DE19917578C1

DE19917578C1 - Luftkollektor

Info

Publication number: DE19917578C1
Application number: DE19917578A
Authority: DE
Inventors: Peter Peschel
Original assignee: STAHLBAU GOHLIS GmbH
Current assignee: PESCHEL, PETER, DIPL.-ING., 01445 RADEBEUL, DE
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2019-04-20

Abstract

Beschrieben wird ein Sonnenkollektor zur Erwärmung von Außenluft und/oder Umluft oder anderer gasförmiger Medien. DOLLAR A In seiner Grundkonzeption hat der entwickelte Luftkollektor den folgenden Aufbau. Eine SW-Platte (1) mit einseitiger Trapezrippen-Profilierung wird in Doppelfunktion als Wand- oder Dachplatte von Bauten und als Kollektorunterkonstruktion incl. Absorberfläche mit integrierter Dämmschicht vorgesehen. DOLLAR A Zur transparenten Abdeckung des von der Trapezrippen-Profilierung der SW-Platte (1) gebildeten Kollektorraumes dient eine Stegdoppel- oder Mehrfachplatte (2) aus Kunststoff, die über Dichtungen (3) beabstandet auf einzelnen Trapezrippen aufliegt. Der untere Abschluß des Kollektors erfolgt mittels eines UV-beständigen, vorzugsweise schwarzen Kunststofformteils (5). DOLLAR A Die Kontur des Formteils (5) ist der Trapezrippenprofilierung der SW-Platte (1) angepaßt, wobei der erforderliche Lufteintrittsquerschnitt ausgespart ist. DOLLAR A Dieses Formteil dient auch zum Schutz gegen Verunreinigungen der Stegplatte (2) und des Kollektorinnenraumes. DOLLAR A Die Luftsammlung und -absaugung wird entweder mittels eines am oberen Abschluß des Kollektors aufgesteckten, dichtschließenden Absaugkastens (6) aus Kunststoff oder Metall oder durch Ableitung der aufgeheizten Luft über eine in die SW-Platte (1) eingebrachte Luftabsaugöffnung (7) beliebiger Geometrie realisiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Erwärmung von Außenluft und/oder Umluft oder anderer gasförmiger Medien.

Luftkollektoren sind bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt. Über ihren wirtschaftlichen Erfolg entscheiden insbesondere solche Parameter, wie hoher Luftdurchsatz mit einer erreichten Mindesttemperatur, einfacher mechanischer Aufbau und universelle Einsetzbarkeit.

In DE 30 14 888 A1 wird ein Luftsammelsystem für Luftkollektoren beschrieben, bei dem Luft an einer unter einer lichtdurchlässigen Wellplattenabdeckung liegenden Wärmetauscherfläche entlanggeführt und über eine Sammelleitung, einen stirnseitigen Sammelkasten abgeführt wird.

Gegenstand von DE 91 05 184.3 U1 und DE 92 00 598.5 U1 sind Solarkollektorlösungen, bei denen eine transparente Hohlkammerplatte aus Kunststoff als Kollektorgehäuse eingesetzt wird, d. h. die Hohlräume der Platte vom Luftstrom durchsetzt werden.

Des weiteren sind aus DE 195 40 500 A1 und DE 196 12 622.3 A1 Kollektoren zur solaren Erwärmung von Flüssigkeiten bekannt, bei denen als Trägerelement Sandwich- Bauplatten eingesetzt werden, die eine in Plattenlängsrichtung ausgeprägte rippenartige Profilierung aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Luftkollektor zu entwickeln, der in Wand- oder Dachposition in die Bauhülle vorzugsweise von industriellen oder Gewerbebauten integriert wird und dabei einen einfachen mechanischen Aufbau und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In seiner Grundkonzeption hat der entwickelte Luftkollektor den folgenden Aufbau. Eine Sandwichplatte mit einseitiger Trapezrippen-Profilierung wird in Doppelfunktion als Wand- oder Dachplatte von Bauten und als Kollektorunterkonstruktion incl. Absorberfläche mit integrierter Dämmschicht vorgesehen.

Zur transparenten Abdeckung des von der Trapezrippen-Profilierung der Sandwichplatte gebildeten Kollektorraumes dient eine Stegdoppel- oder Mehrfachplatte aus Kunststoff (beispielsweise Polycarbonat), die über Dichtungen beabstandet auf einzelnen Trapezrippen aufliegt.

Derartige Hohlkammerplatten haben einen besseren K-Wert im Vergleich zu üblichen Kollektorabdeckungen, sind hagelsicher, UV-beständig und nicht vergilbend.

Zur Vergrößerung der Absorberfläche sind in den trapezförmigen Kanälen der Sandwichplatte Streckmetallgitterstreifen, vorzugsweise aus Aluminium eingebracht. Insbesondere bei beabstandeter Anordnung vergrößern sie die Konvektionsfläche und erzeugen Luftverwirbelungen.

Der untere Abschluß des Kollektors erfolgt mittels eines UV-beständigen, vorzugsweise schwarzen Kunststofformteils.

Die Kontur des Formteils ist der Trapezrippenprofilierung der Sandwichplatte angepaßt, wobei der erforderliche Lufteintrittsquerschnitt ausgespart ist. Dieses Formteil dient auch zum Schutz gegen Verunreinigungen der Stegplatte und des Kollektorinnenraumes.

Die Luftsammlung und -absaugung wird entweder mittels eines am oberen Abschluß des Kollektors aufgesteckten, dichtschließenden Absaugkastens aus Kunststoff oder Metall oder durch Ableitung der aufgeheizten Luft über eine in die Sandwichplatte eingebrachte Luftabsaugöffnung beliebiger Geometrie realisiert.

Die gewählte Verbindung von Sandwichplatte und transparenter Abdeckung in Form einer Stegplatte ist in dem Maße flexibel wie es die temperaturabhängige Dehnung der Stegplatte erforderlich macht. Das wird erreicht durch Einsatz eines dauerelastischen Gummiprofils, das einmal vorzugsweise auf der Seite der Stegplatte mit dieser Platte verklebt wird und am Übergang zur Sandwichplatte mechanisch beispielsweise durch Klemm-, Steck- oder Schraubverbindung befestigt ist.

Zum anderen kann bei entsprechender geometrischer Ausbildung des Dichtprofils eine mechanische Befestigung an beiden Übergängen, also zur Stegplatte und zur Sandwichplatte erfolgen.

In einer modifizierten Ausführungsform des Luftkollektors ist zusätzlich an der Rückseite eine geeignete Strahlungsplatte angebracht. Zwischen der Rückseite der Sandwichplatte und der Strahlungsplatte wird die aus dem Kollektor abgeleitete Warmluft entlang geführt, die dadurch die Strahlungsplatte erwärmt.

Auf diese Weise kann eine Niedertemperatur-Strahlungsheizung realisiert werden.

Neben der Luftabsaugöffnung, die die Verbindung vom Kollektorinnenraum herstellt, können am unteren Ende des Kollektors weitere verschließbare Öffnungen zum Kollektorinnenraum aber auch zur Außenluft hergestellt werden. Durch diese Öffnungen kann wahlweise Frischluft von außen zugeführt oder die Luftzirkulation zwischen Kollektor und Strahlungsplatte als Innenwandung der entsprechend aufgebauten Wand- und Deckenelemente des Baukörpers gewährleistet werden.

In einer weiteren modifizierten Ausführungsform des Luftkollektors ist im oberen Bereich ein Luft/Wasser-Wärmetauscher angeschlossen. Durch in den Zu- und/oder Ableitungsöffnungen vorhandene Klappen wird die Kollektor-Warmluft entweder zur Strahlungsplatte und/oder durch den Wärmetauscher geleitet.

Hauptanwendungen für den erfindungsgemäßen Luftkollektor sind

- Luftheizungsanlagen
- Wärmepumpenheizungen
- Trocknungsanlagen der Lebensmittel- und Futterindustrie
- raumlufttechnische Einrichtungen
- Anlagen zur Brauchwasservorwärmung
- Strahlungsheizanlagen.

Der neue Kollektor kann dabei integriert werden in Bauwerkshüllen (Hallen) für Industrie und Landwirtschaft, in Gebäude für die Baustellenversorgung, Containerbauten aller Art, im Freizeitsektor u. a. m..

Als wesentliche Vorteile des neuen Luftkollektors können genannt werden

- weitestgehender Verzicht auf komplizierte mechanische Verbindungselemente und Rahmenkonstruktionen, um den Fertigungsaufwand zu senken, Übergang zu dauerelastischen Verklebungen, wo möglich,
- variable Kollektorlänge, je nach Geometrie der zur Verfügung stehenden Flächen (Dach oder Wand) bzw. je nach den spezifischen Auslegungsparametern der konkreten Anwendung,
- der Kollektor ist nicht nur am Neubau realisierbar, sondern er ist aufgrund seiner Trägerkomponente (Sandwichplatte) und des einfachen Aufbaus auch bei der Nachrüstung von Anlagen einsetzbar und im Rahmen der vorhandenen Flächen jederzeit erweiterbar,
- der Kollektor eignet sich auch zur separaten Aufständerung in geeigneten Rahmen oder als selbsttragende Konstruktion; damit sind externe, von Gebäuden unabhängige und sogar mobile Einsatzfälle möglich (z. B. Wärmeversorgung von Wohncontainern auf Baustellen, Anhebung der Quellentemperatur bei Wärmepumpen).

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 die Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Luftkollektors,

Fig. 2 Absaugkasten für die Luftsammlung und Absaugung,

Fig. 3 Sandwichplatte mit Streckmetallgitterstreifen,

Fig. 4 Schnittdarstellung durch einen Kollektor mit Streckmetallgitterstreifen,

Fig. 5 Schnittdarstellung durch den Kollektor zur Veranschaulichung der Verbindung und Dichtung von Sandwichplatte und Stegplatte,

Fig. 6 Schnittdarstellung zur Ausführung eines Luftkollektors mit Strahlungsheizung,

Fig. 7 Schnittdarstellung zur Ausführung eines Luftkollektors mit Luft/Wasser-Wärme tauscher.

Fig. 1 zeigt mit den Ansichten 1.1 und 1.2 den Grundaufbau des neuen Luftkollektors. Er besteht aus der Sandwichplatte mit dem Kollektorraum zugewandter, im Querschnitt trapezförmig profilierter Absorberfläche 1.1, der sich anschließenden Dämmschicht 1.2 sowie der aus Plexiglas bestehenden Stegdoppelplatte 2.

Die Stegplatte 2 liegt über Dichtungen 3 beabstandet und arretiert auf der Sandwichplatte 1 auf.

Den unteren Abschluß des Kollektors bildet ein winkelförmiges Kunststofformteil 5, das UV-beständig und schwarz eingefärbt ist. Über die Einpassung des Kunststofformteils 5 erfolgt die Einstellung des Lufteintrittsquerschnitts. Der auf der Stegplatte 2 aufliegende Schenkel 5.1 des Formteils 5 ist formschlüssig verklebt; der in seiner Kontur der Trapezrippenprofilierung angepaßte Schenkel 5.2 ist über der Sandwichplatte 1 frei beweglich. Durch diese Freibeweglichkeit des mit der Stegplatte 2 verklebten Formteils 5 können Wärmedehnungsbewegungen der Stegplatte 2 in Bezug auf die Sandwichplatte 1 ausgeglichen werden.

Am oberen Ende des Kollektors ist ein rundum dichtschließender Absaugkasten 6 aus Kunststoff aufgesteckt, s. Fig. 2 (obere Darstellung) und Fig. 1.2. Dieser Absaugkasten 6 dient der Luftsammlung und -absaugung. Die Abdichtung übernimmt ein innenliegender, umlaufender Dichtungsstoß 9, ausgeführt mit Quellgummiband oder einem anderen geeigneten Dichtungsmaterial.

Die Luftabführung aus dem Kollektor mittels Luftabsaugöffnung 7 durch die Sandwichplatte 1 wird in der Kollektorausführung nach Fig. 1.1 in Verbindung mit Fig. 2 (untere Darstellung) angewendet.

Eine oder mehrere Luftabsaugöffnungen 7 können aber auch in den Absaugkasten und/oder die Sandwichplatte 1 eingebracht werden.

Die Form des Absaugkastens 6 ist quaderförmig; der Absaugkasten 6 kann aber auch eine andere Funktion unterstützende Form aufweisen. Zusätzlich können luftleitende Einbauten vorhanden sein.

Die in die trapezförmigen Kanäle der Sandwichplatte 1 eingebrachten Streckmetallgitter streifen 4 zeigt Fig. 3. Neben Aluminium können sie auch aus anderen Metallen bestehen.

Aus der Schnittdarstellung nach Fig. 4 ist entnehmbar, daß die Streckmetallgitter streifen 4 beabstandet auf der Absorberplatte 1.1 aufgeschraubt sind.

Fig. 5 veranschaulicht zwei Lösungsvarianten für die zuverlässig dichte und flexible Verbindung der den Kollektorraum bildenden bzw. begrenzenden Teile Sandwichplatte 1 und Stegplatte 2.

In der Variante nach Fig. 5.1 besteht die Dichtung 3 aus einem gemäß Abbildung profilierten Gummiprofil 8, das auf der einen Seite mittels einer sich über die Gesamtlänge des Gummiprofils erstreckenden Aufnahmetasche 8.1 in eine mit der Sandwichplatte 1 verbundene Klemmleiste (Stahlblechhaltestreifen) 10 eingeschoben ist. Auf der anderen Seite ist der ballige Teil 8.2 des Gummiprofils 8 direkt mittels eines dauerelastischen Klebstoffs 11 mit der Stegplatte 2 verklebt.

Bei der Verbindungsvariante nach Fig. 5.2 ist auch der Übergang vom Gummiprofil 8 zur Stegplatte 2 mittels Klemm- bzw. Einschubleiste 10 realisiert. Das hier verwendete Gummiprofil 8 besitzt also im Anschluß an den balligen Teil in beide Richtungen eine sich über die Gesamtlänge des Gummiprofils erstreckende Aufnahmetasche 8.1..

Zur Eindichtung können unter die Klemmleisten (10) Moosgummistreifen oder dgl. untergeklebt werden.

Ein Luftkollektor in Wand- oder Deckenausführung zur Strahlungsheizung ist in Fig. 6 dargestellt.

Bei dieser Ausführung des Luftkollektors wird zwischen der Rückseite 1.3 der Sandwichplatte 1 und der zusätzlich vorhandenen, beabstandet zu dieser Rückseite angeordneten Strahlungsplatte 12 Warmluft aus dem Kollektor über die Luftabsaug öffnung 7 eingeleitet. Die Strahlungsplatte 12 bildet dabei die Gebäudeinnenwandung. Zusätzlich kann auf die Strahlungsplatte 12 ein Trockenbauelement aufgebracht sein.

Durch die verschließbaren Öffnungen 13, 14 wird wahlweise Luft als Wärmeträgermedium von außen angesaugt (Öffnung 13) oder mittels Öffnung(en) 14 innerhalb des Kollektors im Kreis geführt.

Durch geeignete Klappen und/oder Ventilatoren kann der Luftstrom zur Einstellung der gewünschten klimatischen Bedingungen gesteuert (verstärkt oder abgeschwächt) werden.

Die Luftleitung zwischen Strahlungsplatte 12 und Rückseite 1.3 kann durch Leitbleche 15 unterstützt werden.

Fig. 7 zeigt einen Luftkollektor mit Luft/Wasser-Wärmetauscher 16.

Durch geeignete Öffnungen mit Klappen 13 und 17 in der Luftabsaugöffnung 7 wird die Warmluft aus dem Kollektor entweder der Strahlungsplatte oder dem Wärmetauscher zugeführt.

Mit einer Steuerung können die Betriebsarten "Warmwasser-Bereitung" oder "Heizbetrieb" oder "Beides" gewählt werden.

Die Steuerung soll gleichzeitig die Temperaturüberwachung mit Überhitzungsschutz und Frostschutz übernehmen.

Der Wärmetauscher kann des weiteren an die Kaltwasserzuleitung angeschlossen werden, so daß Trinkwasser, welches den vorhandenen Warmwasserspeicher auffüllen soll, vorher im Wärmetauscher vorgewärmt wird.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1

Sandwichplatte

1.1

Absorberfläche

1.2

Dämmschicht

1.3

Rückseite

2

Stegplatte, Hohlkammerplatte

3

Dichtungen

4

Streckmetallgitterstreifen

5

Formteil zum unteren Abschluß des Kollektors

6

Absaugkasten (oberer Abschluß des Kollektors)

7

Luftabsaugöffnung

8

Gummiprofil

8.1

Aufnahmetasche

8.2

balliger Teil

9

Dichtungsstoß (Absaugkasten)

10

Klemmleiste

11

Klebstoff

12

Strahlungsplatte

13

Öffnungen

14

Klappen

15

Leitbleche

16

Wärmetauscher

17

Klappe (Wärmetauscher)

Claims

1. Luftkollektor zur Erwärmung von Außenluft und/oder Umluft oder anderer gasförmiger Medien unter Verwendung von transparenten Hohlkammerplatten aus Kunststoff und Sandwichplatten als Trägerelement, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Sandwichplatten (1) mit einseitiger Trapezrippenprofilierung als Wand- oder Deckenplatten von Bauten und zugleich als Unterkonstruktion des Kollektors mit Absorberfläche (1.1) und sich zum Gebäudeinnern anschließender Dämmschicht (1.2) vorgesehen sind,
b) zur transparenten Abdeckung des von der Trapezrippenprofilierung der Sandwichplatte (1) gebildeten Kollektorraumes eine Stegdoppel- oder Mehrfachplatte (2) aus Kunststoff über Dichtungen (3) beabstandet auf einzelnen Trapezrippen aufliegt.

2. Luftkollektor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Absorberfläche in den trapezförmigen Kanälen der Sandwichplatte (1) Streckmetallgitterstreifen (4) eingebracht sind.

3. Luftkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckmetallgitterstreifen (4) beabstandet zur Absorberfläche (1.1) eingebaut sind.

4. Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschluß des Kollektors mittels eines UV-beständigen Kunststoff oder Leichtmetallformteils (5) erfolgt, wobei die Kontur des Formteils (5) auf der mit der Sandwichplatte (1) im Eingriff befindlichen Seite der Trapezrippenprofilierung der Sandwichplatte (1) angepaßt und der erforderliche Lufteintrittsquerschnitt ausgespart ist.

5. Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Abschluß des Kollektors ein dichtschließender Absaugkasten (6) aus Kunststoff oder Metall aufgesteckt ist, wobei zur Ableitung der aufgeheizten Luft am oberen Ende mindestens eine Luftabsaugöffnung (7) eingebracht ist.

6. Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beabstandung und Verbindung von Sandwichplatte (1) und Stegplatte (2) ein dauerelastisches Gummiprofil (8) zwischen geschaltet ist, das durch Klebe- und mechanische Befestigung oder nur durch mechanische Befestigung die Montageteile (1, 2, 8) zuverlässig positioniert und arretiert.

7. Luftkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gummiprofil (8) zur ein- oder beidseitigen Befestigung im Anschluß an einen flexiblen balligen Teil (8.2) in einer oder in beiden Montagerichtungen eine sich gleichfalls über die Gesamtlänge des Gummiprofils (8) erstreckende Aufnahmetasche (8.1) aufweist, in die die an Sandwichplatte (1) und/oder Stegplatte (2) vorhandene Klemmleiste (10) eingeschoben ist.

8. Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im Wand- oder Deckenbereich positionierte Kollektor zusätzlich auf seiner Rückseite (1.3) beabstandet eine Strahlungsplatte (12) aufweist und in den dadurch gebildeten Zwischenraum über die Luftabsaugöffnung(en) (7) Kollektor-Warmluft einströmt.

9. Luftkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom durch Öffnungen (7, 13, 14) mit zugehörigen Klappen und/oder Ventilatoren steuerbar ist.

10. Luftkollektor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Strahlungsplatte (12) ein Trockenbauelement aufgebracht ist.

11. Luftkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Luftkollektors ein Luft/Wasser-Wärmetauscher (16) angeschlossen ist, wobei zur Führung der Kollektor-Warmluft zur Strahlungsplatte (12) und/oder zum Wärmetauscher (16) in den Zu- oder Ableitungsöffnungen (7, 13) Klappen (13, 17) vorhanden sind.