DE19644284A1 - Großflächiges, einstückiges, multifunktionales, wärmegedämmtes Kombi-Solar-Dachelement als tragendes Dach - Google Patents

Großflächiges, einstückiges, multifunktionales, wärmegedämmtes Kombi-Solar-Dachelement als tragendes Dach

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Description

Solardach- und Solarelemente für die Brauchwassererwärmung, Heizungsunterstützung, direkte Stromerzeugung oder direkte Lufterwärmung, auch z. B. zur Schwimmbadwassererwärmung werden üblicherweise in auf das Dach oder in das Dach, von Fall zu Fall auch außerhalb auf Freiflächen, zu integrierenden kleineren oder größeren Elementen und in verschiedenen Größen hergestellt und dann neben- oder übereinander mit einem Gestell auf oder mit entsprechenden Verbindungs- und Abdeckelementen in die übliche Dachkonstruktion und -eindeckung aus Sparren und Balken oder Ziegeln, Schieferplatten oder ande­ ren Eindeckungsmaterialien einmontiert. Die der­ zeit marktüblichen Einzelgrößen der Elemente schwanken zwischen 0,2 und 12 qm an einem Stück (Solarführer Ulm, Ausgabe 95).
Um einen gemeinsamen Zu- oder Abfluß der aufge­ nommenen Energie (Warmluft, wärmespeichernde Flüssigkeit beim üblichen Solarkollektor oder Strom beim Photovoltaikelement) zu erreichen, werden dann die Einzelelemente bzw. die einzel­ nen Zu- und Ableitungen der Elemente arbeits- und kostenaufwendig in das Dach eingebaut und miteinander gekoppelt oder verbunden. Dabei können die an den vielen Rändern der Elemente oder Kollektoren anfallenden Randauskühlungen so gut wir nicht oder nur durch extrem gute Randisolierung kostenaufwendig reduziert und für die Solarwärmeaufnahme nutzbar gemacht werden.
Sehr oft lehnen es die Genehmigungsbehörden oder auch die planenden Architekten ab, aus ge­ stalterischen oder ästhetischen oder anderen Gründen auf ein Dach solche teilweise exotisch aussehenden und sehr selten auf die regional üblichen Dachstrukturen und -farben abgestimm­ ten Kollektoren oder Elemente zu montieren.
Auch sind die Gesamtkosten solcher durch Solar­ module bestückten Dächer, abgesehen von möglichen Eigenmontagen bei einzelnen Systemen, sehr hoch und bergen auch viele Risiken oder sind Ursachen für später auftretende Störungen der Systeme.
Die Erfindung eines ganzen, transportierbaren, multifunktionalen, wärmegedämmten, selbsttra­ genden und tragenden Solardachelementes in Dach­ größe, zumindest in voller Giebellänge oder - breite und bei Teilsegmenten mit Schnellverschluß zueinander versehen, das op­ tisch mit einer dachziegel-, schiefer- oder schindeleindeckungsähnlichen und -farbigen Ab­ deckung (Kremp-, Mulden-, Falzziegel-, Bieber­ schwanz-, Schwalbenschwanz-, Hohlpfannen-, Well­ faserzement oder andere) versehen werden kann, gleichzeitig angeformte oder sonstwie an­ gebrachte Firstgaupen, Dachgesimse, Regenwasser­ sammelrinnen mit Abflußrohranschluß sowie eine Schneefangeinrichtung und Anschlußmöglichkeiten für alle möglichen Funktionen aufweist, spart die örtlichen Montagearbeiten, verzichtet auch zwischenliegende Randauskühlungen zwischen den Einzelelementen und reduziert durch die Großflächigkeit nicht nur die Herstellungs- und Transportkosten, sondern auch das Montagerisiko und einen erheblichen Anteil der Montagekosten und ganz die Kosten der Befestigungs- und Ver­ bindungselemente. Außerdem ermöglicht es großflächige und leistungsstarke, auch multifunk­ tionale Kollektoren oder Elemente mit wesentlich höherer und differenzierterer Leistung wie bei üblichen Kollektoren oder Elementen bei oft halbierten Kosten, unter Verzicht auch oft sehr Hohe Verpackungskosten wegen der Gefahr von Beschädigungen, einzusetzen und so die laufenden Energiekosten eines Hauses genau so zu senken wie insbesondere die Erstausstat­ tungskosten bezogen auf vergleichbare Leistungs­ angebote. Die eventuell geringfügig höheren Transportkosten, die ggf. nur über Großstrecken ins Gewicht fallen können, werden durch die Vorteile kompensiert.
Wesentlich ist auch, daß die großflächigen Glas- oder Kunststoff-Abdeckplatten schon beim Herstellungsvorgang eine Sammel- oder Zerstreu­ ungslinsenstruktur eingegossen oder insgesamt auf die ganze Länge oder Breite segmentweise die Platten als Sammel- oder Zerstreuungslinsen ausgebildet werden können. Außerdem können dem Beplankungsmaterial auch gleichzeitig optisch auffallende Strukturen durch entsprechende, ge­ zielte Beimischungen von Farbstoffen oder gefärbten Fasern bei der Herstellung verliehen werden, wobei letztere auch zusätzlich eine Stabilisierungsfunktion haben.
Die industrielle Herstellung großer, ganzer So­ larelemente und Solardächer mit voller Dach­ funktion in jeder Dachform in der erfindungs­ gemäßen Leichtbauweise gibt neben der Kostenersparnis außerdem erhöhte Produktionssi­ cherheit, und der Transport großer Dachteile bzw. ganzer Dächer oder auch fertiger Häuser mit dem dachflächengroßen Solardach, der auf üblichen Straßen von der Größe her weder hori­ zontal noch vertikal möglich ist, kann mit einem marktüblichen Hubschrauber oder Luftschiff erfolgen. Auch bei einer Teilung der Elemente in zwei oder mehreren Einzelteile und dem dann möglichen Landtransport mit üblichen Fahrzeugen und der Bewegung an der Baustelle mit Hebezeugen jeder Art wie z. B. Autokränen sind erhebliche wirtschaftliche Vorteile gesichert.
In jedem Fall kann die für einen Transport not­ wendige Aufhänge- oder für die Verbindung mit dem Gebäude oder den Fundamenten notwendige Verankerung oder Anschlußvorrichtung bereits beim Herstellungsvorgang an die Tragkonstruktion mitangebracht bzw. in diese eingegossen sein.
Eine Ausführungsform in Leichtbauweise ist z. B. eine Leichtbeton-Wabenkonstruktion, bei der die leichten Waben in Verbindung mit einem Glasfa­ ser- oder Mineralfaser, Kohlenstoffaser- oder Carbon- oder Graphitfaser verstärkten Leichtbe­ ton die Trägerfunktion übernehmen. Bei den z. B. aus Polypropylen oder einem anderen Kunst­ stoff bestehenden Wabenkernen kann eine gleiche Beimischung und eine Befüllung des Kunststoffs mit Holzmehl oder Perlite u.ä. erfolgen, was auch zur Gewichts- und Kostenreduzierung beiträgt
Wichtig ist auch, daß verschiedene Solarenergie- Erzeugungs- und -Nutzungsarten bei dieser Solar­ element- und -Dachkonstruktion wirtschaftlich vertretbar miteinander verbunden werden können, also die Nutzung von durchströmender Warmluft, wärmespeichernder Flüssigkeitsnutzung und Pho­ tovoltai k-Nutzung.
Ein solches Dach mit einem dachgroßen Warmluft-, Flüssigkeits- bzw. Photovoltaik-Solarkollektor oder Photovoltaik-System kann auch leistungs­ starker Bestandteil eines in einer Raumzelle, auch einer Fertiggarage oder einem Hausanbau un­ tergebrachten Energiezentrums sein oder selbst diese Funktion mit übernehmen. Solche Energie­ zentren können auch gleichzeitig die Speicher­ funktion für die saisonal unterschiedlich aufzunehmenden Wärme- bzw. Energiemengen übernehmen und für den eigenen Verbrauch oder aber für die Abgabe an das öffentliche Netz zu je­ der Zeit von Nutzen sein.
Weiterhin kann ein solches Dach in seinen Mehr­ fach-Solar- und Raumklima-Funktionen in ein Lüftungssystem oder in ein elektronisch gesteuertes Energie- und Hausmanagementsystem für Wirtschaftlichkeit und Sicherheit eingebun­ den werden, wobei die verschiedenen möglichen Solarenergie-Nutzungsarten entsprechend ihrem Stellenwert abgefordert und eingesetzt und bei Überschüssen gespeichert werden können.
Bei der Absaugung solar erwärmtet Warmluft aus den Kanälen des Daches ist es möglich, mit einem lärmarmen bzw. fast geräuschlosen Spiralflügel-Lüfter modulierend umdrehungsge­ steuert an der höchsten Stelle des Daches jeweils Warmluft in fast Gleichtemperatur abzunehmen, so daß damit auch die Anzahl der Wechselfunktionen verringert und bei Vorhanden­ sein eines anderen Wärmemediums über dieses der weitere Energieüberschuß anderen Funktionen oder Speichern oder dem Netz zugeführt werden kann.
Nachfolgende Patentansprüche beschreiben wei­ tere mögliche Ausbildungen der Erfindung.
Zu den Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein großflächiges Solardachelement mit giebellanger Glas- oder Kunststoff-Abdeckung (1), das Bestandteil eines ferti­ gen, insgesamt transportablen Giebeldaches ist, an das bereits der Firstabschluß (Dachgaupe) (2) und die Dachrinne (3) sowie das Dachgesims (4) angeformt und z. B. Kamin oder Abzugsschacht (5) eingebaut ist.
Fig. 2 und 3 zeigen eine Flachziegel- (6) und eine Welldach- (7) Struktur, in die die Sam­ mellinsenstreifen (8) eingeformt sind.
In Fig. 4 ist ein Stück des mit Hohlkehlen (9) versehenen Leichtbeton-Elementes (10) erkenn­ bar, in die solarwärmeführende Rohre (11, 12, 13 und 14) mit 3 verschiedenen an­ geflanschten Absorptionsblechen (12, 13, 14) oder auch direkt im Brennpunkt (11) der Lichtbündelung oder -steuerung aus dem Sam­ mel- oder Zerstreuungslinsenstreifen (15) und dem Reflektor (Hohl- bzw. Parabolspiegel) (16) eingebracht sind. Die Kanäle, die auch Rinnen- oder Kastenform aufweisen können, dienen des weiteren für die Luftzirkulation (17) der erwärmten Luft. Außerdem können auch Photovoltaik-Streifen (18) oder ganze - Platten auf oder unter den Abdeckplatten und in den Rinnen angebracht sein. Eine Armie­ rungs- auch Waben-Struktur (19) stabilisiert und dämmt die Stege und das ganze Element.
Fig. 5 zeigt ein ganzes Haus, das mit einem dach­ großen Solarelement zusammen mit einem La­ stenhubschrauber transportiert wird, Fig. 6 zeigen ebensolche Raumzellen zur Ergänzung mit dem dachgroßen Element, Fig. 7 zeigen eine Großpalette zum Transport der Dächer mit einem Schwanenhals-Transportfahrzeug, Fig. 8 eine Schiffsladefläche für komplette Dächer und Häuser.
Die Fig. 9 zeigen wabenkernarmierte Leichtbe­ tonkonstruktionen, wie diese auch bei den Dachelementen verwendet werden.

Claims (36)

1. Solardachelement dadurch gekennzeichnet, daß es einstückig hergestellt und ein großflächiges und ganz oder teilweise traufbrei­ tes Fertigdachelement in einer Größe von 20 qm und mehr oder 4 m Breite, Länge oder Höhe ist.
2. Solardachelement nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß es mit großflächigen, bis zu giebellangen oder traufbreiten oder lichtundurchlässigen, lichtdurchlässigen, auch entspiegelten, hagelsicheren, thermisch vorgespannten und reflexionsarmen Glas- oder Kunststoffplatten abgedeckt ist.
3. Solardachelement nach Anspruch 1. und 2., da­ durch gekennzeichnet, daß es volle Dachgröße aufweist.
4. Solardachelement nach Anspruch 1.-3., da­ durch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Glas- oder Kunststoffplatten eine Dachziegel-, Schieferdach- oder Schindel­ struktur aufweisen.
5. Solardachelement nach Anspruch 1.-4. da­ durch gekennzeichnet, daß es als ein multi­ funktionales Element für die Verwertung der Solareinstrahlung, für die direkte Flüssigkeitserwärmung, ein Vakuumröhrensystem mit trockener Anbindung an die Wärmeträgerflüssigkeit, die Lufterwärmung und/oder die Photovoltaik-Nutzung ausgebildet ist.
6. Solardachelement nach Anspruch 1.-5., da­ durch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Glas- oder Kunststoffplatten mit einer eingegossenen Sammellinsen- oder Zerstreu­ ungslinsenstruktur oder Sammellinsen- oder Zerstreuungslinsenstreifen versehen sind oder insgesamt in ihrer Länge oder Breite seg­ mentweise als Sammellinsen oder Zerstreuungslinsen ausgebildet sind und mit einem Rückreifexionsschutz ausgestattet sein können.
7. Solardachelement nach Anspruch 1.-6. da­ durch gekennzeichnet, daß als Tragplatte eine Leichtbetonplatte mit oder ohne Glasfasern, Mineralfasern, Kohlenstoff-, Carbon- oder Graphitfasern, mit aneinandergereihten hohl­ kehlen-, rinnen-, kasten- oder wellenförmigen Vertiefungen an der Oberseite verwendet wird.
8. Solardachelement nach Anspruch 1.-7. da­ durch gekennzeichnet, daß als Trägerplatte ein hohlkehlen-, rinnen-, kasten- oder wellenförmigen Vertiefungen an der Oberseite sowie Wärmedämmungsplatten versehenes Dach­ balken-, Kehlbalken-, Dachsparren-, Dachpfet­ ten- und Dachlatten- oder Binder- oder sonstiges Schalungs-Gestell mit oder ohne Trägerfunktion dient.
9. Solardachelement nach Anspruch 1.-8. da­ durch gekennzeichnet, daß die Tragplatte ge­ mäß Anspruch 7. zur statischen Stabilisierung eine Armierung ausweist.
10. Solardachelement nach Anspruch 1.-9. da­ durch gekennzeichnet, daß die Armierung eine Wabenarmierung ist.
11. Solardachelement nach Anspruch 9. dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wabenarmierung mit Wülsten an den jeweiligen Enden der Waben versehen ist.
12. Solardachelement nach Anspruch 1.-11. da­ durch gekennzeichnet, daß die hohlkehlen-, rinnen-, kasten- oder wellenförmigen Vertie­ fungen an der Oberseite als Hohl- bzw. Para­ bolspiegel oder sonstige Reflektoren auch aus Aluminiumblechen und -folien und auch mit ab­ gesetzten Wülsten auf Dachplatten- oder einer sonstigen Länge ausgebildet sind.
13. Solardachelement nach Anspruch 1.-12. da­ durch gekennzeichnet, daß die Glas- oder Kunststoffplatten gemäß Anspruch 2. in einer üblichen Dachziegelfarbe oder in einer Schindel- oder Schieferdachfarbe oder sonst­ wie eingefärbt sind.
14. Solardachelement nach Anspruch 1.-13. da­ durch gekennzeichnet, daß in den hohlkehlen-, rinnen-, kasten- oder wellenförmigen Vertie­ fungen und/oder im Brennpunkt der in Anspruch 6. genannten Sammel- oder Zerstreuungslinsen oder -linsenstreifen und dem in Anspruch 12. genannten Hohl- bzw. Parabolspiegel oder son­ stigen Reflektor ein Rohr mit wärmeführender Flüssigkeit eingebettet ist, an das auch zusätzlich ein nach oben oder unten oder beide Seiten weisendes Absorberblech, vor­ zugsweise aus schwarzchrombeschichteten Kupfer angeformt oder angelötet oder sonstwie angebracht sein kann.
15. Solardachelement nach Anspruch 1.-14. da­ durch gekennzeichnet, daß das Rohr gemäß An­ spruch 14. mit oder ohne Absorberblech schlangenförmig segmentweise verlegt oder gittermäßig als Register im ganzen Dach mit einer unteren oder oberen Zuführung und einer unteren oder oberen Ableitung für die wärmeführende Flüssigkeit versehen ist.
16. Solardachelement nach Anspruch 1.-15. da­ durch gekennzeichnet, daß die hohlkehlen-, rinnen-, kasten- oder wellenförmigen Vertie­ fungen im unteren und oberen Bereich des Da­ ches gleich- oder ähnlich geformte, auch geteilte Verbindungskanäle für die unteren und oberen Abführungen/Ableitungen und Zu­ leitungen aufweisen.
17. Solardachelement nach Anspruch 1.-16. da­ durch gekennzeichnet, daß die hohlkehlen-, rinnen-, kasten- oder wellenförmigen Vertie­ fungen allein oder gleichzeitig zur Luftzir­ kulation (Warm- oder Kaltluft, mit oder ohne Filtersystem) und/oder zum Einbau von Vakuumröhren-Kollektoren mit trockener Anbindung an die Wärmeträgerflüssigkeit Verwendung finden.
18. Solardachelement nach Anspruch 1.-17. da­ durch gekennzeichnet, daß die obere Abdeck­ schicht ganz oder in Teilen aus einem großflächigen oder aus Einzelstücken zusam­ mengesetzten Photovoltaik-Element besteht oder daß zwischen den einzelnen hohlkehlen-, rinnen-, kasten- oder wellenförmigen Vertie­ fungen Photovoltaik-Elementstreifen längs oder quer verlaufen oder daß die hohlkehlen-, rinnen-, kasten- oder wellenförmigen Ver­ tiefungen mit biegsamen Solarmodulen ausgestattet sind.
19. Solardachelement nach Anspruch 1.-18. da­ durch gekennzeichnet, daß das gesamte Dach eine einzige oder mehrere Zu- und Ableitungen für die wärmeführende Flüssigkeit, Warm­ luft, Kaltluft oder Strom aufweisen.
20. Solardachelement nach Anspruch 1.-19. da­ durch gekennzeichnet, daß in das Dachelement Dachfenster, Kamine, Dachbalkone oder -ter­ rassen, Dachreiter, Dachgaupen eingebettet oder sonstwie an oder in diesem angebracht sind.
21. Solardachelement nach Anspruch 1.-20. da­ durch gekennzeichnet, daß das Element oder die Abdeckplatte gemäß Ansprüchen 2.-8. eine direkt angeformte oder eine angesetzte Regenwassersammelrinne mit Abflußrohr und/oder eine Schneefangeinrichtung und/oder ein Dachgesims aufweist.
22. Solardachelement nach Anspruch 1.-21. da­ durch gekennzeichnet, daß das Element oder die Abdeckplatte gemäß Ansprüchen 2.-8. und Anspruch 21. zusätzlich eine direkt an­ geformte oder angebaute Firstgaupe aufweist.
23. Solardachelement nach Anspruch 1.-22. da­ durch gekennzeichnet, daß in die Wabenarmie­ rung gemäß Ansprüchen 10. und 11. ein aus gleichem oder anderem Material bestehendes Röhrensystem für eine Wärmeleitflüssigkeit oder auch mit direkt ans Rohr an­ geflanschter Absorberfläche oder zur Verbindung mit einem anschließend aufzu­ bringenden wärmeleitfähigen, als Absorber dienenden Beplankungs- oder Dacheindeckungs­ material eingeschweißt, eingeklebt, eingelegt oder sonstwie eingebettet ist.
24. Solardachelement nach Anspruch 1.-23. da­ durch gekennzeichnet, daß das Element Be­ standteil einer Raumzelle ist.
25. Solardachelement nach Anspruch 1.-24. da­ durch gekennzeichnet, daß ein Dach entweder aus einigen großflächigen Teilen oder auch als ganzes Satteldach, als Pultdach, als Walm- oder Krüppelwalmdach, als Zelldach oder Welsche Haube (Runddach) mit verschiede­ nen möglichen Dachneigungen, auch mit einem normalen Dachteil ohne Solardachausbildung und einem Solardachteil hergestellt und ver­ wendet wird.
26. Solardachelement nach Anspruch 1.-25. da­ durch gekennzeichnet, daß das Element Be­ standteil eines industriell gefertigten Fertighauses oder schlüsselfertigen Gebäudes ist.
27. Solardachelement nach Anspruch 1.-26. da­ durch gekennzeichnet, daß das Solardachele­ ment und/oder die Raumzelle und/oder das Fertighaus ein so niedriges Gewicht aufwei­ sen, daß der Transport mit einem marktüblichen Lastenhubschrauber oder Tragluftschiff erfolgen kann.
28. Solardachelement nach Anspruch 1.-27. da­ durch gekennzeichnet, daß das Photovoltaik-Element gemäß Anspruch 18. eine übliche Dachplatten- oder Schieferdachstruktur und -farbe aufweist oder die bei Streifen farbli­ che Struktur optisch so abgestimmt ist, daß dadurch in Verbindung mit der übrigen Ein­ deckung ein übliches Dachstrukturbild ent­ steht.
29. Solardachelement nach Anspruch 1.-28. da­ durch gekennzeichnet, daß die durch das Ele­ ment aufgenommenen Energiemengen als Wärme oder Strom in ein Energiezentrum mit an- oder eingebauten oder darunter im Erdreich befind­ lichen Speichern auch energetisch umgewan­ delt, eingeleitet und dort entweder in der eingeleiteten Form oder als umgewandelte Energie gespeichert und wieder abgegeben wer­ den.
30. Solardachelement nach Anspruch 1.-29. da­ durch gekennzeichnet, daß in die Dachabdeckung bereits ein Blitzableiter und/oder ein Alarmsystem installiert ist.
31. Solardachelement nach Anspruch 1.-30. da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich unter­ halb des Firstes ein komplettes, auch autarkes Energiezentrum für das Haus mit einem oder mehreren Energieerzeugungs-, -um­ wandlungs, -sammel, -träger und -speichern (Tag-/Nacht-Ausgleichs- und Langzeitspei­ chern) haben, auch mit Blockheizkraftwerk, Zeolithspeicher, elektronischem Energie- und Hausmanagementsystem für Wirtschaftlichkeit und Sicherheit und den vorbereiteten Hausan­ schlußleitungen insgesamt oder teilweise un­ tergebracht sind.
32. Solardachelement nach Anspruch 1.-31. da­ durch gekennzeichnet, daß die für den Tran­ sport notwendige Aufhängung und die für eine Befestigung am Gebäude oder Fundament erforderliche Verankerungsvorrichtung, auch als Schnellverschluß oder übergreifende Ar­ mierung, bereits beim Herstellungsvorgang mit angebracht oder eingegossen ist.
33. Solardachelement nach Anspruch 1.-32. da­ durch gekennzeichnet, daß das Element eine wabenverstärkte Baukonstruktion, die Waben voll aus Polypropylen oder ähnlichem Mate­ rial, das Beplankungs- und Dämmaterial voll aus plastifiziertem Polypropylen oder ähnlichem Schaum, glasfaser-, mineralfaser-, koh­ lenstoffaser-, carbon- oder graphitfaserverstärkt und/oder holzmehl- oder perlite- oder ähnlich befüllt mit angemessenem An­ teil, sonochemisch oder ähnlich geschäumt und thermoplastisch mit den Waben verschmol­ zen oder anders schlüssig mit den Wabenenden verbunden und mit einer äußeren Deckschicht, vorzugsweise aus Glasplatten oder aber auch aus Polypropylen oder ähnlichen Platten, verstärkt bzw. beplankt ist.
34. Solardachelement nach Anspruch 1.-33. da­ durch gekennzeichnet, daß das beschriebene Elementsystem auch ganz oder zum Teil für kleine und große Wandflächen angewandt wer­ den kann.
35. Solardachelement nach Anspruch 1.-34. da­ durch gekennzeichnet, daß das beschriebene Elementsystem auch ganz oder zum Teil für Flachdachflächen angewandt werden kann.
36. Solardachelement nach Anspruch 1.-35. da­ durch gekennzeichnet, daß die Beplankungen gemäß Ansprüchen 2.-6. mit Kohlenstoff-Fasern, Carbon- oder Graphitfasern, Mineral- oder Glasfasern, auch eingefärbt, ganz oder teilweise verstärkt und/oder daraus resul­ tierende, farblich abgesetzte Strukturen wie z. B. Ziegel-, Schindel- oder Schieferdach­ strukturen aufweisen.
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