DE2330723C3

DE2330723C3 - Vorrichtung zur Aufnahme und/oder Abgabe von Wärme für Gebäude

Info

Publication number: DE2330723C3
Application number: DE2330723A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus 7141 Aldingen Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-06-16
Filing date: 1973-06-16
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE2330723B2; DE2330723A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme und/oder Abgabe von Wärme für Gebäude, bei der sich zwischen einer wärmeabsorbierenden oder einer wärmeemittiere'.!len Schicht und dem zu kühlenden oder zu erwärmenden Raum ein mit einem gasförmigen Wärmeträger, der auch zu einem geringen Anteil in flüssiger Phase vorliegt, gefüüter 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, eint-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 /wischen der wärmeaufnehmenden bzw. der wärmeabgebenden Oberfläche und zwei Speichermassen 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 Raum zur Außenluft, wirkt also kühlend, indem sie die Nietfertemperatur-Speicherkörper nachts auflädt und lediglich 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 Verdarnpfungs-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, d&ß die Speicheroberflächen und die Sammelrinnen mit einem gemeinsamen Sammelkanal kommunizieren, in dem ein Verdrängerkörper eingebaut ist, der durch Zusammenziehen ein größeres Volumen des Sammelkanals freigibt, in das die Flüssigkeit einströmen kann.

Bei Kondensatförderung 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 d?nn im Inneren der Platte herrschende Dampfdruck ist so gering, daß keine nennenswerte Konvektion im Platteninneren stattfinden kann. Datur geeignete Wärmeträgersubstanzen sind beispielsweise:

1,2,4,5-Tetraäthylbenzol, Schmelzpunkt + I3°C 1,2 J-Tribrompropan, Schmelzpunkt +16"C Bromophorm, Schmelzpunkt +9.2⁰C I-Bromnaphthalin, Schmelzpunkt +6,2°C

Soll die Wärmegleichrichtcrplatte 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 Milch I imtrömen 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 anschließend nach Verschließen des dazugehörigen Ventils durch Erhöhung des Flüssigkeitsspiegeis mit Hilfe des Verdrängerkörpars auf die Speicherelemente «römen, 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-Flüssigkeil 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,

Fig.2 in einem Diagramm die Absorp'.onskurve einer superschwarzen Beschichtung,

F i g. 3 in perspektivischer Ansicht und im Schnitt 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. I 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 Siliziumdiov.idschicht, 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 Speichermasse 40 der Heizung des innenraumes dienen. Die für die Heizung vorgesehene Speichermasse 40 hat Rinnen 41, in die ein saugfähiges Vlies 42 eintaucht, welches an der Innenseite der Abdeckplatte 4 abgewinkelt ist. Wenn die Abdeckplatte 4, doren nach außen weisende Oberfläche 43 sowohl im sichtbaren als auch im langwelligvn 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 Umwandlungstemperatur 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 Wärmetransport 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 cSiströmt, der den Rinnen 41 zugeordnet ist. Es kann auch durch eine Rohrleitung 45 der dampfförmige Wärmeträger in einen Kondensator geleitet und dort niedergeschlagen werden, ind»;m dieser Kondensator durch Peltierelemente abgekühlt wird. Im Inneren der gasdicht hergestellten Platte befindet sich wiederum ein Stützgerüst 11, zwischen 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 Abtropfnasen angebracht, die zum Rücktropfen von Kondensat dann führen, wenn Wärme aus den Speicher.nassen 10 an die Abdeckplatte 4 abgeführt werden soll. In diesem Falle entnimmt die Speichermasse 10 der Raumluft über die Konvektionsströme gemäß 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 Ί?γ kontinuierliche

2« Kondensations-Verdampfungs-Kreisiauf statt. Der Speichermasse 40 wird dabei fühlbar Wärme entzogen, wogegen die Speichermasse 10 ihre latente Wärme abgibt.

Es ist vorgesehen, nur so viel Wärmeträger zur 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.

jo Eine andere Variante sieht vor, daß je nach Betriebsart für Heizen oder Kühlen zwei Wärmeträger unterschiedlicher Siedetemperatur verwendet werden. In diesem Fall ist für jedes Medium ein Kondensator vorhanden. Beim Heizen verbleibt das leichtersiedende

i' Medium im zugeordneten Kondensationsgefäß, beim Kühlen das höhersiedende.

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

ι» Γ i g. 4 zeigt eine Dachplatte 50 mit einer Rektifizierkolonne, die außerhalb der Dachplatte 50 angeordnet ist.

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

'5 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.

V) Soll die Dachplatte 50 zur Isolierung eingesetzt werden, werden die Peltierelemente 58 so geschaltet, daß der Sumpf 54 gekühlt wird. Hierdurch wandert das gesamte Wärmeträgergemisch 59 in der, Sumpf 54. Das Umschaltventil 52 wird dabei in die Stellung 61

>'< gebracht. Soll die niedersiedende Komponente in das Platteninnere zuruckgeleitet werden, so wird 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 Genisches 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 verschwenkt. Die Rektifizierkolonne 55 wird durch die Peltierelemenle 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. I und 2 aufgebracht sind. Auf der dem Hohlraum zugewandten Fläche jeder dieser Wandungen befindet sich vorzugsweise eine dünne Aluminiumschicht.

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 lolgende:

Mo-AI₂Oi-Mo-AIjOi

MO-AI₂Oi-Mo-AI₂Oi-Mo-AI₂Oi

MO-AI₂Oi-Mo-AI₂Oi-Mo-AI₂Oi-Mo-Al₂Oi

Mo-CeO₂-Mo-MgF₂

Au-SIiN₄-Si-SiO₂

Mo-Ta₂O₅

Beispiele für superweiße Beschichtungen sind:

ZnO — dispergiert in einem Organopolysiloxan TiO₂ — dispergiert in einem Organopolysiloxan Spiegelnde Schicht belegt mit einem Polytetrafluoräthylenfilm

Zi — dispergiert in K₂SiOi.

Li₂O-AI₂Oj-SiO₂-dispergiert in K₂Si₄O₉

Beispiele für Wärmeträgei m den Hohlplatten sind:

CH₁OH

H₂O

C₂H,OH

haiogenierte Kohlenwasserstoffe

Beispiele für Speichcrmassen sind:

MgCI₂ 6 H₂O
AI(NH.XSO₄)₂ · 12H₂O
NaC₂HjO₂ 3 H₂O
NaC₂HiO₂ · 5H₂O

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

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 ^! ■ eingetaucht werden oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger die wärmeleitende Verbindung zwischen der wärmeaufnehmendee bzw. der wärmeabgebenden Oberfläche (5, 43) und zwei Speieherrnassen (10, 40, F i g. 4 und -■' 5) mit unterschiedlichen Phasenumwandlungspunkten bewirkt.