an vertikalen Außenfassa­ den gegenüber dem Stand der Technik einen verbesserten Wir­ kungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß das Kollektorgehäuse vollständig aus Kunststoff hergestellt ist, wird zum einen eine Gewichtsreduzierung ge­ genüber bekannten Kollektoren erzielt. Zum anderen ist die Form des Kollektorgehäuses relativ frei gestaltbar, wodurch das Kollektorgehäuse als entsprechendes Funktionsbauteil di­ rekt an Außenfassaden von Gebäuden eingesetzt werden kann. Dabei kann es entweder als Fassadenelement oder als Teil ei­ ner Dachdeckung ausgebildet sein. Durch die Ausbildung des Kollektors als Vollkunststoffkollektor kann dieser bis zu ei­ nem bestimmten Prozentsatz aus wiederaufbereitetem Kunst­ stoff, sogenannten Kunststoffregeneraten, hergestellt werden. Da der Kollektor vollkommen aus Kunststoff hergestellt ist, ist auch eine wirtschaftliche Wiederverwertbarkeit gewährlei­ stet, da kein energieaufwendiges Trennen unterschiedlicher Materialien notwendig ist. Der einfache Aufbau des Kollektors aus zwei Kunststoffplatten ermöglicht eine große Gestaltungs­ vielfalt bezüglich geometrischer Formen. Wird der Kollektor in einem speziellen Tiefziehverfahren, dem sogenannten Twin- Sheet-Verfahren hergestellt, so ist es möglich, beide Kunst­ stoffplatten gleichzeitig zu erhitzen, zu verformen und ent­ sprechend dicht miteinander zu verschweißen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist es, daß außer der Verwendung gleicher Kunststoffmaterialien für die beiden Kunststoffplatten auch unterschiedliche Kunststoffma­ terialien eingesetzt werden können, wodurch je nach Funkti­ onsanforderung die Oberseite oder die Unterseite des Kollek­ tors anders gestaltet werden können. Durch geeignete Auswahl der Kunststoffmaterialien ist es möglich, das Kollektorgehäu­ se auf die gewünschten Anforderungen abzustimmen und so ins­ besondere auch Materialien einzusetzen, durch die Wärmeverlu­ ste des Kollektors reduziert werden. Durch die transparente Gestaltung der die Oberseite bildenden Kunststoffplatte wird ein guter Wirkungsgrad für den Kollektor erzielt, da die Wär­ meumwandlung der Sonnenstrahlung entweder direkt im Wärme­ transportmedium, vorzugsweise im Wasser, oder im Bereich der Kunststoffplatte an der Unterseite des Kollektors vorgenommen wird. Der Wärmeverlust an der Oberfläche des Kollektors wird durch diese Ausgestaltung deutlich vermindert, da die höch­ sten Temperaturen nicht mehr an der Kollektoroberfläche auf­ treten, sondern in den darunterliegenden Schichten, insbeson­ dere dem Wärmetransportmedium oder der unteren Kunststoff­ platte. Dies hat auch zum Vorteil, daß die Außenfläche des Kollektors nicht zu stark aufgeheizt wird. Durch diese Well­ rippung 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 Hohlräume des Kollektors für die Durch­ strömung des Wärmetransportmediums bilden, auf der Unterseite des Kollektors und die gleichzeitige ebene Gestaltung der oberen Kunststoffplatte sind ansprechende ästhetische Formen erzielbar. Durch das im wesentlichen dreieckige Querschnitts­ profil der die Unterseite bildende Kunststoffplatte kann der Kollektor vorteilhaft an vertikalen Außenflächen von Gebäuden befestigt werden, da durch die schräggestellten Absorberflä­ chen der Kanalrinnen aufgrund des dreieckigen Querschnitts­ profils trotz der vertikalen Anordnung eine etwa rechtwinkli­ ge Anstrahlung und damit eine gute Wärmeaufnahme erfolgt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmetransportmedium dunkel eingefärbt. Durch diese Ausgestaltung geschieht ein Großteil der Strahlungsumwandlung im Wärmetransportmedium. Dadurch ist im Hinblick auf ästhetische Gesichtspunkte eine relativ große Gestaltungsfreiheit für den Kollektor gewähr­ leistet, wodurch der Kollektor in ein spezielles Design an Außenfassaden von Gebäuden integrierbar ist. Durch die Ein­ färbung des Wärmetransportmediums, die durch die transparente Kunststoffplatte erkennbar ist, bildet der Kollektor einen farblichen Blickfang.

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 eines Gebäudes integrierbar ist. Neben seiner solarthermischen Funktion dient der Kollektor daher auch als Designelement für die Ge­ staltung der Außenseiten von Gebäuden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungs­ beispiele der Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnun­ gen dargestellt.

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 Kollektorgehäuse 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 Sammelkammern (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 den 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 (5)

1. Solarthermischer Kollektor mit einem Kollektorgehäuse, das wenigstens eine Hohlkammer für den Durchfluß eines Wärme­ transportmediums, insbesondere Wasser, aufweist, wobei das Kollektorgehäuse durch zwei Kunststoffplatten hergestellt ist, von denen die eine Kunststoffplatte eine mit Solarstrah­ lung beaufschlagbare Oberseite und die andere Kunststoffplat­ te eine Unterseite des Kollektorgehäuses bildet, wobei die die Oberseite bildende Kunststoffplatte eben und transparent gestaltet ist, und wobei die die Unterseite bildende Kunst­ stoffplatte strahlungsabsorbierend gestaltet und mit einer Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten, zur anderen Kunststoffplatte hin offenen Kanalrinnen versehen ist, die durch die die Oberseite bildende Kunststoffplatte über ihre Länge geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die bei­ den Kunststoffplatten (10, 11) durch einen gemeinsamen Tief­ ziehvorgang dicht miteinander verbunden sind, und dass die Kanalrinnen (12) ein im wesentlichen dreieckiges Quer­ schnittsprofil aufweisen.

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 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetransportmedium (W) dunkel eingefärbt ist.

4. 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.

5. 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 eines Gebäudes integrierbar ist.