DE2309307C3 - Solares Heizsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein solares Heizsystem in einem mit auf Dachlatten verlegten für Sonnenstrahlen undurchlässigen Ziegeln eingedeckten Dach, bei dem zwischen den Dachlatten unter den Ziegeln Wärmedämmplatten eingelegt sind, denen gegenüber die einander überlappenden Ziegel einen freien Zwischenraum bilden.

Es ist allgemein bekannt, in einem Daichaufbau eine Wärmedämmung vorzusehen, wobei übeT die Dachlatten Folienbahnen und auf die Folienbahnen zwischen den Dachlatten Wärmedämmplatten verlegt werden (DE-OS 17 59 073). Anstelle der Folienbahnen sind auch Mulden aus tiefgezogenen Folien mit abgewinkelten Randstreifen bekannt, die über die Dachlatten greifen. In diese Mulden werden die Wärmedämmplatten eingelegt (DE-OS 19 04 484).

Während der Jahreszeiten ist das Dach zumindest zeitweise der direkten Sonnenbestrahlung ausgesetzt, so daß sich in dem freien Zwischenraum zwischen den über den Wärmedämmplatten verlegten Ziegeln und den Wärmedämmplatten ein Wärmestau ergibt und sich Temperaturen bis zu 80⁰C und darüber einstellen können. Das bedeutet, daß in dem Zwischenraum eine gewisse Wärmemenge zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in dem Zwischenraum zwischen den Ziegeln und der Wärmedämmung zur Verfugung stehende Wärmeenergie für ein Heizsystem nutzbar zu machen, mit welchem ein Medium, z. B. Wasser, erwärmt wird und somit die vom Ziegeldach aufgenommene Sonnenenergie für eine Verwendung im Haus zur Verfügung steht,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Zwischenraum ein durch mittelbare Sonneneinstrahlung beheizbares Heizrohrsystem für hindurchzuführendes Wasser eingelegt ist, und daß das Heizrohrsystem mit einem Sammelbehälte, für das erwärmte Wasser in Verbindung steht.

Ein nach den Merkmalen der Erfindung aufgebautes Dach bietet den Vorteil, daß das durch den Zwischenraum zwischen der Wärmedämmung und der Dachabdeckung geführte Heizrohrsystem als Wärmeaustauscher wirkt und die Möglichkeit bietet, mit Hilfe des durch das Heizrohrsystem fließenden Wassers die Wärmeenergie in einen Speicher in Form eines Sammelbehälters für das erwärmte Wasser zu transportieren.

Es sind in diesem Zusammenhang zwei Grundsysteme von Interesse, wobei einerseits das solare Heizsystem als Durchlauferhitzer und andererseits als Umlauferhitzer Verwendung finden kann. Beim Durchlauferhitzer wird das Wasser bei einmaligem Durchgang durch das solare Heizsystem auf seine Gebrauchstemperatur gebracht, während es beim Umlauferhitzer vor der Verwendung mehrfach durch das Heizrohrsystem umgewälzt wird. Dabei lassen sich Wasserzufuhr und Wasserentnahme durch den Sammelbehälter voneinander trennen.

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Wasser durch das H iizrohrsystem und den Sammelbehälter mit einer PuT.pe umwälzbar ist. Dabei können die Rohre von Dachlatte zu Dachlatte mäanderartig hin- und hergeführt sein. Ferner ist vorgesehen, daß im Übergang von einer Dachlatte zu der in der Fallrichtung darüber liegenden Dachlatte das Rohr in einer Nut in der Ziegelunterfläche geführt ist.

Welches der beiden Grunds./steme, nämlich der Durchlauferhitzer oder der Umiauferhitzer für die Zwecke der Erfindung zu wählen ist, hängt von den Voraussetzungen ab, unter denen es verwendet werden soll. Sein Zweck kann beispielsweise sein, das Wasser eines Schwimmbeckens zu erwärmen. Man wird sich für diesen Zweck mit einer Temperatur von etwa 25° begnügen können. Hierfür kann das Durchlaufsystem anwendbar sein. Aber es setzt doch immerhin nicht unbeträchtliche Heizflächengrößen voraus, um auf das Wasser bei seinem einmaligen Durchgang die erforderliehe Wärmemenge zu übertragen. Schon diese Überlegung zeigt, daß das Umlaufsystem, abgesehen vielleicht von Sonderfällen, das günstigere System sein wird. Bleiben wir bei dem Beispiel des Schwimmbekkens. Das Wasser im Schwimmbecken hat in etwa die Temperatur der Umgebung, ist also »vorgewärmt«, wenn man seine Temperatur mit der Temperatur des Leitungswassers vergleicht. Entnimmt man das Wasser dem Schwimmbecken, führt man es durch ein Heizungssystem und hieiaJi zum Schwimmbecken zurück und so fort, so tritt eine stetige Erwärmung ein, die eine wesentlich geringere Heizfläche benötigt als das Durchlaufsystem.

Im Haus wird aber auch für andere Zwecke warmes Gebrauchswasser benötigt, etwa für das Bad oder für die Küche. Auch hier ist das Umlaufsystem die günstigere Möglichkeit, wenn an die Stelle des Schwimmbeckens ein Speicher tritt, dessen Inhalt durch die Sonnenwärme nach und nach aufgeheizt wird. Das

Umlaufsystem ist deshalb besonders günstig, weil man mit ihm Speicherwasser höherer Temperatur erhalten möchte als es für das Schwimmbecken benötigt wird. Diese hohe Temperatur im Durchlaufsystem zu erzielen, wird wegen der beschränkten Heizfläche kaum möglich sein.

Als Voraussetzung für den Einbau, närnlich den Einbau in die von den sich überlappenden Ziegeln freigelassenen Zwischenräume kommt praktisch nur ein Rohrsystem in Frage. Auch hierfür gibt es wieder zwei Grundsysteme, nämlich parallelgeschaltete Rohre, die beidendig an sogenannte Register angeschlossen sind, oder mäanderartig geführte Rohre, die von einer Dachlatte auf die nächste Dachlatte übergeführt werden. Das Register ergibt einen großen Strömungsquerschnitt, jedoch ist die Wärmeaufnahme des einzelnen Rohres beschränkt, da die Durchlaufzeit des Wassers auf die Rohrlänge beschränkt ist. Das mäanderartig geführte Rohr hat zwar nur einen einfachen Strömungsquerschnitt, läßt also in der Zeiteinheit nur eine geringere Wassermenge durchströjnen, jedoch ist die Verweilzeit des Wassers dann gleich der Durchlaufzeit durch das gesamte Rohrsystem. Die aufnehmbare Wärmemenge ist größer. Wo mit genügend hohen Temperaturen gerechnet werden kann und die schnelle Bereitstellung einer gewissen Wassermenge von einer bestimmten Temperatur gefordert wird, wird das Erwärmungssystem mit Registern anzuwenden sein. Im allgemeinen wird jedoch das mäanderartig geführte Rohr als Durchlaufsystem vorzuziehen sein.

Eine weitere Frage ist die nach dem Werkstoff der Heizflächen. Optimal ist das Metallrohr (Kupferrohr, Aluminiumrohr), insbesondere in der Ausbildung als sogenanntes Flossenrohr, da der Wärmeübergang von einem gutleitenden Metall auf Wasser besonders groß ist. Aber nicht nur der Preis, sondern auch die Schwierigkeit der Verlegung werden im allgemeinen der Verwendungsmöglichkeit von Metallrohren entgegenstehen. Man wird daher Rohre aus einem hinreichend gut wärmeleitenden Kunststoff vorziehen, wie sie die Kunststofftechnik bereithält.

Die Wärmeübertragung von der Wand auf das im Rohr strömende Wasser ist eine Funktion des Verhältnisses von Oberfläche zu Querschnitt. Aus dieser Überlegung kann es zweckmäßig sein, keine Rohre mit rundem Querschnitt, sondern solche mit abgeflachtem Querschnitt zu verwenden, um die Wärmeübertragungsfläche gegenüber dem Querschnitt zu vergrößern. Allerdings ist zu beachten, daß die Wärme nicht nur durch die Eigenstrahlung von den für Sonnenstrahlen undurchlässigen Ziegeln übertragen wird, sondern auch durch Konvektion durch die den Zwischenraum ausfüllende Luft. Der zweckmäßigste Rohrquenchnitt ist daher von Fall zu Fall zu ermitteln.

Die Einschaltung von Dehnungsmuffen in das Rohrsystem wird im allgemeinen nicht nötig sein. Das Rohr liegt frei im Zwischenraum und kann sich infolgedessen bei Erwärmung etwas wölben, so daß keine Längsbeanspruchungen auftreten, die durch eine Dehnungsmuffe kompensiert werden müßten. Das schließt verständlicherweise im Einzelfall die Verwendung von Dehnungsmuffen nicht aus.

Bei der mäanderartigen Rohrführung muß das Rohr jeweils von einer Ziegellage (Dachlatte) zur darüberliegenden Ziegellage geführt werden. Zu beachten ist, daß das Dach von unten nach oben gedeckt wird. Hierfür ist die Ausführung der Ziegel hilfreich. Denn diese haben auf ihrer Unterseite längsverlaufende Nuten, in denen das Rohr von einer zur anderen Ziegellage hochgeführt werden kann. Die Verlegung ist im übrigen insofern einfach, als man das Rohr vor der Verlegung der Dämmplatten und Ziegel mäanderartig auf die Dachlatten auflegen kann, so daß Jas Rohr über die Dämmmittelplatten gelegt werden kann, ehe die Ziegel aufgelegt werden. Zu achten ist in jedem Fall au/ knickfreie Verlegung der Rohre.

Wenn das Heizsystem nicht als Schwerkraftsystem aufgebaut ist, wird eine Pumpe benötigt Hierfür läßt sich wieder eine generelle Regel aufstellen, ob man die Pumpe in Firsthöhe oder in Bodennähe einbauen soll. Soll das System zur Erwärmung des Wassers in einem Schwimmbecken dienen, das gleichzeitig den Speicher des Systems bildet, so kann man im Sinne der üblichen Ausführung solcher Systeme die Pumpe in Bodennähe aufstellen, um eine nur geringe Saughöhe zu haben.

Das System wird also in Richtung von der Traufe zum Dach durchströmt. Hierbei steht es unter Pumpendruck. Wird di.s System zum Aufladen eines Speichers füY Gebrauchswasser benutzt, so wini ^nan den Speicher in Firstnähe einbauen, um eine genüger, je Fallhöhe zum Entleeren zu erhalten. Die Pumpe muß dann als Druckpumpe arbeiten, um den Umlauf zum hochgestellten Speicher durchzuführen, aber das Rohrsystem steht danr. nur noch unter dem Ablaufdruck.

Die Erfindung ist anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch ein wärmegedämmtes Dach mit eingelegten Heizrohren,

Fig.2 ein Beispiel für eine Einrichtung mit einem Sammelbehälter in Bodennähe,

F i g. 2A einen Schnitt durch einen Ziegel nach der Linie A-A der F i g. 2,

Fig.3 ein Beispiel für eine Einrichtung mit einem hochliegenden Speicher.

An Hand der F i g. 1 sei zunächst der für die Erfindung bevorzugte Grundaufbau des Daches erläutert. Der Dachstuhl ist in üblicher Weise aus Dacnsparic-n 1 und Dachlatten 2 errichtet. Er wird mit für Sonnenstrahlen undurchlässigen Ziegeln 3 eingedeckt. Jedoch soll das Dach voraussetzungsgemäß wärmegedämmt sein. Hierfür dienen Wärmedämmelemente in Form von aus Folie gezogenen Mulden 4, die sich mit Abwinkelungen auf die Dachlatten 2 auflegen und sich hier überlappen. In die Mulden 4 sind Wärmedämmplatten 5 aus einem hartgeschäumten Kunststoff eingelegt, über welche die Ziegel 3 gelegt werden. Die Ziegel stützen sich mit ihren Nasen 6 über die Wände der Mulden 4 gegen die Dachlatten 2 ab, überlappen sich jeweils in der Zone 7 und schaffen auf diese Weise freie Zwischenräume 8. Dieser Aufbau ist in der einschlägigen Technik unter der Bezeichnung »Wärmedach« bekanntgeworden.

?/iessungen an einem Dach dieser Art haben, wie bereits ausgeführt wurde, ergeben, daß sich bei Sonneneinstrahlung in den Zwischenräumen 8 hohe Temperaturen einstellen. Es steht also dann in den Zwischenräumen 8 eine gewisse Wärmemenge zur Verfugung, die gemäß der Erfindung für Zwecke des Hauses nutzbar gemacht werden soll. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein in die Zwischenraum me 8 verlegtes Heizrohrsystem 9 gelöst, das sowohl die Strahlungswärme der Ziegel 3 wie auch die im Zwischenraum 8 herrschende Wärme durch Konvektion ausnützt. Es sei das zunächst an Hand der Fig. 2 erläutert, welche die bereits dargestellte Ausbildung des Heizsystems in Form einer mäanderartig verlegten Rohrschlange zeigt. Sie besteht jeweils aus den

hinläufigen Rohren 10 und den rückläufigen Rohren 10', die nacheinander vom Wasser durchströmt werden, so diQ die Wassertemperatur vom Eintritt Il bis zum Austritt 12 ansteigt. Die Ausführungsmöglichkeit mit Registern, bei denen die Rohre 10, 10' von einem Register ausgehen, in einem zweiten Register enden und parallel durchströmt werden, wurde nicht dargestellt.

Im Beispiel ist angenommen, daß das Heizsystem dazu dienen soll, das Wasser eines Sammelbehälters 13, der ein Schwimmbecken sein kann zu erwärmen. Es wird diesem Becken durch eine von einem Motor 14 angetriebene Pumpe 15 entnommen, vom Eintritt 11 aus durch das Rohr 10 hindurchgedrückt und vom Austritt 12 wieder in das Schwimmbecken zurückgelcilet.

Die Rohre 10, 10' sind jeweils durch ein querverlaufendes Rohrstück 16, 16', 16" verbunden. Seine Verlegung ist einfach, wie der Schnitt durch den Ziegel 3 gemäß F i g. 2A zeigt. In die Unterfläche eines normalen Ziegels sind Längsnuten 17 eingeformt. Es ist also ohne zusätzliche Maßnahmen möglich, die Rohrstücke 16, 16', 16" jeweils in einer Nut 17 von einer Reihe in eine darübcrliegende Reihe zu überführen.

Fig. 3 zeigt den Aufbau eines Heizrohrsystems mil einem Speicher 18 für Gebrauchswasser. Dieser Speicher wird in Firstnähe eingebaut, um eine genügende Fallhöhe für die Entleerung zu schaffen Pumpe 15 und Motor 14 können auch hier in Bodennähe aufgestellt sein. Die Pumpe 15 fördert das Wasser ir diesem Beispiel nicht durch das Rohrsystem hindurch sondern in den Speicher 18, aus dem es infolge dei Schwerkraft, d. h. ohne Pumpendruck, die Rohre 10, 10

ίο durchströmt. Es gelangt zum Einlaß der Pumpe 15 zurück und führt einen Kreislauf aus. Zur Entnahme vor Wasser aus dem Speicher 18 dient eine Zapfleitung 15 mit einem Ventil 20. Es wäre verständlicherweise aucr möglich, den Kreislauf in der Weise durchzuführen. daC

ι -> die Pumpe 15 das Wasser durch die Rohre 10, 10' in der Speicher 18 drückt, aus dem es zum PumpcncinlaC drucklos zurückfließt. Die Anordnung ist jeweils Sache des Heizungsfachmannes, der sie nach den Gegebenheiten zu wählen hat. Er muß auch entscheiden, ob das

>i> Zusatzwasser zum Ersatz des Gebrauchswassers in den Speicher 18 oder in die Pumpe 15 einzuführen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 Patentansprüche:

1. Solares Heizsystem in einem mit auf Dachlatten verlegten für Sonnenstrahlen undurchlässigen Ziegeln eingedeckten Dach, bei dem zwischen den Dachlatten unter den Ziegeln Wärmedämmplatten eingelegt sind, denen gegenüber die einander überlappenden Ziegel einen freien Zwischenraum bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum (8) ein durch mittelbare Sonneneinstrahlung beheizbares Heizrohrsystem (9) für hindurchzuführendes Wasser eingelegt ist und daß das Heizrohrsystem (9) mit einem Sammelbehälter (13) für das erwärmte Wasser in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohrsystem (9) aus biegsamen Rohren aus Metall oder Kunststoff besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, Haß die Rohre (10,10') von Dachlatte (2) zu Dachlatte {2) mäanderartig hin- und hergeführt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergang von einer Dachlatte (2) zu der in der Fallrichtung darüberliegenden Dachlatte (2) ein die Rohre (10, 10') verbindendes Rohrstück (16) in einer Nut (17) in der Ziegelunterfläche geführt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch das Heizrohrsystem (9) und den Sammelbehälter (13) mit einer Pumpe (15) umwälzbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sarr.-.ielbehälHer (13) ein Schwimmbecken ist.

7. Einrichtung nach Anspru ίι 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (13) ein Speicher (18) ist.