DE2245153A1

DE2245153A1 - Vorrichtung zur aufnahme und abgabe von waerme

Info

Publication number: DE2245153A1
Application number: DE2245153A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: BETEILIGUNGS AG HAUSTECHNIK
Current assignee: BETEILIGUNGS AG HAUSTECHNIK
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1973-03-29
Also published as: AU473500B2; SE388027B; AU4642572A; DE2245152A1; FR2166905A5; FR2153119A1; JPS4837746A; FR2153118A1; BR7206430D0; ES406765A1; DE2265239A1; IL40322A0; DE2242581C3; FR2153119B1; CA985590A; GB1388598A; CA969054A; DE2242581B2; JPS4837750A; ZA726309B

Description

Background der Erfindung

Alle Baustoffe weisen in thermodynamischer Hinsicht drei Eigenschaften auf, deren Größe für die wärmetechnischen und klimatologisehen Fragen von entscheidender Bedeutung ist:

a) Wärmeleitfähigkeit

b) Wärmekapazität

c) Abstrahlverhalten.

Es ist bekannt, daß beispielsweise Dächer aus Aluminium, zumindest solange sie sauber sind, nur wenige Grad heißer sind als die Umgebungsluft, während Bitumendächer um 50 darüber liegen können.Es ist ferner bekannt, daß die Räume leichter Gebäude mit Wandungen hoher spezifischer Materialfestigkeit sehr starke tägliche TemperatürSchwankungen aufweisen, während die Temperatur in Räumen mit Wandungen und Decken großer Wandstärke nur einen geringen Temperaturgang besitzen.

Andererseits läßt sich feststellen, daß eine hochwertige Isolation nicht immer vorteilhafte Auswirkungen nach sich zieht, so ist z.B. die Innentempera tür südländischer Häuser oft unangenehm niedrig, weiL dLe Wandung die Sonnenwärme in der kälteren JahreszeLt nicht ins Innere dringen läßt. Umgekehrt erfährt dort im Sonner die Raumtemperatur nicht dLe erwünschte nächtliche Absenkung.

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Stand der Technik ·

Es wurden bereits Bauplatten vorgeschlagen, die einen allseitig begrenzten Hohlraum einschließen, in dem sich der Sattdampf eines Wärmeträgers befindet, wobei eine Kondensatrückführung von der Wärmequelle zur Wärmesenke nur in einer Richtung möglich ist. Diese Bauplatten eignen sich zur Isolierung und Klimatisierung von Räumen, die z.B. von dem freien Außeriraum nur durch diese Bauplatte getrennt sind. Es ist jedoch nicht möglich, mit dieser bekannten Anordnung die Wärmequelle und die Wärmesenke in einem größeren Abstand voneinander oder gar völlig unabhängig voneinander anzuordnen. Außerdem hat es sich für viele praktischen Zwecke als unbrauchbar erwiesen, Bauplatten als gasdichte Hohlkörper auszubilden.

Ziele der Erfindung

Die Erfindung bezweckt daher Bauelemente, deren tragende Teile z.B. aus Beton hergestellt sind, für den Hoch- oder Tiefbau, z.B. Schalen für Gebäudeabdekkungen, Abdeckplatten für U-Bahnschächte, Fahrbahnen für Straßen, Treppenstufen, Wandelemente für Wohnhäuser und dergleichen, welche Vorrichtungen aufweisen, mit denen durch den Baustoff Wärmeströme von einer Oberfläche zu einer anderen geleitet werden können. Dabei bezweckt die Erfindung eine Integration von Bauplatten, Schalen, Wandelementen, Wandungen, Dächern, begehbaren Belägen usw. mit

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warmeleitelementen vor, wobei durch Weiter« Maßnahmen die Wärmeströme im Sinne einer gewünschten richtung und/oder auch einer gewünschten Wärmestromgröße beeinflußt werden. So ist ei weise in warmen Gegenden erwünscht, daß der von der Bonne stammende Wärmestrom nicht durch Dach und Wandungen durchdringt, während gleichzeitig die im Inneren akku^ mulierte Wärme während der kühlen Nachstunden nach außen dringen soll.

Beschreibung der Erfindung

Gemäß der Erfindung sind bei einer Vorrichtung zur Aufnahme von Sonnenenergie und/oder zur Abstrahlung von Wärme in den freien Raum, von der ein großflächiges Element diesem freien Raum zugewandt ist und ein großflächiges Element mit einem zu beheizenden und/ oder zu kühlenden Mittel im Wärmetausch steht, so daß ein Element als wärmeaufnehmende Senke und das andere Element als wärmeabgebende Quelle wirkt, zur Wärmeleitung zwischen den beiden großflächigen Elementen mehrere parallel geschaltete Rohre vorgesehen, die mit einem Wärmeträger gefüllt sind, welcher sowohl in gasförmiger als auch in flüssiger Form vorliegt. Vorzugsweise sind die großflächigen Elemente als gut wärmeleitende Platten ausgebildet und die Rohre verlaufen in gleichen Abständen parallel zueinander und sind fest mit diesen Platten verbunden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Rohre so verlegt, daß der an der Wärmequelle, also demje-

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nigen Element, das die Wärme nach Außen abgibt, kondensierende Wärmeträger, bedingt durch die Schwerkraft, durch die Rohre zurück zu dem die Wärmesenke bildenden Element strömt, das den abzukühlenden Raum begrenzt. Wenn z.B. in kalten Regionen gewünscht wird, daß die Sonnenwärme stets von dem freien äußeren Raum in einen inneren Raum geleitet wird, ohne daß aus dem inneren Raum die Wärme nach Außen abströmen kann, so werden, wenn es sich beispielsweise um senkrechte Wandelemente handelt, die Rohre,die den mit Sattdampf

einschl ießori
gefüllten Wärmetrager/zwischen den beiden Wandelementen so verlegt, daß das Kondensat durch die Schwerkraft zur Wärmesenke, also zu dem großflächigen Element, das dem freien äußeren Raum zugekehrt ist, fließen kann.

Soll schließlich vor allem in gemäßigten Zonen gelegentlich die · ' . Wärmestromrichtung umgekehrt und der entgegengerichtete Effekt verwirktlicht werden, so sieht die Erfindung Dampfrohre vor, deren Inneres in an sich bekannter Weise eine Auskleidung aufweist, die das Wärmeträgerkondensat des Dampfrohres durch Kapillarkraft fördert. Bei einer Ausführungsform ist das Innere jedes Rohres erfindungsgemäß mit einem Kondensatraum verbunden, dessen Temperatur über ein größeres Intervall als das Arbeitstemperaturintervall veränderbar ist. Wird eine Unterbrechung der Wärmeleitung gewünscht, so wird der Kondensatraum soweit abgekühlt, daß der gesamte

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Wärmeträgerinhalt des Rohres in den Kondensationsraum eintritt, wodurgh der Austausch durch latente Wärme unterbrochen wird. Durch geeignete, nachstehend näher beschriebene Maßnahmen, läßt sich jede Zwischenstufe der Wärmeleitung verwirklichen. Zur Steuerung der Wärmeleitung sieht die Erfindung Außenthermostate vor. Noch wirksamer ist ein Verfahren, bei dem die meteorologischen Einflußgrößen, z.B. Druckgradient oder auch Prognosedaten zur Steuerung herangezogen werden. Die Anwendung dieses Verfahrens erlaubt die optimale Ausnutzung der natürlichen Wärmequelle und/oder Wärmesenke, also von Sonneneinstrahlung und Weltraumschwärze. Es lassen sich aber diese konstenlosen Warmeströme nicht nur zur Aufheizung und/oder Raumkühlung heranziehen, es ist auch eine Unterbindung von Vereisungen von Straßen, Schienen, Treppenstufen, Baikonen und Dächern möglich. Bei Verwendung von Wärmespeichern sieht die Erfindung außer der Ausnutzung der Wärmespeicherfähigkeit in Beton und anderen Baustoffen für fühlbare Wärme auch Latentspeicher vor, die gegenüber den Speichern fühlbarer Wärme den Vorzug aufweisen, daß sich die Temperatur des Speichers während des Speichervorganges nicht ändert. Es ist deshalb vorgesehen, sofern die Vorrichtung nach der Erfindung zur Raumtemperaturbeeinflussung herangezogen werden soll, raumseitig oder sofern die Vorrichtung zur Eisfreihaltung verwendet werden soll, unterhalb der begehbaren Fläche, Speichermassen einzusetzen, die mit den Rohren in gut wärmeleitendem Kontakt stehen und ihre Kristallisationswärme bei einer vorgegebenen Temperatur abgeben. Als Latentspeichermassen eignen sich vor allem Metallsalzhydrate mit Impf- und Gerüstr zusätzen.

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Öer wesenfcliehe Vorteil der ^orriehtuhg naeh air Br* fliidüng besteht darin~, daß zur Wärmegieichrichtüng mlfc Hilfe Von entsprechend ausgebildeten plattenförmigen Elementen nicht mehr größflache Platten Verwendet wer^ta den. müssen* die hohl ausgebildet und absolut dicht sein müssen_r sondern daß gut wärmeleitende Platten, die nach Außen exportiert sind und gut wärmeleitende Platten, die dem Innenraum zugekehrt sind oder auch andere dem Wärme tausch dienende Körper* z.B. !Rippen- ' körper, über Wärmerohre miteinander verbünden werden* die man viel leichter vakuumdicht machen kann als großflächige, großer thermischer Ausdehnung unterworfene Platten,

Als Wärmeträgersubstanzen, die bei den jeweiligen Arbeitstemperaturen sowohl in flüssiger als auch in gasförmiger Form in den Wärmeleitrohren vorhanden sind, eignen sich Fluorchlorkohlenwasserstoff, Kettenkohlenwasserstoffe, Ketone, azÄrope Gemische aus Wasser und in Wasser löslichenKohlehwasserstoffen, Trifluortrichloräthan, Tetrafluordichloräthan und andere ähnliche Substanzen.

Als Massen für die Wärmespeicher, die latente Wärme zu speichern in der Lage sind, eignen sich Dinatrium-

phosphatdodecahydrat, Natriumsulfatdecahydrat, Litiumnitrattrihydrat, eine Mischung aus 69 Gewichtsteilen Natriumsulfatdecahydrat und 31 Gewichtsteilen Kaliumchlorid, eine Mischung aus 77 Gewichtsteilen Natriumsulfatdecahydrat und 25 Gewichtsteilen Ammoniumchlorid und ähnliche Substanzen.

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Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert:

Figur 1 zeigt eine Platte, die sich für den Aufbau eines großflächigen Dachelementes für eine Vorrichtung nach der Erfindung eignet.

Figur 2 zeigt eine Platte, die sich für den Aufbau eines großflächigen, einem Innenraum zugekehrten Elementes einer Vorrichtung nach der Erfindung eignet.

Figur 3 zeigt schematisch ein die Anordnung der großflächigen Elemente in einem Wohnhaus.

Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus einer Bauplatte mit wählbarem Wärmegleichrichtereffekt.

Figur 5 zeigt die in Figur 4 dargestellte Bauplatte in kleinerem Maßstab.

Figur 6 zeigt den Ausschnitt einer Bauplatte mit mäanderförmigem Wärmeleitrohr.

Figur 7 zeigt einen Schnitt durch einen Ausschnitt einer Wandplatte, die ähnlich wie die in Figur 6 dargestellte Dachplatte ausgebildet ist.

Figur 8 zeigt eine Regelvorrichtung für Wärmeleitrohre nach der Erfindung.

Figur 9 zeigt eine Abwandbng der in Figur 8 dargestellten Regeleinrichtung.

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Figur XO zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung mit mehreren Wärmeleitkreisen im Ausschnitt und

Figur 11 zeigt ein Regelventil für eine Vorrichtung nach der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine vorzugsweise als Dachauflage verwendete Platte für ein großflächiges Element einer Vorrichtung nach der Erfindung. Auf einer Betonunterlage 1 wird die Platte mit Laschen 2 so montiert,, daß sie die in Figur 3 gezeigte Lage einnehmen» Zwischen der Betondecke und der Platte befindet sich eine Isoliersicht 3. Die Platte selbst ist doppelwandig ausgebildet und aus einem Blechstreifen aufgebaut, dessen nach oben weisende Fläche 4 glatt ist„ Zwischen den Wänden 4 und 5 sind eine Vielzahl von Warzen 6 vorgesehen, die der Abstandhaltung dienen. Die beiden Wände 4 und 5 schließen an einem Ende zwischen sich einen Rohrabschnitt 7 ein. Am anderen Ende sind die Wände 4 und 5 bügeiförmig gekröpft und längs der Naht 8 rollnahtverschweißt. Der bügeiförmig gekröpfte Abschnitt 8a greift über den Rohrabschnitt 7" der nächsten Platte. Zwischen den Wänden 4 und 5 ist eine Bahn 9 aus saugfähigem Papier angeordnet, die zwischen benachbarten Warzenreihen 6 und 6' durchhängt, so daß sie sowohl die obere Wand 4 als auch die untere Wand innerhalb einer Teilung 6, β' berührt. Als Werkstoff für die Platte sieht die Erfindung vorzugsweise Metallblech, insbesondere Stahlblech vor, welches nach außen hin eine Oberfläche erhält, die im Bereich der Wärmestrahlung von 9 /u-eine mögliehst hohe Emission

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aufweist. Im Bereich von etwa 0,5 Ai soll die Emission bei Anwendungen, bei denen im wesentlichen gekühlt werden soll, lein sein, was z.B. mit einer Auflage aus Titandioxid-Emaille erreicht werden kann, während bei Anwendungen, bei denen vorzugsweise Wärme gewonnen werden soll, die Emission bis 0,5 /u betragen soll, was z. B. durch rußhaltige Anstriche erreicht werden kann. Grundsätzlich eignet sich jedoch auch eine Kunststofffolie als Werkstoff für die Platte, insbesondere wenn diese durch Beschichtung mit einer Aluminiumfolie vakuumdicht gemacht wurde. Schließlich lassen sich erfindungsgemäße Platten auch extrudieren, wobei die Warzen 6 geformt werden, so lange das extrudierte Material noch nicht erstarrt ist.

Figur 2 zeigt die innerhalb des Gebäudes als Decke oder Wandelemente anzubringenden Platten für das zweite großflächige Element einer Vorrichtung nach der Erfindung. Der Aufbau ist prinzipiell gleich wie der der Platten nach Figur 1. Durch einen gefalteten Blech- oder Folienstreifen wird ein Hohlkörper der dargestellten Art gebildet.Diesmal ist die nach unten weisende Viand 20 glatt, während die nach oben weisende Wand 21 die Warzen 22 trägt. Der Rohrabschnitt 23 hat ein Profil mit rinnenförmiger Vertiefung 25. Nach unten ist eine Rinne 26 ausgeformt, in der sich das Kondensat des Wärmeträgers bei horizontaler Anordnung der Platte sammelt.Bei 27 ist der gefaltete Blechstreifen längs einer Naht verschweißt.

Die Falzstelle 28 ist als Vorsprung ausgebildet, der

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in die rinnenförmige Vertiefung 25a der benachbarten Tafel hineinragt, ösen 29 dienen der Aufhängung der Tafel an der Decke eines Raumes. Zwischen den Warzen 22' und 22", die im Ausschnitt sichtbar sind, ist wiederum eine gewellte Bahn 30 aus saugfähigem Papier eingeschlossen, deren Wellung sowohl"die obere Wand 21 als die untere Wand 20 berührt. Mit der oberen Wand 21 sind Folienschläuche 31 sowie 32 verklebt. Die an den Enden geschlossenen Folienschläuche 31 sind mit einer Speichermasse gefüllt, die eine Kristallisationstemperatur hat, die bei normaler Luftfeuchte oberhalb des Taupunktes liegen muß. Als geeignetste Kristallisationstemperaturen zur Raumkühlung haben sich Temperaturen zwischen 17 und 19°C erwiesen. Der Folienschlauch 32, der in 3 Streifen 32a die Wand 21 berührt, enthält eine wärmespeichernde Latentspeichermasse, deren Kristallisationstemperatur vorteilhaft zwischen 27 und 33° liegt.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Gebäude, in welchem eine Vorrichtung nach der Erfindung, bestehend aus großflächigen Elementen 35, 35', die in 2 Stockwerken angeordnet und aus Platten nach Figur 2 aufgebaut sind, sowie aus dem großflächigen Element 36, das die Dachhaut bildet und aus Platten nach Figur 1 aufgebaut ist. über Rohre 37 sind die Rohrabschnitte 7 und 23 zugeordneter Platten miteinander verbunden. Die Rinne 26 ist über eine dünne Rohrleitung 38, in der eine Kondensatpumpe 39 angeordnet ist, mit dem Inneren der Platte 36 verbunden. Ein Kondensatsammler 33 ist über ein Ventil 34 mit dem Inneren der Tafel 35 verbunden. Wird ein Wärmeentzug aus dem Raum R gewünscht, so wird das gegebenenfalls thermostatisch

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gesteuerte Ventil 34 geöffnet. Die Raumwärme erwärmt die Platten der Elemente 35 und 35', die die Wärme an die Speichermasse 31 abgeben. Der Vorrat an Speichermasse wird so bemessen, daß erst die abzuführende Wärmemenge mehrerer Tage die gesamte Speichermasse schmelzt. Während der Nacht strahlt das zum Weltraum gerichtete, aus den Platten nach Figur 1 bestehende Element 36 der Dachhaut Energie ab, wodurch sich dieses Element stark abkühlt. Das Innere der Platten und der Rohre 37 und 38 ist mit dem Sattdampf einer Flüssigkeit, vorzugsweise einem azeotropen Gemisch mit Methanol gefüllt. In der Rinne 26 befindet sich überschüssiges Kondensat. Durch die Abkühlung in den Platten des Elementes 36 erfolgt Kondensation; die hierdurch bedingte Sattdampfdruck-Absenkung führt zur Verdampfung in den hohlen Platten der Elemente 35 und 35¹, wodurch die Wände 22 der Platten abgekühlt werden. Hierdurch wird der Speichermasse 31 die gespeicherte Kristallisationswärme entzogen. Das im Element 36 gebildete Kondensat läuft durch die Ventile 34 hindurch in die Elemente 35 und 35' zurück, so daß der thermodynamische Kreis geschlossen ist. Das System wirkt als Wärmegleichrichter mit wählbarer Durchtrittsrichtung, indem die während des Tages durch die Speichermasse 31 gespeicherte Wärme nachts in den Weltenraum abgestrahlt wird, während die Wärme der Tageseinstrahlung durch die Isolation 3 und gegebenenfalls weitere Isolationen abgehalten wird, in die Innenräume einzutreten.

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Am Ende des Sommers werden die Ventile 34 geschlossen. Durch die Pumpe 39 oder abquetschbare Dochte wird das Kondensat aus den Rinnen 26 der Platten der Elemente und 35' in die Platten des Elementes 36 gefördert. Durch die Sonnenwärme verdampft dieses Kondensat und strömt durch die Rohre 37 und die Rohrabschnitte 23 in die Elemente 35 und 35·. Dort erfolgt Kondensation unter Wärmefreisetzung. Durch die Sonnenwärme wird dadurch die Speichermasse 32 aufgeladen und gleichmäßig über die Wand 20 in den Raum gestrahlt. Das sich bildende Kondensat wird durch die Pumpe 39 bzw. durch Dochte wieder nach oben gefördert, so daß der Kreislauf geschlossen ist.

Wenn das Ventil 34 geschlossen ist und die Pumpe 39 nicht eingeschaltet ist, bleibt das System wirkungslos. Es gelangt weder Wärme in den Raum, noch wird dem Raum Wärme entzogen.

Figur 4 zeigt schematisiert einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Dachhaut wird durch eine Blechtafel 40 aus Stahl oder vorzugsweise Aluminiumblech gebildet. Mit dieser Blechtafel sind in regelmäßigem Abstand voneinander parallel zum Dachgefälle mit Sattdampf gefüllte verlaufende Rohre 41 gut wärmeleitend verbunden. Die Blechtafel-Oberseite ist mit einer Auflage 42 eines thermoplastischen Kunststoffes versehen. Darüber befindet sich eine Kunststofflage 43, die senkrecht zu den Rohren 41 verlaufende Kanäle 44 aufweist. Die Stege 45 sind mit der Schicht 42 dampfdicht und unlösbar verbunden.

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An den axialen Enden sind die Kanäle 44 geschlossen. Das Innere der Kanäle 44 ist mit einer saugfähigen

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Schicht /Ausgekleidet und mit Sattdampf und einer geringen Menge Kondensates eines Wärmeträgermediums gefüllt. Die Rohre 41 sind aus Blech gefaltet und längs der Naht 46 verschweißt. Der Nahtbereich bildet einen Hinterschnitt in der eigentlichen Betonplatte Zwischen der Blechplatte 40 und der Betonplatte 47 befindet sich eine Isolierplatte 48. Die zum Raum hin gewandte Fläche ist in wesentlichen Teilen in gleicher Weise aufgebaut.Das Dampfrohr 41·, dessen Inneres über das Rohr 41a mit dem Dampfrohr 41 kommuniziert, ist mit der Blechtafel 40' gut wärmeleitend verbunden. Die Blechtafel ist mit einer Kunststoffauflage 42' versehen. Mit diesem ist wiederum ein Kunststoffbelag 43' unlösbar verbunden, dessen Kanäle 44' in gleicher Weise aufgebaut sind, wie bereits beschrieben und die ebenfalls innen eine saugfähige Schicht 52' aufweisen. Mit dem Kunststoffbelag 43' ist eine profilierte Folie 49 längs der Streifen 50 unlösbar verbunden. In den entstehenden trapezförmigen Kanälen ist Latentspeichermasse 51 mit einer Kristallisationstemperatur von vorzugsweise 17 bis 19° eingebracht. Die Rohre 41, 41' und das Verbindungsrohr 41a sind zu. einer Vielzahl nicht dargestellter Rohre gleichen Aufbaus parallel geschaltet.

Figur 5 dient zur Erläuterung der Vorrichtung gemäß Figur 4 und zeigt in Schnitt und Draufsicht ein Dachelement gemäß Figur 4. Die Dampfrohre 41 sind über Bögen 41a mit den Dampfrohren 41' verbunden. Während der Tagesstunden wird die Speichermasse 51 (Wärmesenke) durch die Raumtemperatur geladen und entzieht damit dem abgedeckten Raum Wärme. Während der Nachtstunden ^jtrfLhlt^ die Kunststoffschicht 43

INSPECTED

(Wärmequelle), die gleichzeitig die Dachhaut bildet, aufgrund ihrer physikalischen Schwärze im 9 Λΐ-Bereich Energie ab, wodurch in den Kanälen 44 Wärmeträger kondensiert. Das Kondensat in den Kanälen 44' verdampft, sobald ein Wärmegefälle zwischen dem Rohr 41' und der Speichermasse 51 entsteht und kondensiert wieder unmittelbar unterhalb der Rohre 41¹. Die Rückführung des Kondensates erfolgt über die saugfähige Schicht 52^f. Im Dampfrohr 41', 41a, 41 erfolgt im Teil 41' Verdampfung (Wärmesenke) und im Bereich 41 Kondensation (Wärmequelle). Das Kondensat läuft in das Rohr 41* zurück. Die Menge der Speichermasse 51 wird so groß gewählt, daß eine für mehrere Tage ausreichende Wärmemenge gespeichert werden kann, damit auch bei ungünstigen meteorologischen Bedingungen, z.B. bei völlig bedecktem Himmel, der Kühleffekt nicht unterbrochen wird.

Figur 6 zeigt eine andere Ausbildungsform nach der Erfindung, bei der U-förmig gebogene, mit Sattdampf gefüllte Rohre 61 für die Wärmeleitung eingesetzt sind, wobei eine Betonplatte von mehreren Rohrabschnitten durchzogen ist, die durch die waagrechten Rohrabschnitte 62 miteinander verbunden sind. Mit den horizontal verlaufenden Rohrabschnitten 63 und 63' sind vorzugsweise wärmestromverteilende Blechtafeln 65, 65' gut wärmeleitend verbunden. Das Innere der Rohre„ist wiederum evakuiert und mit Sattdampf und Kondensat einer Wärmeträgersubstanz gefüllt. Auch diese Anordnung führt zu einem Wärmeleiteffekt von

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unten (Wärmesenke) nach oben (Wärmequelle) und damit in der Regel von innen nach außen, während die Wärme durch das Rohrsystem in umgekehrter Richtung nicht geleitet wird. Die Rohre können gleichzeitig die Punktion von Verbindungeelementen der Betonplatte 64 und der Betonplatte 64* an Stelle von Armiereisen übernehmen.

Figur 7 zeigt schematisch eine ähnliche Vorrichtung nach der Erfindung wie Figur 6, jedoch mit vertikalen Wänden, bei der jedoch die Verbindungsabschnitte 70 des U-förmig gebogenen Rohres nicht senkrecht, sondern in einem spitzen Winkel 75 zu den Wandflächen verlaufen. Der Wärmestrom fließt in Richtung des Pfeiles 76 zum jeweils höher gelegenen Rohrabschnitt 63. Durch die schräg verlaufenden Rohrabschnitte fließt das Kondensat zur Wärmesenke 65' zurück.

Die Verteilung des Wärmestromes auf den Oberflächen kann entweder durch Blechtafeln 65, 65* wie auch bei der Ausfuhrungsform nach Figur 1 oder durch Elemente 43, wie in Figur 4, gezeigt, erfolgen.

Figur 8 zeigt schematisch eine Platte mit Wänden 81, 82, die über ein Rohr 89 mit einem Kondensatbehälter 90 in Verbindung steht. Die Temperatur des Kondensatbehälters wird durch ein Peltierelement geregelt, dessen eine Elektroden-Vielzahl 91 mit dem Kondensatbehälter in gut wärmeleitendem Kontakt steht, während die andere Elektrodenvielzahl 92 mit Kühlrippen 93 in gut wärmeleitendem Kontakt stehen. Durch einen Umpolschalter 94 ist die Stromrichtung

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wählbar. Wenn die Elektroden 91 als Wärmesenke geschaltet sind, kondensiert der in der Tafel 81, 82 befindliche Wärmeträger, bis der gesamte Wärmeträger als Kondensat 95 im Kondensatgefäß 90 verflüssigt ist. Damit ist die Wärmeleitfähigkeit der Platte 81, 82 stark herabgesetzt. Durch Umschaltung des Polumschalters 94 kann eine beliebige Teilmenge oder auch das gesamte Kondensat wieder in den Kreislauf zurtickverdampft werden, so daß jeder Zwischenwert an Wärmeleitfähigkeit bis zur maximalen Wärmeleitung erzielbar ist. Die anhand von Figur 8 erläuterte Regelung der Wärmeleitfähigkeit von mit Sattdampf gefüllten Hohlräumen ist auf alle Vorrichtungen der Erfindung anwendbar.

Figur 9 zeigt ein verändertes Kondensatgefäß, bei dem die Kondensatmengen und damit die Wärmeleitfähigkeit der Platte 81, 82 dadurch geregelt werden kann, daß zwischen 2 Punkten 100 und 101 des Kondensatgefäßes ein Wärmestrom erzeugt wird. Das Kondensat wird in einer Vielzahl von Einzelbefäßen 102 aufgefangen. Ein Peltierelement 103 kühlt ein Ende des Kondensatgefäßes, während das andere Ende durch eine elektrische Heizung 104 beheizt werden kann. Je stärker diese Einrichtung heizt, desto mehr Kondensatgefäße 102 werden völlig entleert. Diese Anordnung eignet sich bevorzugt für Analogreglerthermostate, durch die beispielsweise die Umlufttemperatur erfaßt wird. Die Einrichtungen gemäß Figur 8 und 9 lassen sich auch zur Regelung des Wärmestromes zwischen Speichermassen und Raumdecke oder Raumwand einsetzen.

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Figur 10 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung, bei der vier Kreisläufe unabhängig voneinander schaltbar sind, um die nach außen weisende Wand 111, die nach innen weisende Wand 112 und ein Gefäß mit Niedertemperaturspeichermasse 114 wahlweise miteinander in gut wärmeleitende Verbindung zu bringen. Die Dachhaut 111 besteht aus wärmeleitendem Material, vorteilhaft aus einem Aufbau wie in Figur 4 gezeigt, wobei die mit Sattdampf gefüllten Kanäle 115 den Transport der Wärmeströme zu den Rohren 123 hin Übernehmen. In gleicher Weise ist die Wand 112 aufgebaut. Zwischen diesen Wänden befindet sich Isolationsmateriai 116, welches einerseits die Wände 111 und 112 voneinander und andererseits zu den Speichermassenbehälter und 114 hin isoliert. Die Wärmeleitrohre verlaufen mäanderförmige in zwei Ebenen. Das Rohr 117 ist an einem Ende mit dem Kondensatgefäß 118, welches dem Gefäß 90 bzw. 101 nach den Figuren 8 und 9 entspricht, verbunden und am anderen Ende (nicht zu sehen) geschlossen. Im Inneren des Rohres 117 befindet sich ein Docht. Der Bereich 120 (mit gestrichelten Linien angedeutet) ist mit der Unterseite des Speichermassenbehälters 113 verbunden. Wenn durch Erhitzen des Kondensatgefäßes 118 das Dampfrohr mit Sattdampf gefüllt· wird, entsteht innerhalb des Dochtes, der auch die Form einer saugfähigen Wandauskleidung haben kann. Kondensat. Dieses verdampft im Bereich 121, der mit der Dachhaut 111 gut wärmeleitend verbunden ist. Durch das Kondensieren des Wärmeträgers im Abschnitt 120 wird die Speichennasse mit einer Kristallisationstemperatur von z.B. 36° aufgeladen.

Wird Wärme im Haus gewünscht, so wird das Rohr 123 aus

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dem Köndensatgefäß 124 mit Sattdampf gefüllt. Das Rohr verbindet die Oberseite des Speichergefäßes 113 mit der inneren Wand 112, wo die Wärme durch sattdämpfgefüllte Kanäle 125 gleichmäßig verteilt wird.

Im Sommer wird am Tage der Niedertemperatur-Speichermasse im Behälter 114, die eine Kristallisationstemperatur von vorzugsweise 17° hat, längs des Rohrabschnittes 127 Wärme zugeführt, die der dem Innenraum zugewandten Platte 112 entzogen wird. Dies setzt voraus, daß das Kondensatgefäß 128 erwärmt wurde. Nachts wird das Kondensatgefäß 129 erwärmt, so daß das Rohr 130, welches mit der Oberseite des Speichermassenbehälters 114 und der Dachhaut 111 in Kontakt steht, mit Sattdampf und Kondensat gefüllt wird, wodurch die am Tage gespeicherte Wärme im Speichermassenbehälter 114 der Dachhaut 111 zugeführt und von dieser abgestrahlt wird. Die Rohrsysteme 127 und 130 benötigen keine innere Auskleidung, da das Kondensat durch das natürliche Gefälle jeweils zur Wärmequelle zurückströmt.

Mittels dieser Vorrichtung kann die Heizung und Kühlung eines Gebäudes durch Ausnutzung von Sonnenenergie und Strahlungssenke erfolgen. Die Regelung kann über ein-/ausschaltende Thermostate mit einer Vorrichtung ähnlich Figur 8 oder über modulierende Thermostate gemäß Figur 9 vollautomatisch gesteuert werden.

Erfindungsgemäß kann an die Stelle des Dochtes oder

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der saugfähigen Rohrauskleidung auch eine Pumpe gemäß 39 in Figur 3 und anstelle der Kondensation in Behältern 118, 124, 128, 129 ein Ventil gemäß 34 in Figur 3 treten und auch umgekehrt. Auch können von außen betätigbare oder durch Bi-Metalle gesteuerte Ventile zur Unterbrechung des Dampfstromes im Dampfrohr eingesetzt werden.

Figur 11 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil In einem mit Sattdampf gefüllten Rohr 140, welches durch einen Bi-Metallstreifen 141 betätigt wird. Bei einer Wärmegleichrichteranordnung soll nur während der heißen Jahreszeit Wärme, z.B. aus den Räumen eines Gebäudes an die Dachhaut geleitet werden. Damit dieser Effekt im Winter unterbrochen wird, ist das Bi-Metall 141 so eingestellt, daß bei einer Temperatur, die unterhalb der gewünschten Raumtemperatur liegt, die Ventilklappe 142 geschlossen wird. Damit jedoch die Schließung nicht bei einer kurzzeitigen Unterschreitung auch erfolgt, sieht die Erfindung vor, den als Mäanderband geformten Bi-Metallstreifen in einem Doppelwandrohr anzuordnen, welches aus den Wandungen 143 und 144 besteht und im verbleibenden Hohlraum mit einer Speichermasse 145 gefüllt ist, deren Kristallisationstemperatur in der Nähe der gewünschten Temperatur des Gebäudeinneren liegt. Die Menge an Speichermasse ist so bemessen, daß Unterkühlungsperioden von weniger als 12 Stunden keine Schließung des Ventils 142 bewirken, so daß erst beim Kälterwerden im Herbst eine Unterbrechung des sonst automatischen Kreislaufes erfolgt. Die Leitung 146 dient der Rückführung des Kondensates und ist so eng bemessen, daß kein Dampfstrom von schädlichem Wärmegehalt am Ventil vorbeiströmt.

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Claims

Patentansprüche

1.)Vorrichtung zur Aufnahme von Sonnenenergie und/oder zur Abstrahlung von Wärme in den freien Raum, von der ein großflächiges Element (36) diesem freien Raum zugewandt ist und ein zweites großflächiges Element (35, 35') mit einem zu beheizenden und/oder zu kühlenden Mittel im Wärmetausch steht, so daß ein Element als wärmeaufnehmende Senke und das andere Element als wärmeabgebende Quelle wirkt,dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeleitung zwischen den beiden großflächigen Elementen mehrere parallel geschaltete Rohre (7, 23; 41, 41a, 41·; 61)vorgesehen sind, die mit einem Wärmeträger gefüllt sind, welcher sowohl in gasförmiger als auch in flüssiger Form vorliegt·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (41; 63) jedes Rohres, das mit der Wärmequelle (43;65) in gut wärmeleitendem Kontakt steht, oberhalb des Bereiches (41';63·) angeordnet ist, in dem das entsprehcende Rohr mit der Wärmesenke (43·; 65') in gut wärmeleitendem Kontakt steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich jedes Rohres, der mit der Wärmequelle in gut wärmeleitendem Kontakt steht, unterhalb .des Bereiches angeordnet ist, in dem das entsprechende Rohr mit der Wärmesenke in gut wärmeleitendem Kontakt steht und daß zur Rückführung des Kondensates von der Wärmequelle zur Wärmesenke eine Fördereinrichtung (39) vorgesehen ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Rohr eine verstellbare Drosseleinrichtung (34) vorgesehen ist, die den Wärmeträgerdurchsatz regelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung durch einen temperaturgesteuerten Aktuator betätigt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturgesteuerte Aktuator von einem Gehäuse umgeben ist, welches eine hohe Wärmekapazität; hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Wärmeträger-Durchsatzes jedes Rohr mit einem Behälter (90) kommuniziert, dessen Temperatur mit einer Kühleinrichtung (93) abgesenkt werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Behälters, mit dem jedes Rohr kommuniziert, mit einer Heizeinrichtung (104), über die die an der Wärmequelle herrschende Temperatur angehoben wird, versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das dem freien Raum zugewandte Element als Hohlkörper (4, 5; 20, 21) ausgebildet ist, dessen Inneres mit den Wärmeleitrohren (7; 23) kommuniziert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das dem freien Raum zugewandte Element eine Dachplatte bildet.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Element als Blechhohlkörper ausgebildet ist und daß die Abstützung der Wände (4, 6) dieses Elementes durch Warzen (6, 6¹) erfolgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch lmit einem zur Heizung und/ oder Kühlung des Innenraumes dienenden Element, welches als Platte (20, 21) ausgebildet ist, mit der sowohl der Kühlung (31) als auch der Beheizung (32) dienende Speicherkörper in gut leitender Verbindung stehen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei wenigstens ein Element (43, 43') aus einer Platte besteht, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Vielzahl senkrecht zu den Rohren (41, 41') verlaufender Kanäle (52) aufweist, die ihrerseits als mit Sattdampf gefüllte Wärmerohre ausgebildet sind und mit den Rohren nicht kommunizieren (Figur 4).

14. Vorrichtung zur Heizung und/oder Kühlung, dadurch ge~ kennzeichnet, daß das dem freien Raum zugewandte, ein Dach bildendes Element über ein erstes Rohr (117) oder eine erste Gruppe von Rohren mit einem ersten Wärmespeicher (113) kommuniziert und über ein zweites Rohr (130) oder eine zweite Gruppe von Rohren mit einem zweiten Wärmespeicher (114) kommuniziert, während das dem Raum zugewandte großflächige Element (125) und ein drittes Rohr (123) oder eine dritte Gruppe von Rohren mit dem Wärmespeicher (113) und über ein viertes Rohr (127) oder eine vierte Gruppe von Rohren mit dem Speicher (114) kommunizieren.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Rohre, in denen der Wärmestrom entgegen der Schwerkraft geleitet wird, als Wärmegleichrichter ausgebildet sind.

16. Als Hohlkörper ausgebildete, dem Außen- und Innenraum zugewandte Platte (4, 5; 20, 21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung des Kondensates vom Boden (5) der hohlen Platte zur Decke (4) der hohlen Platte ein saugfähiges Vlies (9) eingelegt ist, welches wellenförmig verläuft und eine Amplitude hat, die dem inneren Abstand der nach unten weisenden Fläche der Wand (4) von der nach oben weisenden Fläche der Wand (5) entspricht, so daß Kondensat, das sich an der unten liegenden Wand sammelt, an die oben liegende Wärmesenke durch Kapillaraktivität gefördert wird.

17. Speicherstoff für Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherstoff zum größtenTeil aus Dinatriumphosphatdodekahydrat besteht.

18. Speicherstoff für Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherstoff zum größten Teil aus Natriumsulfatdekahydrat besteht.

19. Speicherstoff für Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherstoff Lithiumnitrattrihydrat enthält.

20. Speicherstoff für Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch

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gekennzeichnet, daß der wesentliche Teil des Speicherstoffes aus 69 Gewichtsteilen Natriumsulfatdekahydrat und 31 Gewichtsteilen Kaliumchlorid besteht.

21. Speicherstoff für Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der wesentliche Teil des Speicherstoffes aus 75 Gewichtsteilen Natriumsulfatdekahydrat und 25 Gewichtsteilen Ammoniumchlorid besteht^

22. Wärmeträger für Vorric htung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgersubstanz in den Rohren im wesentlichen aus einem Fluorchlorkohlenwasserstoff besteht.

23. Wärmeträger für Vorrichtung nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgersubstanz in den Rohren im wesentlichen aus einem Kettenkohlenwasserstoff besteht,

24. Wärmeträger für Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgersubstanζ in den Rohren im wesentlichen aus einem Keton besteht.

25. Wärmeträger für Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgersubstanζ in den Rohren im wesentlichen aus einem azeotropen Gemisch aus Wasser und in Wasser löslichen Kohlenwasserstoffen besteht.

26· Wärmeträger für Vorrichtung nach Anspruch 1. _t dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgersubstanz in den Rohren im wesentlichen aus Trifluortrichloräthan besteht.

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27. Wärmeträger für Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgersubstanζ in den Rohren im wesentlichen aus Tetrafluordichloräthan besteht.

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