DE2330723B2 - Vorrichtung zur Aufnahme und/oder Abgabe von Wärme für Gebäude - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme und/oder Abgabe von Wärme für Gebäude, bei der sich zwischen einer wärmeabsorbierenden oder einer wärmeemittierenden Schicht und dem zu kühlenden oder zu erwärmenden Raum ein mit einem gasförmigen Wärmeträger, der .vieh zu einem geringen Anteil in flüssiger Phase vorliegt, gefüllter Hohlraum befindet, und bei der die Kondensatrückführung durch Kapillarkörper oder dergleichen, die in die flüssige Phase des Wärmeträgers eintauchen, bewirkt wird, wobei die Kondensatrückführung dadurch erfolgt, daß die Kapillarkörper wahlweise in die Flüssigkeit eingetaucht werden oder nicht.

Es ist eine Vorrichtung zur Aufnahme und/oder Abgabe von Wärme dieser Art bekannt (DE-OS 19 43 122), bei der sich zwischen einer zu kühlenden und einer zu erwärmenden Zone ein mit einem gasförmigen Wärmeträger, der auch zu einem geringen Anteil in flüssiger Phase vorliegt, gefüllter Hohlraum befindet, und bei der die Kondensatrückführung durch Kapillarkörper oder dergleichen, die in die flüssige Phase des Wärmeträgers eintauchen, bewirkt wird und bei der Mittel vorgesehen sind, mit denen der Flüssigkeitsspiegel des Wärmeträgers so veränderbar ist, daß die Kapillarkörper wahlweise in die Flüssigkeit eintauchen und damit eine Wärmeleitung bewirken oder nicht eintauchen und damit die Wärmeleitung unterbinden. Es ist weiter aus dieser DE-OS 19 43 122 die Erwärmung oder Kühlung eines Raumes mittels nach dem Prinzip von Wärmerohren arbeitenden Wärmetauschern bekannt, die die Wärme von einem Wärmespeicher zu einem Konvektor leiten.

Mit dieser bekannten Anordnung ist eine wahlweise Kühlung oder Heizung eines Raumes auf einfache Weise nicht möglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die auf einfache Weise alternativ eine Kühlung oder eine Erwärmung eines Gebäudes ermöglicht.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß der Wärmeträger die wärmeleitende Verbindung zwischen der wärmeaufrichmenden bzw. der wärmeabgebenden

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to Oberfläche und zwei Speichermessen mit unterschiedlichen Phasenumwandlungspunkten bewirkt

Hierdurch wird erreicht, daß eine besondere wärmeleitende Verbindung mit Speichermassen für eine Dachkonstruktion von Gebäuden erzielt wird. Die Dachkonstruktion hat bei nicht eingetauchten Kapillaren einen Wärmegleichrichtereffekt vom Flaum zur Außenluft, wirkt also kühlend, indem sie die Niedertemperatur-Speicherkörper nachts auflädt und fediglich durch das Eintauchen der Kapillaren de facto eine Umkehrung der Wärmegleichrichtung dadurch bewirkt, daß dann der von außen kommende, viel stärkere Wärmestrom die für Heiztemperaturen ausgelegten Speicher auflädt und somit eine Raumheizung bewirkt

Entsprechend den unterschiedlichen Betriebstemperaturen kommen zur Beherrschung der Druckverhältnisse im Inneren der Vorrichtung unterschiedliche Wärmeträger für den Kondensations-Verdampfungs-Kreislauf zur Anwendung.

Die Unterbrechung des Verdampfungs-Kondensations-Kreislaufes kann wie folgt vorgenommen: werden:

1. Absenken des Flüssigkeitsspiegels an der Oberfläche der Speicherelemente und in den Kondensat-Sammelrinnen zwischen den einzelnen Speicherelementen, beispielsweise dadurch, daß die Speicheroberflächen und die Sammelrinnen mit einem gemeinsamen Sacvnelkanal kommunizieren, in dem ein Verdrängerkörper eingebaut ist, der durch Zusammenziehen ein größeres Volumen des Sammelkanals freigibt, in das die Flüssigkeit einströmen kann.

Bei Kondensatförderurig durch elektrische Effekte bzw. durch elektrisch angetriebene Pumpen erfolgt die Unterbrechung des Kreislaufes einfach durch Abschalten der elektrischen Versorgungsspannungen.

Soll die Wärmegleichrichterplatte nach Beendigung des Heizbetriebes als reine Isolierplatte verwendet werden, so bietet sich die Verwendung spezieller Wärmeträgersubstanzen an, deren Schmelzpunkt beispielsweise im Temperaturbereich zwischen +6° und + 20°C liegt. Sinkt die Temperatur der oberen Abdeckplatte der Dachkonstruktion der Gleichrichterplatte unter die angegebenen Schmelztemperaturen, kristallisiert an der Innenseite der oberen Abdeckplatte die feste Phase des Wärmeträgermediums aus, wodurch zwangsläufig der Kondensations-Verdampfungs-Kreislauf zum Stillstand kommt. Dieser kristalline Belag des Wärmeträgers stellt zusätzlich einen guten Isolator aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit dar. Der dann im Inneren der Platte herrschende Dampfdruck ist so gering, daß keine nennenswerte Konvektion im Platteninneren stattfinden kann. Dafür geeignete Wärmeträgersubstanzen sind beispielsweise:

1,2,4,5-Tetraäthylbenzol, Schmelzpunkt + 13° C
1,2,3-Tribrompropan, Schmelzpunkt + 16° C
Bromophorm, Schmelzpunkt +9,2°C
1-Bromnaphthalin, Schmelzpunkt +6,2° C

Soll die Wärmegleichrichterplatte jedoch nach Beendigung des Heizbetriebes für den Kühlbetrieb eingesetzt werden, muß die für den Heizbetrieb verwendete Wärmeträgerflüssigkeit in einen entsprechenden Vorratstank befördert werden. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß nach Einströmen der flüssigen Phase des Wärmeträgers in den .Sammelkanal ein entsprechendes Ventil geöffnet wird, und durch das Verschieben des Verdrängerkörpers die Wärmeträger-

flüssigkeit in einen außerhalb der Dachplatte angeordneten Vorratstank geleitet wird. Der für den Kühlkreislauf zu verwendende, niedriger siedende Wärmeträger kann dann mit Hilfe des Verdrängerkörpers aus einem zweiten Vorratstank angesaugt werden und anschlie-Bend nach Verschließen des dazugehörigen Ventils durch Erhöhung des Flüssigkeitsspiegels mit Hilfe des Verdrängerkörpers auf die Speicherelemente strömen, von denen aus, bei Vorliegen der entsprechenden Betriebsbedingungen, der Verdampfungs-Kondensations-Kreislauf einsetzt und somit die Wärme aus den Speicherelementen an die Innenseite der oberen Abdeckplatte transportiert wird.

Beim Austausch der niedriger siedenden Wärmeträger-Flüssigkeit gegen die höher siedende wird analog verfahren.

An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einem Diagramm die Absorptionskurve einer superweißen Beschichtung,

F i g. 2 in einem Diagramm die Absorptionskurve einer superschwarzen Beschichtung,

F i g. 3 in perspektivischer Ansicht und im Schmu eine Ausführungsform, die zum Heizen oder zum Kühlen geeignet ist,

Fig.4 eine Ausführungsform in perspektivischer Ansicht und im Schnitt, bei der die Wärmeleitung einstellbar variabel ist, und

F i g. 5a bis 5d Einzelheiten der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung.

F i g. 1 zeigt das spektrale Profil einer Schicht, die aus einer im langwelligen Bereich opaken, das Sonnenlicht aber durchlassenden Schicht, z. B. Spezialgas oder Folie aus Fluorpolyäthylen und einer darunter angeordneten Metallschicht, die die Sonnenstrahlung weitgehend reflektiert, besteht

F i g. 2 zeigt das spektrale Profil einer Schicht, die aus einer Magnesiumfluoridschicht, einer sehr dünnen Siliziumdioxidschicht, einer Siliziumschicht, einer Siliziumnitridschicht und einer Goldschicht besteht.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher zwei Arten von Speicherkörpern nebeneinander Verwendung finden. Die Speichermasse 10 dient der Kühlung, wogegen Speicherkörper mit einer Speichernlasse 40 der Heizung des Innenraumes dienen. Die für die Heizung vorgesehene Speichermasse 40 hat Rinnen 41, in die ein saugtähiges Vlies 42 eintaucht, welches an der Innenseite der Abdeckplatte 4 abgewinkelt ist. Wenn die Abdeckplatte 4, deren nach außen weisende Oberfläche 43 sowohl im sichtbaren als auch im langwelligen Bereich absorbiert, am Tage erhitzt wird, gelangt Dampf zu der Oberfläche 44 der Speichermassen 10 und 40, kondensiert dort und gibt an die Speichermassen 10 und 40 Wärme ab. Nur die Speicherkörper der Speichermasse 40 können jedoch latente Wärme aufnehmen, da sie eine entsprechend hohe IJmwandlungstemperatur aufweisen. Die Speichermasse 10 nimmt die Wärme in fühlbarer Form auf. Solange die Temperatur der Abdeckplatte 4 höher ist als die der Speichermasse 40, findet dieser Wärnu'iranspori statt.

Sobald die Oberfläche 43 jedoch Wärme abstrahlt, wird der Wärmetransport unterbrochen, indem ein Verdrängerkörper so weit verkleinert wird, daß die gesamte, in den Rinnen 41 enthaltene Kondensatmenge in den Sammelkanal c'nströmt, der den Rinnen 41 zugeordnet ist. Rs kann auch durch eine Rohrleitung 45 der dampfförmige Wärmeträger in einer, Kondensator geleitet und dort niedergeschlagen werden, indem dieser Kondensator durch Peltierelemente abgekühlt wird. Im Inneren der gasdicht hergestellten Platte befindet sich wiederum ein Stützgerüst 11, zwischen s dem spiegelnde Metallfolien 46 und 46' angeordnet sind. Jedem Hohlkörper des Stützgerüstes ist ein Durchbruch 47 in den Metallfolien 46 und 46' zugeordnet, durch welchen Dampf und Flüssigkeit auf- und absteigen können. An der Innenseite der Abdeckplatte 4 sind

tu Abtropfnasen angebracht, die zum Rücktropfen von Kondensat dann führen, wenn Wärme aus den Speichermassen 10 an die Abdeckplatte 4 abgeführt werden soll. In diesem Falle entnimmt die Speichermasse 10 der Raumluft über die Konvektionsströme gemäß

is· den Pfeilen 12, 13 und 13' die Wärme und wird aufgeladen. Wenn während der Nacht die dem Weltraum zugewandte Oberfläche 43 so stark abkühlt, daß ihre Temperatur unter die Temperatur der Speichermasse 10 absinkt, findet der kontinuierliche Kondensatioru-Verdampfungs-Kreislauf statt. Der Speichermasse 40 wird dabei fühlbar Vuyme entzogen, wogegen die Speichermasse 10 ihre latente Wärme abgibt

Es ist vorgesehen, nur so viel Wärmeträger ?ur Befüllung der Platte zu verwenden, daß bei Heizbetrieb, d. h. wenn Wärme von der Oberfläche 43 in den unter der Abdeckplatte befindlichen Raum eingebracht werden soll, der Druck nicht wesentlich über den Außendruck ansteigt.

Eine andere Variante sieht vor, daß je nach Betriebsart für Heizen oder Kühlen zwei Wärmeträger 'interschiedlicher Siedetemperatur verwendet werden. In diesem Fall ist für jedes Medium ein Kondensator vorhanden. Beim Heizen verbleibt das ieichtersiedende Medium im zugeordneten Kondensationsgefäß, beim Kühlen das höhersiedende.

Es ist auch möglich, diese Wärmeträger durch Trennvorrichtungen, z. B. durch Rektifizierkolonnen wieder voneinander zu trennen, wenn sie vermischt siiid.

F i g. 4 zeigt eine Dachplatte 50 mit einer Rektifizicrkolonne, die außerhalb der Dachplatte 50 angeordnet ist.

In den F i g. 5a bis 5d sind Einzelheiten der Rektifizierkolonne dargestellt. Diese steht über ein

Ί5 Anschlußrohr 51 mit dem Inneren der Dachplatte 50 in Verbindung. Ein Umschaltventil 52 verbindet über ein Rohr 53 den Sumpf 54 der Rektifizierkolonne 55 mit dem Anschlußrohr 51. Ein Flossenrohr 57 verbindet den Kopf 56 der Kolonne mit dem Anschlußrohr 51.

jo Soll die Dachplatte 50 zur Isolierung eingesetzt werden, werden die P-iltierelemente 58 so geschaltet, daß der Sumpf 54 gekühlt wird. Hierdurch wandert das gesamte Wärmeträgergemiich 59 in den Sumpf 54. Das Umschal;/cntil 52 wird dabei in die Stellung 61

">5 gebracht. Soll die niedersiedende Komponente in das Platteninnere zurückreitet werden, so wi:d das Umschaltventil in die Stellung 60 verschwenkt, und unter Umpolung der Peltierelemente 58 wird dem Sumpf 54 der Rektifizierkolonne 55 Wärme zugeleitet.

"" Über den Kopf 56 der Kolonne und die Rohre 57 und 51 tritt der niedersiedende Anteil des Gemisches in das Innere der Dachplatte 50 ein. Soll dagegen der höhersiedende Anteil in die Dachplatte 50 eingeleitet werden, so wird zunächst das Umschaltventil in die

'·' Stellung 62 verschweigt. Die Rektifizierkolonne 55 wird durch die Peltierelemente 58 beheizt. Der leichtersiedende Anteil wird in dem Flossenrohr 57 durch Wärmeabgabe kondensiert und gesammelt

Durch Schwenkung des Umschaltventils 52 in Stellung 61 kann der höhersiedende Anteil in die Dachplatte 50 zurückgeführt werden. In Stellung 62 sind die betriebsmäßig gefüllte Dachplatte und die Rektifizierkolonne 55 voneinander getrennt.

Die nach außen weisenden großflächigen Wandungen der Dachplatte 50 bestehen vorzugsweise aus Metallblech, auf dessen Außenseite die superschwarzen oder superweißen Beschichtungen nach Fig. 1 und 2 anfgebracht sind. Auf der dem Hohlraum zugewandten Fläche jeder dieser Wandungen befindet sich vorzugsweise eine dünne Alurniniumschicht.

Die superweißen bzw. superschwarzen Beschichtungen können im Vakuum aufgedampft oder aus Lösungen niedergeschlagen und danach eingebrannt werden. Beispiele für Beschichtungen, die für das Sonnenlicht schwarz sind, während sie im infraroten Bereich reflektieren sind folgende:

Mo-AI₂O₁-Mo-Al₂O₃

MO-AI₂Oi-Mo-AI₂O₃-Mo-AI₂O₃

MO-AI₂O₃-Mo-AI₂O₃-Mo-AI₂O₃-Mo-AI₂O₃

Mo-CeO₂-Mo-MgF₂

Au-Si₃N₄-Si-SiO₂

Mo-Ta₂O₅

Beispiele für superweiße Beschichtungen sind:

ZnO — dispergiert in einem Organopolysiloxan TiO₂ - dispergiert in einem Organopolysiloxan Spiegelnde Schicht belegt mit einem Polytetra-

fluoräthylenfilm

Zi — dispergiert in K₂SiO₃,

Li₂O-AI₂O₃-SiO₂-dispergiert in

Beispiele für Wärmeträger in den Hohlplatten sind:

CH₁OH

H₂O

C₂H₅OH

halogenierte Kohlenwasserstoffe

Beispiele für .^peicnermassen sind:

MgCI₂ · 6 H₂O
AI(NH₄XSO₄), · 12H₂O
NaC₂H₃O₂ · 3 H₂O
NaC₂HjO₂ ■ 5 H₂O

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Aufnahme und/oder Abgabe von Wärme für Gebäude, bei der sich zwischen einer wärmeabsorbierenden oder einer wärmeimmitierenden Schicht und dem zu kühlenden oder zu erwärmenden Raum ein mit einem gasförmigen Wärmeträger, der auch zu einem geringen Anteil in flüssiger Phase vorliegt, gefüllter Hohlraum befindet, ' und bei der die Kondensatrückführung durch Kapillarkörper oder dergleichen, die in die flüssige Phase des Wärmeträgers eintauchen, bewirkt wird, wobei die Kondensatrückführung dadurch erfolgt, daß die Kapillarkörper wahlweise in die Flüssigkeit <^s eingetaucht werden oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger die wärmeleitende Verbindung zwischen der wärmeaufnehmenden bzw. der wärmeabgebenden Oberfläche (5, 43) und zwei Speichermassen (10, 40, F i g. 4 und ^2ü 5) mit unterschiedlichen Phasenumwandlungspunkten bewirkt