DE19643438A1 - Einrichtung zur Klimatisierung von Glasarchitekturen - Google Patents

Einrichtung zur Klimatisierung von Glasarchitekturen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Klimatisierung von Glasarchitekturen unter Nutzung von Solarenergie, die im we­ sentlichen aus mindestens einem dachzugeordneten Kollektor, aus mindestens einer Wärmetauscheinrichtung und aus mindestens ei­ ner Umwälzpumpe, wobei der Kollektor, die Wärmetauscheinrich­ tung und die Umwälzpumpe in einem hydraulischen Kreislauf mit­ tels Rohrleitungen und Ventilen miteinander verbunden sind und wobei der hydraulische Kreislauf durch ein Strömungsmittel un­ terstützt ist, sowie aus einem an den Kreislauf angeschlossenen Vorratsbehälter zum Eintrag und Austrag des Strömungsmittels und aus einer Regeleinrichtung zur weitgehenden Einhaltung ei­ nes Temperaturtoleranzbereiches innerhalb der Glasarchitektur besteht.
Als Glasarchitekturen sind Gebäude mit vollständigen oder teil­ weisen Glasüberdachungen, z. B. Großgebäude, wie Bahnhöfe, Ho­ tels, Museen od. dgl., aber auch Kleingebäude, wie Pavillons, Messehallen od. dgl. sowie Anbauten, wie z. B. Wintergärten anzusehen.
In der Glasarchitektur ist in der Winter- und Übergangszeit die passive Energienutzung mittels solarer Einstrahlung erwünscht, um den erforderlichen Heizwärmebedarf des Gebäudes vollständig oder teilweise zu reduzieren. Nachts ist es in der Regel not­ wendig, das Innere der Glasarchitektur mit einer vorhandenen Heizanlage den Tagestemperaturen angepaßt in einem je nach Be­ darf vorgegebenen Toleranzbereich zu halten.
Im Sommer führt die meist intensive solare Einstrahlung durch die transparente Glasüberdachung hindurch oft zu Überhitzungen und erfordert unter anderem entweder sekundäre Schutzmaßnahmen, wie Schatten spendende Einrichtungen (Jalousien) bzw. Lüftungs- und Klimaanlagen, oder je nach baulicher Ausdehnung der Glasar­ chitektur komplette regelbare hydraulische Kreisläufe, die vor­ zugsweise an mindestens eine vorhandene Heiz- und Warmwasseran­ lage und/oder Kühlwasseranlage über entsprechende Wärmetausch­ einrichtungen gekoppelt sind.
Eine derartige Einrichtung zur Klimatisierung unter Nutzung von Solarenergie mit einem regelbaren hydraulischen Kreislauf ist in der Druckschrift DE-OS 30 02 787 beschrieben. Der zugehörige Kollektor kann beidwandungsseitig mit transparenten Materia­ lien, z. B. Glas, transparentem Kunststoff od. dgl. versehen sein, durch den etwa mittig ein Strömungsmittel fließt. Das Strömungsmittel ist derart beschaffen, daß es direkt die Son­ nenstrahlung absorbiert, wobei die Absorption durch eine vorge­ gebene, konstante Konzentration von eingefärbten bzw.
Kohlepartikeln durchgeführt werden kann. Durch die Transparenz der parallel zueinander angeordneten Kollektorwandungen kann das absorbierende Strömungsmittel auch beidseitig Wärmestrah­ lung aufnehmen. Nachteilig an den bekannten Kollektoren kon­ stanter Transparenz ist es, daß die klimatische Kondition in­ nerhalb der Glasarchitektur in Abhängigkeit von der solaren Einstrahlung nicht beeinflußbar ist. Mit der konstanten Absorp­ tionspartikelkonzentration bei vorgegebenem Strömungsmittel und der Zusammensetzung der bekannten Einrichtung werden hauptsäch­ lich eine Absorptionserhöhung und damit eine möglichst hohe Ausbeutung der solaren Wärmeeinstrahlung für die angeschlossene Heiz- und Warmwasseranlage angestrebt.
Die Erhöhung der Wärmeaufnahme im Kollektor, also die aktive Solarenergienutzung, erfolgt in der bekannten Einrichtung somit durch die im wesentlichen konstante Kohlepartikelkonzentration in der reinen Flüssigkeit. Andererseits bedingt die Regelung der Durchsatzgeschwindigkeit eine schnellere oder weniger schnelle Verringerung der Temperatur im Innern der Glasarchi­ tektur, was sich nur durch Verändern der Förderleistung der Umwälzpumpe, durch Drosseln in den Leitungen oder durch Verän­ dern der Höhe von Ausgleichs- und Vorratsbehältern für das Strömungsmittel erreichen läßt. Ein erhöhter Durchfluß durch den Kollektor bringt zwar eine schnellere Wärmeabfuhr oder -zu­ fuhr, was einen höheren Energieverbrauch seitens der Pumpe erfordert.
Bei zu hoher Temperatur (Kochen) des Strömungsmittels und zu hoher Belastung der Umwälzpumpe muß das Strömungsmittel aus dem hydraulischen Kreislauf abgelassen werden. In diesem Fall ist dann eine passive Solarenergienutzung ohne Strömungsmittel mög­ lich, die aber bei intensiver solarer Einstrahlung zu Überhit­ zungserscheinungen sowohl in den Kollektoren als auch innerhalb der Glasarchitektur führt, so daß u. a. auf Schatten spendende mechanische Einrichtungen wieder zurückgegriffen werden muß.
Als Überhitzungsschutz für die Glasarchitekturen und insbeson­ dere für die Kollektoren derartiger Einrichtungen werden in herkömmlicher Weise außenwandig der Sonne zugewandt die Glas­ scheiben mit Kalk gestrichen oder es werden, wie in der Druck­ schrift DE-GBM 84 00 641.5 erläutert, oberhalb der Kollektoren bzw. überdachend zusätzliche Glasscheiben mit thermotropen Schichten angeordnet. Bei normalen Temperaturen von ca. 20°C sind die thermotropen Glasscheiben lichtdurchlässig. Ab einer vorgegebenen höheren solaren Einstrahlung bzw. höheren Tempera­ tur beginnen sich die thermotropen Glasscheiben einzutrüben und derart zu verdunkeln, daß in den Innenraum weniger Licht und demzufolge auch weniger Wärme gelassen wird. Die in der Regel beabstandete Anordnung der thermotropen Glasscheiben oberhalb der Sonnenkollektoren ist aber einerseits sehr kostenaufwendig und läuft dem Prinzip einer maximalen Nutzung der solaren Ein­ strahlungsenergie zuwider, wobei die Einfärbung der Glasschei­ ben weder automatisch noch manuell gesteuert werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung zur Klimatisierung von Glasarchitekturen zu schaffen, die derart geeignet ausgebildet ist, daß die gesamte Palette zwi­ schen der passiven und/oder aktiven Solarenergienutzung ein­ richtbar ist. Des weiteren sollen Temperaturänderungen im Innen­ raum der Glasarchitektur über das gesamte Jahr nur innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches vorhanden sein, wobei die Gesamtanlage unter Nutzung von solarenergiegespeister Heiz- und Kühlkreisläufe die Innentemperatur der Glasarchitekturen im Rahmen vorgegebener Toleranzgrenzen konstant hält.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Klimatisierung von Glasarchitekturen insbeson­ dere unter Nutzung solarer Einstrahlungsenergie der Kollektor als mindestens ein zumindest von der Innentemperatur der Glas­ architektur abhängiges toleranzbereicheinstellendes Element ausgebildet ist, das wahlweise mit einem Strömungsmittel durch­ strömbar ist, das mindestens eine Flüssigkeit enthält, deren Transparenz (τ) durch mindestens einen Zuschlagstoff veränder­ lich regelbar ist, wobei im Vorlauf mindestens eines der hy­ draulischen Kreisläufe mindestens eine Dosier- und Separierein­ heit ventilgeschaltet eingesetzt ist, die dem Strömungsmittel mindestens einen Zuschlagstoff geregelt zusetzt oder entnimmt, so daß die Transparenz des den Kollektor durchströmenden Strö­ mungsmittels veränderbar ist.
Als transparenzveränderliche Strömungsmittel sind Suspensionen, Emulsionen oder Lösungen od. dgl. einsetzbar, deren Konzentra­ tion bezogen auf mindestens einen Zuschlagstoff bzw. ein Addi­ tiv z. B. durch Mischung, durch mindestens eine chemische Reak­ tion od. dgl. veränderlich ist. Zweckmäßigerweise werden solche Komponenten als Träger-Flüssigkeit und Färbungs- oder Schwär­ zungs-Zuschlagstoff verwendet, die sich in einfacher Weise zu­ sammenbringen und weitgehend homogen mischen lassen sowie auch wieder problemlos in kurzer Zeit getrennt werden können.
Die Ventile zum Einbau der Dosier- und Separiereinheit in die bzw. parallel zu der Rohrleitung im Vorlauf sind zumindest Dreiwegeventile, die wahlweise, wie auch alle anderen vorhande­ nen Ventile, als schaltbare Magnetventile ausgebildet sein können.
Die solare Einstrahlung ist mindestens durch einen innenarchi­ tekturgebundenen Sensor, gegebenenfalls durch mehrere innen- und/oder außenarchitekturgebundene Sensoren aufnehmbar.
Als Sensoren sind temperaturempfindliche und/oder lichtempfind­ liche Sensoren installiert, wobei zumindest der temperaturemp­ findliche Sensor innerhalb der Glasarchitektur und weitere tem­ peraturempfindliche und/oder lichtempfindliche Sensoren sowohl innerhalb der Glasarchitektur als auch im außenwandseitigen Bereich des Kollektors angeordnet sind, wobei gemessene Ist- Temperaturen (Tii, Tai) und/oder Ist-Bestrahlungsstärken (Bii, Bai) an die Regeleinrichtung signalisierbar sind.
Die Regeleinrichtung nimmt die gemessenen Ist-Signalwerte der Sensoren auf und leitet nach einem Vergleich zumindest der Ist- Temperatur (Tii) innerhalb der Glasarchitektur mit einer ent­ sprechend gespeicherten Soll-Temperatur (Tis) des Toleranzbe­ reiches (Tis+/-ΔTi) die erforderlichen Stellsignale an die Dosier- und Separiereinheit, um die Konzentration (k) minde­ stens eines Zuschlagstoffes des Strömungsmittels um die Kon­ zentrationsänderung (+/-Δk) zu verändern, wobei die Regelung der passiven und/oder aktiven Sonnenenergienutzung stufenlos und von der strömungsmittelfreien Kollektortransparenz bis zu einer Kollektorfarbsättigung bzw. -schwärzung mit einem farbge­ sättigten bzw. geschwärzten Strömungsmittel durchführbar ist.
Der Kollektor besteht vorzugsweise aus mindestens zwei vonein­ ander beabstandeten, randseitig abgedichteten Transparenz- Platten, die durch mindestens einen randseitigen Zulauf und einen randseitig gegenüberliegenden Ablauf im hydraulischen Kreislauf enthalten sind, und ist somit als Scheibenkollektor ausgebildet.
Die dem Kreislauf zugeordnete Dosier- und Separiereinheit be­ steht aus einer Zuschlagstoff-Dosiereinrichtung, aus einer Do­ sierpumpe, aus einem Zuschlagstoffilter, zwischen dem und der Dosiereinrichtung ein Absperrventil eingebracht ist, sowie aus einem Zuschlagstoff-Tank, in dem der die Flüssigkeit färbende bzw. schwärzende Zuschlagstoff gespeichert ist.
Die Regeleinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Rechner als zentralem Kern, aus einem Aufnahmespeicher für die von den Sensoren gemessenen Istwerte, insbesondere (Tii, Tai, Bii, Bai sowie Thwi, Fsvi), aus einem Sollwert-Speicher für die Sollwer­ te (Tis sowie Thws, Fsvs), aus einem Vergleicher der jeweils zugeordneten Ist- und Sollwerte sowie aus einem Speicher für die strömungsmittelzugeordneten Stellwerte (+Δk, -Δk) und aus einem Speicher für ventilzugeordnete Stellwerte (ΔU), wobei T die Temperaturwerte, B die Bestrahlungsstärkenwerte, F die Füllstandswerte im Vorratsbehälter sowie k die Konzentrations­ werte des färbenden/schwärzenden Zuschlagstoffs und U die Span­ nungswerte zur Umschaltung der Magnetventile darstellen.
Eine wesentliche Erweiterung der Klimatisierung stellt der Ein­ satz eines kompakten Kollektors dar, der aus einem außenwandi­ gen, dem genannten erfindungsgemäßen Kollektor und mindestens einem zweiten innenwandigen Kollektor, der zum Innenraum der Glasarchitektur gerichtet angeordnet ist, wobei der zweite in­ nenwandige Kollektor einen eigenen hydraulischen Kreislauf mit einer Dosier- und Separiereinrichtung sowie ebenfalls mit einer Regeleinrichtung besitzen kann.
Die beiden Kollektoren können zweckmäßigerweise parallel zuein­ ander beabstandet sein, wobei zwischen beiden vorzugsweise ein Luftspalt vorgesehen ist, der als Dämmschutzeinrichtung für die auf unterschiedlichem Temperaturniveau arbeitenden Kollektoren dient.
Die zu einem Kompaktkollektor gehörenden Kollektoren können vorzugsweise gleichartige, hydraulische Kreisläufe aufweisen, die mit etwa gleichartig ausgebildeten Regeleinrichtungen in Verbindung stehen.
Die Strömungsmittel jedes Kreislaufs können in erweiterter Wei­ se je nach den vorhandenen äußeren Ist-Temperaturen (Tai) und inneren Ist- und Soll-Temperaturen (Tii, Tis) sowie inneren und äußeren Ist-Bestrahlungsstärken (Bii, Bai) auf zugehörige Zu­ schlagstoffkonzentrationen (k) einstellbar sein.
Die beiden hydraulischen Kreisläufe haben unterschiedliche Auf­ gaben zur Einstellung von unterschiedlichen Konzentrationen (k) der Zuschlagstoffe sowie unterschiedlicher Transparenz (τ) der Strömungsmittel, wobei die Kollektoren andererseits umweltab­ hängig wahlweise als Dämmschutzeinrichtung dienen, einschließ­ lich der Aufgabe mit dem Grenzfall, daß abhängig von der Außen­ temperatur und der sich damit im Verhältnis zur Innentemperatur des Gebäudes einstellenden Energietransmission einer der beiden Kollektoren strömungsmittelfrei und als reiner Wärmeschutz vor­ gesehen ist.
Zur Kühlung des Inneren der Glasarchitektur ist der zweite hy­ draulische Kreislauf inklusive seinem zugeordneten innenwandi­ gen Kollektor mit einem Strömungsmittel festgelegt konstanter Temperatur durchströmbar gefüllt, wobei die Temperatur je nach Umweltabhängigkeit bzw. solarer Einstrahlung verschieden hoch sein kann. Bei Bedarf kann der zweite hydraulische Kreislauf in bezug zum ersten hydraulischen Kreislauf in Gegenstromrichtung betrieben werden, wobei die Strömungsrichtungen der Strömungs­ mittel in den beabstandeten Kollektoren entgegengesetzt sind.
Vorzugsweise ist das zweite Strömungsmittel des zweiten Kreis­ laufs mit Hilfe der im ersten Kreislauf gewonnenen Solarenergie und mittels eines über mindestens einen wahlweise zuschaltbaren Wärmetauscher der Wärmetauscheinrichtung eingebundenen Kühl­ kreislaufs kühlbar, wobei die Solarenergie zum Betrieb einer zugehörigen Kältemaschine eingesetzt ist, die zum Teil oder vollständig an den Wärmetauscher der Wärmetauschereinrichtung des zweiten hydraulischen Kreislaufs angeschlossen ist.
Bei Installation mindestens zweier Kreisläufe können die Strö­ mungsmittel wahlweise mit unterschiedlichen Flüssigkeiten und Zuschlagstoffen versehen sein.
Unterhalb einer festgelegten äußeren Temperatur (Tag) kann der außenwandige Kollektor strömungsmittelfrei als Wärmedämmschutz­ einrichtung und der innenwandige Kollektor mit einem Strömungs­ mittel mit eingestellter höherer Temperatur als Heizkörper aus­ gebildet sein, um die Ist-Temperatur innerhalb der Glasarchi­ tektur im vorgegebene Toleranzbereich (Tis+/-ΔTi) zu halten.
Die die beiden Kreisläufe überwachenden Regeleinrichtungen kön­ nen eine Kreislaufabstimmungsschaltung zur Abstimmung der bei­ den hydraulischen Kreisläufe auf eine stufenlose Regelung der aktiven und/oder passiven Solarenergienutzung besitzen, wobei der den außenwandigen Kollektor enthaltende, hydraulische Kreislauf in laststarken (solare Einstrahlung ist hoch) Zeiten die Absorptionsfunktion und in lastschwachen (solare Einstrah­ lung ist niedrig) Zeiten eine Wärme-Isolationsfunktion sowie der den innenwandigen Kollektor enthaltende Kreislauf in lastschwachen Zeiten eine Heizfunktion und in laststarken eine Kühlungs-Isolationsfunktion übernehmen.
Im Sollwert-Speicher der Regeleinrichtung sind insbesondere die Sollwerte der Temperaturen (Tis) innerhalb der Glasarchitektur, der Füllstände der Strömungsmittel in den Vorratsbehältern so­ wie der Temperaturen (Thws) des Heißwassers enthalten, wobei die Ist- und die Sollwerte zumindest vergleichsbezogen und rechnergesteuert programmtechnisch miteinander verbunden sind und die Vergleichsergebnisse, insbesondere die Stellwerte si­ gnaltechnisch an die Stellglieder, insbesondere in der Dosier- und Separiereinheit weiterleitbar sind.
Die Speicher sowie der Vergleicher in einer Regeleinrichtung können istwert- und/oder sollwertbezogen modulartig aufgebaut und angeordnet sein.
Mit der Erfindung kann während des gesamten Jahres die jeweili­ ge Glasarchitektur klimatisiert werden, d. h. im Sommer wird die Glasarchitektur vorzugsweise vor einer Überhitzung geschützt und im Winter wird die Innentemperatur weitgehend im vorgegebe­ nen Toleranzbereich gehalten. Die vorgesehenen Wärmetauschein­ richtungen können zur Klimatisierung zweckmäßigerweise mit meh­ reren geregelt zuschaltbaren Wärmetauschern versehen sein, die jeweils einem Heiz- und/oder einem Kühlkreislauf zugeordnet sind.
Ein regelbarer stufenloser Wechsel von der passiven in eine aktive Solarenergienutzung und umgekehrt, d. h., eine Regelung von der Aufhellung bis zur weitgehenden Abdunklung des Innen­ raumes, um die Temperatur in einem vorgegebenen Toleranzbereich zu halten, ist mit der Erfindung möglich. Durch die geregelte Abschattung bzw. Verdunklung und somit durch die geregelte solare Durchstrahlung infolge der Zuschlagstoffkonzentration­ veränderungen werden die kostenaufwendigen Glasscheiben mit thermotropen Schichten eingespart und dem Prinzip der maximalen Nutzung der eingestrahlten Solarenergie Rechnung getragen.
Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, durch den Einsatz der Dosier- und Separiereinheit die Förderleistung der Umwälzpumpe zu verringern, so daß Energiekosten eingespart werden. Durch die dosierte Zugabe oder Filterung der Zuschlagstoffe, insbe­ sondere von Partikeln, z. B. von Kohlepartikeln in das/aus dem Strömungsmittel, d. h., durch die geregelte Zuschlagstoffkon­ zentrationsveränderung wird die Transparenz des Strömungsmit­ tels verändert und somit dessen Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe gesteuert.
Die erfindungsgemäße ventilgeschaltete Dosier- und Separierein­ heit kann an den meisten herkömmlichen, mit innen- und außen­ wandungsseitig transparenten Kollektoren versehenen Heiz- und Warmwasseranlagen nachträglich ein- bzw. angebaut werden.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen ausgeführt.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Klimatisierung für ein im wesentlichen glasbedachtes Gebäude,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer an den hydrauli­ schen Kreislauf montierten Dosier- und Separierein­ richtung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Regeleinrichtung mit Sensoren zur Aufnahme von Istwerten und Stellgliedern zur Regelung des hydraulischen Kreislaufs gemäß Fig. 1 und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung in einem Beispiel zweier hydraulischer Kreisläufe mit zwei parallel zueinander beabstandet angeordneten Kollektoren in kompakter Anordnung.
In den folgenden Fig. 1 bis 4 werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Klimatisie­ rung einer Glasarchitektur 15, insbesondere eines glasüberdach­ ten Gebäudes unter Nutzung von Solarenergie dargestellt. Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus mindestens einem dach­ zugeordneten Kollektor 1, aus mindestens einer Wärmetauschein­ richtung 2 für eine Heiz- und Warmwasseranlage 24 und/oder für einen nachfolgenden Kühlkreislauf sowie aus mindestens einer Umwälzpumpe 3, wobei der Kollektor 1, die Wärmetauscheinrich­ tung 2 und die Umwälzpumpe 3 in einem hydraulischen Kreislauf 4 mittels Rohrleitungen 5, 6, 7, 8 und Ventilen 9, 10, 11, 12 miteinan­ der verbunden sind und wobei der hydraulische Kreislauf 4 durch ein Strömungsmittel 13 unterstützt ist, sowie aus einem an den Kreislauf 4 angeschlossenen Vorratsbehälter 27 zum Eintrag und Austrag des Strömungsmittels 13 und aus einer Regeleinrichtung 16 zur weitgehenden Einhaltung eines Temperaturtoleranzberei­ ches (Tis+/-ΔTi) innerhalb der Glasarchitektur 15.
Erfindungsgemäß ist der Kollektor 1 als ein zumindest von der Innentemperatur (Ti) der Glasarchitektur 15 abhängiges tole­ ranzbereicheinstellendes Element ausgebildet, das wahlweise mit einem Strömungsmittel 13 durchströmbar ist, das eine Flüssig­ keit enthält, deren Transparenz τ durch einen Zuschlagstoff veränderlich regelbar ist. Im Vorlauf des hydraulischen Kreis­ laufs 4 ist eine Dosier- und Separiereinheit 14 ventilgeschal­ tet eingesetzt, die dem Strömungsmittel 13 den Zuschlagstoff geregelt zusetzt oder entnimmt, so daß die Transparenz des den Kollektor 1 durchströmenden Strömungsmittels 13 veränderbar ist.
Die Regeleinrichtung 16 steht mit der Dosier- und Separierein­ heit 14 in Verbindung.
Als transparenzveränderliche Strömungsmittel 13 sind Suspensio­ nen, Emulsionen oder Lösungen od. dgl. einsetzbar, deren Konzen­ tration bezogen auf mindestens einen Zuschlagstoff bzw. Additiv veränderlich ist. Als Bestandteil von Suspensionen können als Zuschlagstoffe Farbpartikel, insbesondere dunkelfarbige oder schwarze Partikel, insbesondere Kohlepartikel eingesetzt werden.
Die Dosier- und Separiereinheit 14 kann sowohl in Reihe mit oder parallel zu den Rohrleitungen 6, 7, 8 im Vorlauf montiert sein.
Die Ventile 9, 10 zum montierbaren Anschluß der Dosier- und Se­ pariereinheit 14 in die Rohrleitung 6, 7 bzw. 8 stellen zumin­ dest Dreiwegeventile, die insbesondere magnetisch steuerbar ausbebildet sind, dar, wobei die Rohrleitungen 6, 7, 8 den Vor­ lauf darstellen.
Die solare Einstrahlung ist durch innenarchitekturgebundene Sensoren 17 und/oder 26 bzw. gegebenenfalls durch weitere au­ ßenarchitekturgebundene Sensoren 18 und/oder 25 aufnehmbar.
Als Sensoren sind vorzugsweise temperaturempfindliche Sensoren 17, 18 und/oder lichtempfindliche Sensoren 25, 26 installiert, wobei zumindest der temperaturempfindliche Sensor 17 innerhalb der Glasarchitektur 15 und die anderen temperatur- und licht­ empfindlichen Sensoren 18, 25, 26 wahlweise sowohl innerhalb der Glasarchitektur 15 als auch im außenwandseitigen Bereich des Kollektors 1 angeordnet sind.
Die Meßwerte von Ist-Temperaturen (Tii - innen), (Tai - außen) und von Ist-Bestrahlungsstärken (Bii - innen), (Bai - außen) sind von den Sensoren 17, 18 und 26, 25 an die Regeleinrichtung 16 signalisierbar.
Der Sensor 19 ist weniger dem hydraulischen Kreislauf 4 unmit­ telbar zugeordnet, stellt aber einen der erforderlichen Thermo­ fühler, insbesondere einen Rücklauffühler im Kreislauf der Wär­ metauscheinrichtung 2 zur Heiz- und Warmwasseranlage 24 dar, um entsprechende Rückmeldungssignale zur Erwärmung des Wassers an die Regeleinrichtung 16 abzugeben.
Die Regeleinrichtung 16 nimmt die Signale aus den Sensoren 17, 18, 19, 25, 26 auf und übermittelt entsprechend den gespeicher­ ten Sollwerten, insbesondere den Soll-Temperaturen innerhalb der Glasarchitektur 15 die Stellsignale an die Dosier- und Se­ pariereinheit 14, um die Konzentration der Zuschlagstoffe zu verändern.
Der Kollektor 1 ist vorzugsweise als Scheibenkollektor ausge­ bildet und besteht hauptsächlich aus mindestens zwei voneinander beabstandeten, randseitig abgedichteten Transparenz-Platten 20, 21, die mindestens durch einen randsei­ tig unteren Zulauf 22 und einen randseitig oberen Ablauf 23 im hydraulischen Kreislauf 4 enthalten sind. Vorzugsweise hilft ein durch das Ventil 11 gesteuertes Ausdehnungsgefäß 50 entste­ hende Gasblasenprobleme im Kollektor 1 zu entschärfen.
Die in den Fig. 1, 2 gezeigte erste Dosier- und Separiereinheit 14 besteht im wesentlichen aus einer Zuschlagstoff-Dosierein­ richtung 28, aus einer Dosierpumpe 29, aus einem Zuschlagstoffilter 30, zwischen dem und der Dosiereinrichtung 28 ein Ab­ sperrventil 32 eingebracht ist, und aus einem Zuschlagstoff- Tank 31.
Die Dosier- und Separiereinheit 14 arbeitet gemäß Fig. 2 fol­ gendermaßen, wenn z. B. das Strömungsmittel eine Suspension aus der transparenten Träger-Flüssigkeit und schwarzen Zuschlag­ stoffpartikeln besteht:
Bei Erhöhung der Konzentration (k13) des Zuschlagstoffs um ei­ nen Änderungswert (+Δk) im Strömungsmittel 13 wird das Dreiwe­ geventil 10 derart geschaltet, daß das Strömungsmittel 13 statt in der Rohrleitung 7 abgezweigt in Richtung des Rohrteils 62 zum Filter bzw. Scheider 30 strömt und das Filter 30 sowie das im Rohrteil 64 befindliche und geöffnete Absperrventil 32 pas­ siert. Aus der Dosiereinrichtung 28 erhält das Strömungsmittel 13 eine vorgegebene Menge (Dosis) des schwarzen Zuschlagstoffes eingespritzt, wobei die Dosis aus dem Zuschlagstoff-Tank 31 entnommen und der Dosierpumpe 29 zugeführt wird. Nach minde­ stens einem Mischungsdurchlauf werden das Absperrventil 32 ge­ schlossen und die Abzweigung der beiden Dreiwegeventile 10, 9 wieder gesperrt. Im Kreislauf 4 befindet sich jetzt ein weniger transparentes Strömungsmittel 13.
Bei Verringerung der Konzentration um einen Änderungswert (-Δk) sind die Dreiwegeventile 10, 9 abzweigend in Richtung des Rohr­ teils 62 geöffnet geschaltet. Das Strömungsmittel 13 wird im Filter bzw. Scheider 30 um die entsprechende Konzentrationsän­ derung (-Δk) des schwarzen Zuschlagstoffs separiert, der dem Zuschlagstoff-Tank 31 zugeführt und dort gespeichert wird. Die Konzentrationsveränderung ist dann beendet, wenn die Temperatur (Tii) wieder in den Toleranzbereich (Tis+/-ΔTi) zurückgeführt ist. Im Kreislauf 4 strömt dann ein transparenteres Strömungs­ mittel 13 als vor Beginn der Konzentrationsveränderung.
Der Vorratsbehälter 27 ist über ein Absperrventil 12 an den Kreislauf 4 im Bereich der Rohrleitungen 7 und 8 angeschlossen. Zwischen den Rohrleitungen 5 und 6 befindet sich die Wärme­ tauscheinrichtung 2 mit einem Kaltwasserzufluß 51 und einem Heißwasserrückfluß 52 zur Heiz- und Warmwasseranlage 24. Im Bereich des Heißwasserrückflusses kann der temperaturempfindli­ che Sensor 19 plaziert sein. Die Heiz- und Warmwasseranlage 24 kann in herkömmlicher Weise ausgebildet und angeschlossen sein.
Die erfindungsgemäße Einrichtung in Fig. 1 arbeitet folgendermaßen:
Innerhalb der Glasarchitektur 15 wird eine Soll-Temperatur (Tis) mit geringfügig möglichen Temperaturänderungen (+/-ΔTi) als behagliches Umfeld charakterisierender akzeptabler Tempera­ turtoleranzbereich festgelegt.
In Abhängigkeit von der solaren Einstrahlung, z. B. der Änderung der Temperatur (Ti) innerhalb der Glasarchitektur 15 kann der Anteil der passiven und/oder aktiven Sonnenenergienutzung am Kollektor 1 durch Regelung der Zuschlagstoff-Konzentration (k13) stufenlos, insbesondere zur Erzeugung des behaglichen Umfeldes innerhalb der Glasarchitektur 15 geregelt werden, so daß die jeweils Ist-Temperatur (Tii) in einem vorgegebenen Tem­ peraturintervall bzw. -toleranzbereich (Tis+/-ΔTi) mit der un­ teren Grenztemperatur (Tigu=Tis-ΔTi) und der oberen Grenztempe­ ratur (Tigo=Tis+ΔTi) nahezu konstant bleibt. Über- oder unter­ schreitet die Ist-Temperatur (Tii) den Toleranzbereich, so be­ ginnt die Regelung des hydraulischen Kreislaufs 4.
Demzufolge wird in dem Kollektor 1 der solare Energieeintrag in Abhängigkeit von der Transparenz des Strömungsmittels 13 stu­ fenlos zwischen folgenden zwei Grenzfällen mittels der der Dosier- und der Separiereinheit 14 zugeordneten Regeleinrich­ tung 16 eingestellt, so daß die jeweils außerhalb des Toleranz­ bereiches befindliche Ist-Temperatur in den Toleranzbereich rückführend geändert wird:
  • a) Das Strömungsmittel 13 ist nahezu transparent, enthält kei­ nen schwarzen Zuschlagstoff und absorbiert folglich nur ein Minimum der Wärmeeinstrahlung. Dieser Fall kann z. B. an Frost­ tagen auftreten. Die durch den Kollektor 1 hindurchgehende So­ larenergie kann auf direktem Wege die Temperatur (Ti) innerhalb der Glasarchitektur 15 erhöhen. Der Kollektor 1 arbeitet in diesem Fall nach dem Prinzip der passiven Solarenergienutzung. Ab einer festgelegten vorzugsweise zum Toleranzbereich gehören­ den, unteren Grenztemperatur (Tigu) kann der Kreislauf 4 ent­ leert werden und das Innere der Glasarchitektur 15 wird nur noch passiv erwärmt. Bei Erreichen dieser für die Innenräume der Glasarchitektur 15 festgelegten unteren Grenztemperatur (Tigu) öffnet die mit dem Ablaßventil 12 signaltechnisch ver­ bundene Regeleinrichtung 16 auf ein entsprechendes Signal des Sensors 17 hin das Ablaßventil 12 zum Austrag des im Kreislauf 4 befindlichen Strömungsmittels 13.
  • b) Das Strömungsmittel 13 ist maximal schwarz eingefärbt, um das Innere des Gebäudes vor Überhitzung zu schützen. Wenn die solare Einstrahlung besonders hoch ist, erfolgt die maximale Schwärzung, um die obere Grenztemperatur (Tigo) des für den Innenraum vorgegebenen Toleranzbereiches nicht zu überschrei­ ten. Die gesamte einfallende Solarenergie wird vom Strömungs­ mittel 13 absorbiert und über den hydraulischen Kreislauf 4 zur weitgehenden Nutzung in der Heiz- und Warmwasseranlage 24 oder zur Wärmespeicherung in einem zusätzlichen nicht eingezeichne­ ten Warmwasserspeicher oder zum Betreiben eines Kühlkreislaufs abtransportiert. Der Kollektor 1 arbeitet in diesem Fall nach dem Prinzip der aktiven Solarenergienutzung. Der Energieeintrag über die passive Solarenergienutzung ist gleich Null.
In einem zweiten Fall der maximal möglichen Schwärzung des Strömungsmittels 13 kann z. B. in den Nachtstunden der hydrauli­ sche Kreislauf betrieben werden. Das z. B. mittels des tagsüber durch aktive Solarenergienutzung aufgeheizten Warmwasserspei­ chers erwärmte schwarz eingefärbte Strömungsmittel 13 gibt nachts über den Kollektor 1 die erforderliche Wärme an die Glasarchitektur 15 ab, um die Temperatur innerhalb der Glasar­ chitektur 15 im Toleranzbereich zu halten.
Die in Fig. 3 dargestellte Regeleinrichtung 16 besteht im we­ sentlichen aus einem Rechner 59 als zentralem Kern, aus einem Aufnahmespeicher 56 für die von den Sensoren 17, 18, 25, 26, 19, 48 gesendeten Istwerte, insbesondere (Tii, Tai, Bii, Bai) sowie (Thwi, Fsvi), aus einem Sollwert-Speicher 57 für die Sollwerte (Tis) sowie (Thws, Fsvs), aus einem Vergleicher 58 der sich je­ weils zugeordneten Ist- und Sollwerte sowie aus einem Speicher 60 für die strömungsmittelzugeordneten Stellwerte (+Δk, -Δk- Konzentrationsänderungen) und aus einem Speicher 61 für ventil­ zugeordnete Stellwerte (ΔU-Spannungswerte für die Umschaltung der vorzugsweise eingesetzten Magnetventile 9, 10, 11, 12). (Thwi/Thws) stellen die Ist-/Soll-Temperaturen des Heißwassers im Rückfluß 52, (Fsvi/Fsvs) die Ist-/Soll-Füllstandswerte im Vorratsbehälter 27 dar.
Sowohl die Speicher 56, 57, 60, 61 als auch der Vergleicher 58 können hard- und/oder softwaremodulartig für jeweils eine Größe ausgebildet sein.
Die solare Ein- bzw. Durchstrahlung, vorzugsweise die Bestrahlungsstärke- und Temperaturänderungen werden im wesent­ lichen als Störgrößen definiert. Die Regelgröße ist grundsätz­ lich die Temperatur (Tii), die im vorgegebenen Temperaturtole­ ranzbereich innerhalb der Glasarchitektur 15 bleiben soll.
Die Regeleinrichtung 16 nimmt die Signale der die Ist-Werte zur solaren Einstrahlung messenden Sensoren 17, 18, 25, 26 auf und übermittelt nach Vergleich mit den entsprechend gespeicherten Soll-Temperaturen (Tis) die erforderlichen Stellsignale z. B. an die Dosier- und Separiereinheit 14 zu deren Zuschlagstoff- Dosiereinrichtung 28 und Zuschlagstoffilter 30, um die Konzen­ tration (k13) des Zuschlagstoffes im Strömungsmittel 13 durch Zugabe in der Dosiereinrichtung 28 oder durch Entnahme in dem Filter 30 zu verändern. Die Regeleinrichtung 16 ermöglicht es insbesondere im Zusammenspiel mit der Dosier- und Separierein­ heit 14 und dem ventilgeschalteten Vorratsbehälter 27, eine Regelung der passiven und/oder aktiven Solarenergienutzung stu­ fenlos durchzuführen.
Die Regeleinrichtung 16 kann sowohl, wie in Fig. 1 gezeigt, zentral in einem Gehäuse oder auch dezentral z. B. innerhalb der Dosier- und Separiereinheit 14 enthalten sein.
In Fig. 4 ist ein aus zwei Kollektoren 1, 40 bestehender kompak­ ter Kollektor dargestellt, von denen mindestens einer der bei­ den Kollektoren 1, 40 als ein zumindest von der Innentemperatur (Ti) der Glasarchitektur 15 abhängiges toleranzbereicheinstel­ lendes Element ausgebildet ist, das wahlweise mit einem Strö­ mungsmittel 13, 49 durchströmbar ist. Die Strömungsmittel 13, 49 enthalten jeweils eine Flüssigkeit, deren Transparenz (T) durch mindestens einen Zuschlagstoff veränderlich regelbar ist. In den Vorläufen der hydraulischen Kreisläufe 4, 41 ist jeweils eine Dosier- und Separiereinheit 14, 42 ventilgeschaltet einge­ setzt, die dem zugeordneten Strömungsmittel 13, 49 mindestens einen Zuschlagstoff geregelt zusetzt oder entnimmt, so daß sich die Transparenzen der die Kollektoren 1, 40 durchströmenden Strömungsmittel 13, 49 ändern.
Die beiden Strömungsmittel 13, 49 können gleichartige, aber auch unterschiedliche Komponenten als transparente Träger- Flüssigkeit und als Färbungs- oder Schwärzungs-Zuschlagstoff aufweisen.
Um die Wirksamkeit des Zusammenspiel s zwischen dem hydrauli­ schen Kreislauf 4, dem Kollektor 1 und der Dosier- und Sepa­ riereinheit 14 zu erhöhen, ist in Fig. 4 der innenwandige Kol­ lektor 40 zum außenwandigen Kollektor 1 parallel beabstandet ins Innere der Glasarchitektur 15 gerichtet und wie der Kollek­ tor 1 vorzugsweise auf einer Dachsüdseite der Glasarchitektur eingebaut. Der innenwandige Kollektor 40 besitzt neben dem ei­ genen hydraulischen Kreislauf 41 mit einer wahlweise im Vorlauf eingebauten zweiten Dosier- und Separiereinheit 42 eine zweite Regeleinrichtung 54.
Die beiden Kollektoren 1, 40 sind parallel zueinander beabstan­ det und haben zwischen den einander zugewandten Wandungen vor­ zugsweise einen Luftspalt 53, der zumindest als isolierender Dämmschutz dient.
Die Kollektoren 1, 40 weisen im wesentlichen gleichartige, hy­ draulische Kreisläufe 4, 41 auf, die vorzugsweise mit gleichar­ tig ausgebildeten Regeleinrichtungen 16, 54 in Verbindung stehen.
Die zweite Dosier- und Separiereinheit 42 weist weitgehend die gleichen Bauteile wie die erste Dosier- und Separiereinheit 14 auf und besteht ebenfalls aus einer zweiten Zuschlagstoff- Dosiereinrichtung 33, aus einer zweiten Dosierpumpe 34, aus einem zweiten Zuschlagstoffilter 35, zwischen dem und der zwei­ ten Dosiereinrichtung 33 ein zweites Absperrventil 37 einge­ bracht ist, sowie aus einem Zuschlagstoff-Tank 36. Die zweite Dosier- und Separiereinheit 42 arbeitet weitgehend in gleicher Weise wie die erste Dosier- und Separiereinheit 14 des ersten hydraulischen Kreislaufs 4.
Die Regeleinrichtungen 16 und 54 sind bei gleichen hydrauli­ schen Kreisläufen und gleichen Strömungsmitteln (13, 49) vor­ zugsweise gleichartig aufgebaut.
Beide Kollektoren 1, 40 können an eine gemeinsame Dosier- und Separiereinheit angeschlossen sein, was natürlich unter anderem regeltechnische und rohrleitungsbauliche Änderungen erfordert.
In jedem der beiden Kreisläufe 4, 41 sind je nach den vorhande­ nen äußeren Ist-Temperaturen (Tai) und inneren Ist- und Soll- Temperaturen (Tii, Tis) und/oder inneren und äußeren Ist- Bestrahlungsstärken (Bii, Bai) durch Konzentrationsänderungen (Δk13, Δk49) entsprechende Zuschlagstoffkonzentrationen (k13, k49) einstellbar.
Andererseits können die beiden hydraulischen Kreisläufe 4, 41 infolge der unterschiedliche Aufgaben unterschiedliche Kon­ zentrationen (k13, k49) sowie unterschiedlicher Transparenzen (τ13, τ49) haben und schließlich auch als Dämmschutzeinrichtung vorgesehen sein.
Um andererseits das Innere der Glasarchitektur 15 während der Sommerzeit zu kühlen, kann der zweite hydraulische Kreislauf 41 inklusive seinem zugeordneten innenwandigen Kollektor 40 mit einem zweiten zum Strömungsmittel 13 verschieden oder gleich zusammensetzbaren Strömungsmittel 49 konstanter niedriger Tem­ peratur durchströmbar gefüllt sein. Dabei kann das zweite Strö­ mungsmittel 49 des zweiten Kreislaufs 41 auf die vorgegebene niedrige Temperatur mit Hilfe der im ersten Kreislauf 4 gewon­ nenen Solarenergie über eine Kältemaschine und mittels eines nicht eingezeichneten, mit der Kältemaschine verbundenen Wärme­ tauschers gekühlt werden, der zur Wärmetauscheinrichtung 44 gehört, aber je nach Bedarf wahlweise geregelt zugeschaltet ist, wobei der restliche Wärmetauscher der Wärmetauscheinrich­ tung 44 von der Heiz- und Warmwasseranlage 24 abgekoppelt ist.
Beim Sinken der äußeren Temperatur Tai, z. B. während der Win­ terzeit, unter eine vorgegebene niedrige äußere Temperatur, die z. B. mit einer vorgegebenen, gespeicherten äußeren Grenztempe­ ratur (Tag) übereinstimmt, kann der außenwandige Kollektor 1 strömungsmittelfrei, also ohne Strömungsmittel 13 vorübergehend stillgelegt und als Wärmedammschutz dienen sowie der innenwan­ dige Kollektor 40 mit dem Strömungsmittel 49 einstellbarer hö­ herer Temperatur als Heizkörper ausgebildet sein.
Um die Heizungs- und Kühlungs-Vorgänge in einheitlicher Weise zu regulieren, sind den beiden Regeleinrichtungen 16, 54 eine Schaltungsanordnung 55 zur Abstimmung der beiden hydraulischen Kreisläufe 4, 41 (Kreislaufabstimmungsschaltung) auf die Zustän­ de der aktiven und/oder passiven Solarenergienutzung zugeord­ net, wobei der den Kollektor 1 enthaltende hydraulische Kreis­ lauf 4 in laststarken (solare Einstrahlung ist hoch) Zeiten die Absorptionsfunktion und in lastschwachen (solare Einstrahlung ist niedrig) Zeiten eine Wärme-Isolationsfunktion und der den Kollektor 40 enthaltende Kreislauf 41 in lastschwachen Zeiten eine Heizfunktion und in laststarken eine Kühlungs- Isolationsfunktion übernehmen.
Die Kreislaufabstimmungsschaltung 55 kann mittels der in dem Sollwert-Speicher 57 der Regeleinrichtungen 16, 54 befindlichen Sollwerte der Temperaturen (Tis) schaltbar betätigbar sein, wobei im wesentlichen alle Ist- und die Sollwerte zumindest vergleichsbezogen programmtechnisch miteinander verbunden sind. Die Vergleichsergebnisse, insbesondere die Stellwerte sind si­ gnaltechnisch an die Stellglieder, die in der Dosier- und Sepa­ riereinheit 14, 42 vorhanden sind, und/oder an die ventilbezoge­ nen Stellglieder weiterleitbar.
Aber auch die Kreislaufabstimmungsschaltung 55 kann einen Sollwert-Speicher 57 für solche Sollwerte besitzen, die vor allem das Zusammenspiel der beiden Kreisläufe 4, 41 unter den verschiedenen Einstrahlungsbedingungen definieren.
Aufgrund der unterschiedlichen Zustände der passiven und/oder aktiven Solarenergienutzung für Glasarchitekturen können die in dem jeweiligen Sollwert-Speicher 57 vorhandenen Sollwerte, die den Kreisläufen 4, 41 jeweils zugeordnet sind, unterschiedlich sein.
Die Erfindung gewährleistet eine optimale Solarenergienutzung durch die Kopplung eines passiven und/oder aktiven Energieum­ satzes in vorhandenen Glasarchitekturen.
Durch eine begleitende Speicherung der überschüssigen Solar­ energie kann auch eine Abgabe von Wärme an Tagen bzw. zu Tages­ zeiten ohne wesentliche solare Einstrahlung bzw. in den Nacht­ stunden an die hydraulischen Kreisläufe 4, 41 erfolgen, damit innerhalb der Glasarchitektur der ein im weiten Sinne behagli­ ches Umfeld charakterisierende Temperaturtoleranzbereich ge­ währleistet bleibt.
Die Wärmetauscheinrichtungen 2, 44 für die Klimatisierung können dabei auch mit mehreren Wärmetauschern versehen sein, die je­ weils einem Heiz- und/oder einem Kühlkreislauf zugeordnet sind, wobei zwischen den Wärmetauschern und den Anlagen mindestens eine Zwischeneinrichtung, z. B. bei Anschluß einer Kühlwasseran­ lage eine Kältemaschine einbezogen ist.
Von Vorteil ist die Nutzung der überschüssigen Solarenergie zur Heizung nachgeschalteter Einrichtungen, also eines Schwimmbades oder zum Betreiben von Kühlaggregaten, insbesondere von Absorptions- und Adsorptionskälteanlagen.
Bezugszeichenliste
1
außenwandiger Kollektor
2
Wärmetauscheinrichtung
3
Umwälzpumpe
4
Kreislauf
5
Rohrleitung
6
Rohrleitung
7
Rohrleitung
8
Rohrleitung
9
Ventil
10
Ventil
11
Ventil
12
Ventil
13
Strömungsmittel
14
Dosier- und Separiereinheit
15
Glasarchitektur
16
Regeleinrichtung
17
Sensor
18
Sensor
19
Sensor
20
Platte
21
Platte
22
Zulauf
23
Ablauf
24
Heiz- und Warmwasseranlage
25
Sensor
26
Sensor
27
Vorratsbehälter
28
Dosiereinrichtung
29
Dosierpumpe
30
Zuschlagstoffilter
31
Zuschlagstoff-Tank
32
Absperrventil
33
zweite Dosiereinrichtung
34
zweite Dosierpumpe
35
zweiter Zuschlagstoffilter
36
zweiter Zuschlagstoff-Tank
37
zweites Absperrventil
38
Dreiwegeventil
39
Dreiwegeventil
40
innenwandiger Kollektor
41
zweiter hydraulischer Kreislauf
42
zweite Dosier- und Separiereinheit
43
zweite Umwälzpumpe
44
zweiter Wärmetauscher
45
zweiter Vorratsbehälter
46
Ventil
47
zweiter Füllstandssensor
48
erster Füllstandssensor
49
zweites Strömungsmittel
50
Ausdehnungsgefäß
51
Kaltwasserzufluß
52
Heißwasserrückfluß
53
Luftspalt
54
zweite Regeleinrichtung
55
Kreislaufabstimmungsschaltung
56
Aufnahmespeicher
57
Sollwert-Speicher
58
Vergleicher
59
Rechner
60
Speicher
61
Speicher
62
Rohrteil
63
Rohrteil
64
Rohrteil
Tag äußere untere Grenztemperatur
Tii Ist-Temperatur innen
Tis Soll-Temperatur innen
Tis+/-ΔTi Temperaturtoleranzbereich
U Spannung
Tai Ist-Temperatur außen
k Konzentration
Bai Ist-Bestrahlungsstärke außen
τ Transparenz
Bii Ist-Bestrahlungsstärke innen
Thwi Ist-Heißwassertemperatur
Fsvs Soll-Füllstand
Tigo obere innere Grenztemperatur
Thws Soll-Heißwassertemperatur
Fsvi Ist-Füllstand
Tigu innere untere Grenztemperatur

Claims (27)

1. Einrichtung zur Klimatisierung von Glasarchitekturen unter Nutzung von Solarenergie, bestehend im wesentlichen aus mindestens einem dachzugeordneten Kollektor (1), aus minde­ stens einer Wärmetauscheinrichtung (2) und aus mindestens einer Umwälzpumpe (3), wobei der Kollektor (1), die Wärme­ tauscheinrichtung (2) und die Umwälzpumpe (3) in einem hy­ draulischen Kreislauf (4) mittels Rohrleitungen (7, 8, 9, 10) und Ventilen (11, 12, 13, 14) miteinander verbunden sind und wobei der hydraulische Kreislauf (4) durch ein Strömungs­ mittel (13) unterstützt ist, sowie aus einem an den Kreis­ lauf (4) angeschlossenen Vorratsbehälter (27) zum Eintrag und Austrag des Strömungsmittels (13) und aus einer Regel­ einrichtung (16) zur weitgehenden Einhaltung eines Tempera­ turtoleranzbereiches (Tis+/-ΔTi) innerhalb der Glasarchi­ tektur (15),
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) Der Kollektor (1, 40) ist als mindestens ein zumindest von der Innentemperatur (Ti) der Glasarchitektur (15) ab­ hängiges toleranzbereicheinstellendes Element ausgebildet, das wahlweise von einem Strömungsmittel (13, 49) durchström­ bar ist,
  • b) das Strömungsmittel (13, 49) enthält mindestens eine Flüssigkeit, deren Transparenz (τ) durch mindestens einen Zuschlagstoff veränderlich regelbar ist, und
  • c) im Vorlauf mindestens eines der hydraulischen Kreisläufe (4, 41) ist mindestens eine Dosier- und Separiereinheit (14, 42) ventilgeschaltet eingesetzt, die dem Strömungs­ mittel (13, 49) mindestens einen Zuschlagstoff geregelt zu­ setzt oder entnimmt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als transparenzveränderliche Strömungsmittel (13, 49) Suspensionen, Emulsionen oder Lösungen od. dgl. einsetzbar sind, deren Konzentration bezogen auf mindestens einen Zuschlagstoff bzw. ein Additiv veränderlich ist.
3. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Separiereinheit (14) mit der Regelein­ richtung (16) in Verbindung steht.
4. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (9, 10) zum Anschluß der Dosier- und Sepa­ riereinheit (14) in die bzw. parallel zur Rohrleitung (6, 7, 8) des hydraulischen Kreislaufs (4) zumindest Dreiwe­ geventile (9, 10) sind, die insbesondere, wie auch alle anderen im Kreislauf (4) befindlichen Ventile, als schalt­ bare Magnetventile ausgebildet sind.
5. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die solare Einstrahlung mindestens durch einen innen­ architekturgebundenen Sensor (17), gegebenenfalls durch mehrere innen- und/oder außenarchitekturgebundene Sensoren (17, 26; 18, 25) aufnehmbar ist.
6. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren temperaturempfindliche und/oder lichtemp­ findliche Sensoren (17, 18; 25, 26) installiert sind, wobei zumindest der temperaturempfindliche Sensor (17) innerhalb der Glasarchitektur (15) und weitere temperaturempfindli­ che Sensoren (18) und lichtempfindliche Sensoren (25, 26) sowohl innerhalb der Glasarchitektur (15) als auch im au­ ßenwandseitigen Bereich des Kollektors (1) angeordnet sind, wobei gemessene Ist-Temperaturen (Tii, Tai) und/oder Ist-Bestrahlungsstärken (Bii, Bai) an die Regeleinrichtung (16) signalisierbar sind.
7. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (16) die Ist-Signalwerte der Sen­ soren (17, 18, 25, 26) aufnimmt und nach einem Vergleich zu­ mindest der Ist-Temperatur (Tii) innerhalb der Glasarchi­ tektur (15) mit einer entsprechend gespeicherten Soll- Temperatur (Tis) des Toleranzbereiches (Tis+/-ΔTi) die erforderlichen Stellsignale an die Dosier- und Separie­ reinheit (14) leitet, um die Konzentration (k13) minde­ stens eines Zuschlagstoffes des Strömungsmittels (13) um die Konzentrationsänderung (+/-Δk13) zu verändern, wobei die Regelung der passiven und/oder aktiven Solarenergie­ nutzung stufenlos durchführbar ist.
8. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (1) aus mindestens zwei voneinander be­ abstandeten, randseitig abgedichteten Transparenz-Platten (20, 21) besteht, die durch mindestens einen randseitigen Zulauf (22) und einen randseitig vorzugsweise gegenüber­ liegenden Ablauf (23) im hydraulischen Kreislauf (4) ent­ halten sind, und somit als Scheibenkollektor ausgebildet ist.
9. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Separiereinheit (14) im wesentlichen aus einer Zuschlagstoff-Dosiereinrichtung (28), aus einer Dosierpumpe (29), aus einem Zuschlagstoffilter (30), zwi­ schen dem und der Dosiereinrichtung (28) ein Absperrventil (32) eingebracht ist, sowie aus einem Zuschlagstoff-Tank (31) besteht, in dem der die Flüssigkeit färbende oder schwärzende Zuschlagstoff gespeichert ist.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (16) im wesentlichen aus einem Rechner (59) als zentralem Kern, aus einem Aufnahmespeicher (56) für die von den Sensoren (17, 18, 25, 26, 19, 47) gemesse­ nen Istwerte, insbesondere (Tii, Tai, Bii, Bai sowie Thwi, Fsvi), aus einem Sollwert-Speicher (57) für die Sollwerte (Tis sowie Thws, Fsvs), aus einem Vergleicher (58) der je­ weils zugeordneten Ist- und Sollwerte sowie aus einem Spei­ cher (60) für die strömungsmittelzugeordneten Stellwerte (+Δk, -Δk) und aus einem Speicher (61) für ventilzugeordnete Stellwerte (ΔU) besteht, wobei T die Temperaturwerte, B die Bestrahlungsstärkenwerte, F die Füllstandswerte im Vorrats­ behälter (27) sowie k die Konzentrationswerte und U die Spannungswerte zur Umschaltung der Magnetventile (9, 10, 11, 12) darstellen.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompaktkollektor in die Klimatisierung einbezogen ist, der aus dem außenwandigen Kollektor (1) und aus minde­ stens einem zweiten innenwandigen Kollektor (40) besteht, der zum Innenraum (15) der Glasarchitektur gerichtet an­ geordnet ist und vorzugsweise einen eigenen hydraulischen Kreislauf (41) mit einer wahlweise eingebauten Dosier- und Separiereinrichtung (42) sowie einer Regeleinrichtung (54) besitzt.
12. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kollektoren (1, 40) parallel zueinander beab­ standet sind und vorzugsweise zwischen beiden ein Luftspalt (53) vorgesehen ist, der zumindest als Dämmschutz dient.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren (1, 40) vorzugsweise gleichartige, hy­ draulische Kreisläufe (4, 41) aufweisen, die mit etwa gleichartig ausgebildeten Regeleinrichtungen (16, 54) in Verbindung stehen.
14. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kollektoren (1, 40) vorzugsweise an eine gemeinsa­ me Dosier- und Separiereinheit angeschlossen sind.
15. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittel (13, 49) jedes Kreislaufs (4, 41) je nach den vorhandenen äußeren Ist-Temperaturen (Tai) und inneren Ist- und Soll-Temperaturen (Tii, Tis) sowie inneren und äußeren Ist-Bestrahlungsstärken (Bii, Bai) auf zugehöri­ ge Zuschlagstoffkonzentrationen (k13, k49) einstellbar sind.
16. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden hydraulischen Kreisläufe (4, 41) unterschied­ liche Aufgaben zur Einstellung von unterschiedlichen Kon­ zentrationen (k13, k49) des Zuschlagstoffs in den Strömungs­ mitteln (13, 49) sowie unterschiedlicher Transparenz (τ13, τ49) der Strömungsmittel (13, 49) haben.
17. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung des Inneren der Glasarchitektur (15) der zweite hydraulische Kreislauf (41) inklusive seinem zuge­ ordneten Kollektor (40) mit einem Strömungsmittel (49) kon­ stanter niedriger Temperatur durchströmbar gefüllt ist, die in Abhängigkeit von der Temperatur (Tii) innerhalb der Glasarchitektur (15) bzw. von der solaren Einstrahlung ein­ stellbar ist.
18. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Strömungsmittel (49) des zweiten Kreislaufs (41) mit Hilfe der im ersten Kreislauf (4) gewonnenen So­ larenergie mittels eines über mindestens einen wahlweise zuschaltbaren Wärmetauscher der Wärmetauscheinrichtung (44) eingebundenen Kühlkreislaufs gekühlt ist, wobei die Solarenergie zum Betrieb einer zugehörigen Kältemaschine eingesetzt ist, die zum Teil oder vollständig an den Wär­ metauscher der Wärmetauschereinrichtung (44) des zweiten hydraulischen Kreislaufs (41) angeschlossen ist.
19. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedarf beide hydraulischen Kreisläufe (4, 41) in Gegenstromrichtung betreibbar geschaltet sind, wobei die Strömungsrichtungen der Strömungsmittel (13, 49) in den beabstandeten Kollektoren (1, 40) entgegengesetzt sind.
20. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren hydraulischen Kreisläufen (4, 41) die Strö­ mungsmittel (13, 49) mit unterschiedlichen Träger-Flüssig­ keiten und Färbungs- oder Schwärzungs-Zuschlagstoffen ver­ sehen sind.
21. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb einer äußeren Grenztemperatur (Tag) der au­ ßenwandige Kollektor (1) strömungsmittelfrei als Wärmedämm­ schutzeinrichtung und der innenwandige Kollektor (40) mit einem Strömungsmittel (49) mit eingestellter höherer Tempe­ ratur als Heizkörper ausgebildet sind, um die Ist- Temperatur innerhalb der Glasarchitektur (15) im vorgegebe­ ne Toleranzbereich (Tis+/-ΔTi) zu halten.
22. Einrichtung nach mindestens einem vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Kreisläufe (4, 41) überwachenden Regel­ einrichtungen (16, 54) eine Kreislaufabstimmungsschaltung (55) zur Abstimmung der beiden hydraulischen Kreisläufe (4, 41) auf eine stufenlose Regelung der aktiven und/oder passiven Solarenergienutzung besitzen, wobei der den au­ ßenwandigen Kollektor (1) enthaltende, hydraulische Kreis­ lauf (4) in laststarken (solare Einstrahlung ist hoch) Zeiten die Absorptionsfunktion und in lastschwachen (solare Einstrahlung ist niedrig) Zeiten eine Wärme- Isolationsfunktion sowie der den innenwandigen Kollektor (40) enthaltende Kreislauf (41) in lastschwachen Zeiten eine Heizfunktion und in laststarken eine Kühlungs- Isolationsfunktion übernehmen.
23. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß im Sollwert-Speicher (57) der Regeleinrichtung (16, 54) insbesondere die Sollwerte der Temperaturen (Tis) innerhalb der Glasarchitektur (15), der Füllstände der Strömungsmit­ tel (13, 49) in den Vorratsbehältern (27, 45) sowie der Tem­ peraturen (Thws) des Heißwassers enthalten sind, wobei die Ist- und die Sollwerte zumindest vergleichsbezogen und rechnergesteuert programmtechnisch miteinander verbunden sind und die Vergleichsergebnisse, insbesondere die Stell­ werte signaltechnisch an die Stellglieder, insbesondere in der Dosier- und Separiereinheit (14, 42) weiterleitbar sind.
24. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher (56, 67, 60, 61) sowie der Vergleicher (58) in einer Regeleinrichtung (16, 54) istwert- und/oder soll­ wertbezogen modulartig aufgebaut und angeordnet sind.
25. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der unterschiedlichen Zustände der passiven und/oder aktiven Solarenergienutzung für Glasarchitekturen (15) die in den jeweiligen modulartigen Sollwert-Speichern vorhandenen Sollwerte, die den Kreisläufen (4, 41) jeweils zugeordnet sind, zumindest tageszeitlich abhängig unter­ schiedlich einstellbar sind.
26. Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprü­ chen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscheinrichtung (2, 44) für die Klimatisie­ rung vorzugsweise mit mehreren Wärmetauschern versehen ist, die jeweils einem Heiz- und/oder einem Kühlkreislauf zuge­ ordnet sind, wobei vorzugsweise zwischen den Wärmetauschern und den Anlagen des Kühlkreislaufs mindestens eine Zwi­ scheneinrichtung, z. B. bei Anschluß einer Kühlwasseranlage eine Kältemaschine einbezogen ist.
27. Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mittels der erfindungsgemäßen Kollektoren (1, 40) gewonnene überschüssige Energie zur Heizung nachgeschalte­ ter Einrichtungen, also eines Schwimmbades oder zum Be­ treiben von Kühlaggregaten, insbesondere von Absorptions- und Adsorptionskälteanlagen eingesetzt wird.
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