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AUTONOME SONNENENERGIEHEIZUNG IM BAUKASTENSYSTEM MIT SPEICHESPOOL,
GdOSSFICHE3-RAUMHEI ZUN UND MOIxTAGEWE;RKZEUG Die Erfindung betrifft eine autonome,
d.h. von herkömmlichen Brennstoffen und konventionellen Heizungssystemen unabhängige
Sonnenenergieheizung für die ganzährige Beheizung (bzw. auch Kühlung im Sommer)
von Wohn- und Fabrikgebäuden, Schwimmbädern, landwirtschaftlichen Bauten, Lagerhallen,
usw. unter klimatisch ungünstigen Bedingungen, wie sie in Teilen Mitteleuropas anzutreffen
sind. Die Erfindung besteht aus drei Hauptfunktionselementen, die ein in sich geschlossenes,
einheitliches System darstellen, das eine wirtschaftlich optimale Ausnutzung der
Sonnenenergie unter Verwendung weitgehend derselben neuartigen Bauteile für Jedes
Hauptfunktionselement gestattet. Auch Teilausführungen des Systems sind möglich.
Die gewünschte Autonomie der Sonnenenergieheizung wird dann J Jedoch meist nur unter
entsprechend günstigeren klimatischen Voraussetzungen zu erreichen sein, als die,
von denen die Erfindung ausgeht. Die Montage der Baukastenteile ist in serienmäßiger
industrieller Vorfertigung möglich. Um die Montage der Hauptbauteile dieses Systems
rationell durchführen zu können, bedarf es eines neuartigen Spezialwerkzeugs, das
ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist.
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Patente für Sonnenenergie- "Sammler" zur Verwendung auf Dächern und
sonstige Vorrichtungen zur Erzeugung von heißem Brauchwasser oder Heißluft durch
Sonnenwärme gibt es bereits in vielerlei Ausführungen.
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Im Prinzip handelt es sich immer darum, daß Wasser oder Luft, die
sich in flach ausgebildeten Hohlräumen befinden, durch Sonneneinstrahlung erwärmt
werden, und dann durch Schwerkraft oder ein Pumpensystem entweder direkt oder über
einen Wärmetauscher oder Wärmespeicher einer Verwendung als Brauchwasser (bzw. Heißluft)
zugeführt werden.
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Die bestehenden Vorrichtungen zur Erzeugung von heißem Brauchwasser
durch Sonnenstrahlung sind - soweit sie sich überhaupt zur Verwendung auf Dächern
eignen - zu kompliziert und nicht (oder nur schwerlich) an die zur Verfügung stehende
Dachfläche anzupassen.
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Sie sind außerdem meist zu arbeitsaufwendig in ihrer Herstellung und/oder
Montage. Als autonomes Heizungssystem für den Winter in nördlicheren
Breiten
sind sie ungeeignet, und würden z.B. durch einen stärkeren Schneefall lahmgelegt.
Es muß daher immer ein herkömmliches Heizungssystem vorhanden sein, das dann eingesetzt
werden kann, wenn der Bedarf an Wärme im Winter am größten ist. Das belastet die
entabilität der Sonnenenergieheizung ganz erheblich. Bei den bestehenden Systemen
sind auch keine Ansätze erkennbar, die einzelnen Funktionselemente, die in Zusammenwirkung
mit den Sonnenenergiekollektoren erforderlich sind, wie die Speicheranlage oder
die Raumheizung, zu einem einheitlichen Gesamtsystem unter Verwendung weitgehend
derselben Bauelemente zusammenzufassen.
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Die Erfindung ist dazu bestimmt, diese und andere Unzulänglichkeiten
der bestehenden Sonnenenergieheizungen auszuschalten, und die Sonnenenergieheizung
insbesondere so auszugestalten, daß sie auch im Winter unter allen zu erwartenden
Witterungsbedingungen als autonomes, von herkömmlichen Brennstoffen und konventionellen
Heizungsgeräten unabhängiges Heizungssystem funktionsbereit bleibt. Sie besteht
aus drei Haupt funkti ons elementen: I. Sonnenenergiedach (oder Sonnenenergiewand)
mit Wärmetauscherrechteckrohr.
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II. Speicherpool.
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III. Großflächen-Rausheizung.
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1. Das Sonnenenergiedach Das Sonnenenergiedach (bzw. die Sonnenenergiewand)
besteht aus einer Reihe neuer Werkstücke in Verbindung und Zusammenwirkung mit einer
Anzahl bekannter oder abgewandelter Konstruktionselemente.
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Der Erfindung liegt hier die Aufgabe zugrunde, mit der Montage einer
stabilen, dauerhaften Dachhaut (bzw. Mauerverkleidung) zugleich ein System zur Nutzung
der Sonnenwärmestrahlung und der in der Umwelt (Luft) gespeicherten Sonnenwärme
für die Erzeugung von heißem oder warmem Brauchwasser (bzw. Heißluft) zu verbinden,
wobei durch eine witterungsunabhängige industrielle Vorfertigung von Busegmenten
eine Schnellmontage am Bauobjekt und damit eine erhebliche Kostensenkung ermöglicht
werden soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst: (a) Durch ein besonders
ausgebildetes, an seiner Oberfläche geschwärztes
Wärmekollektorprofil
aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff (z.B.
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Strang-PreS-Profil aus Aluminium), das aus einem Rohr mit beidseitigen
Wärmekollektor-"Flügeln" besteht, wobei die Enden dieser "Flügel" derart nach oben
gekantet oder gebogen sind, daß sie in Verbindung mit einem darüber gestülpten Profil
(von dessen "U"-Grundbalken ein vertikaler Steg mit einem oder mehreren Querstegen
ausgehen kann, wenn das Profil gleichzeitig für die Halterung der Glasabdeckung
bestimmt ist), eine wasserdichte Dachaußenhaut ergeben. Dabei können Dichtungsstreifen
aus Kunststoff zur Abdichtung verwendet werden. Die Wärmekollektor-"Flügel" können,
je nach beabsichtigtem Verwendungszweck, in "Hoch-", Mitte oder "Tiefdecker"-Bauweise
angeordnet werden. Bei "Tiefdecker"-Ausbildung erhält das Profil eine ebene Unterseite
und damit eine gute Auflage auf den (u.U. mit Dämmstreifen isolierten) Dachlatten
(E.Ausführungsbeispiel, Fig. 1, Profilquerschnitt).
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Eine Anordnung der "Flügel" in "Hochdecker-" oder "Hitteldecker"-Bauweise
ist auch möglich und weist für bestimmte Verwendungszwecke (worauf noch einzugehen
sein wird) auch einige Vorteile auf (s. Ausführungsbeispiel, Fig. 2, Profilquerschnitt).
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Eine günstige Ausbildung des Wärmekollektorprofils ergibt sich durch
die Verbindung des Grundprofils mit dem umgestülpten Profil in einem Preß-, bzw.
Walzvorgang, dergestalt, daß über die Stegverbindungen der montierten Wärmekollektorprofile
besonders ausgebildete Glasträgerprofile (1) aus Kunststoff oder Gummi geklemmt
werden können.
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Das Glasträgerprofil ist als Profil mit einem vertikal von dem Grundbalken
des "U" ausgehenden Steg mit einem oder mehreren Querstegen ausgebildet, wobei das
Ende des "U" eine einwärts gerichtete Rippe aufweist, die das Glasträgerprofil an
den Stegverbindungen der Tarmekollektorprofile fest verklammert und gleichzeitig
eine zusätzliche Abdichtungsfunktion erfüllt. Die Schenkel des "Ut' sind zweckm§ßigerweise
leicht einwärts gerichtet, damit beim Aufsetzen des Glasträgerprofils auf die Stegverbindung
der Wärmekollektorprofile eine zusätzliche Klemwirkung erzielt wird (ß. Ausführungsbeispiel,
Fig. 3, Profilquerschnitt, Mitte). Soll eine breitere Glasauflage erzielt werden,
so kann das U-Profil an seinen Ecken "spitznasig" ausgebildet werden (s. Ausführungsbeispiel,
Fig. 3, Profilquerschnitt, rechts).
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Das ist dann sinnvoll, wenn die Glasabdeckung mit breiteren, stärkeren,
und somit auch schwereren Scheiben erfolgen soll.
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Das Wärmekollektorprofil kann auch mit einem Knips"-Verschluß ausgestattet
werden, dergestalt, daß die Innenseiten der U-Schenkel und die entsprechenden Außenseiten
des nicht U-förmig ausgebildeten anderen Endes des Wärmekollektorprofils flache
keilförmige Zacken aufweisen.
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In einer weiteren Ergänzung diese6 Systems können die Wärmekollektorprofile
mit zwei oder mehr Rohren ausgebildet werden, todurch eine noch schnellere Montage
und eine Materialersparnis ermöglicht werden (s. Ausführungsbeispiel, Fig. 4, Profilquerschnitt).
Die Wärmekollektorprofile mit mehreren Rohrausbildungen machen die Verwendung von
Wärmekollektorprofilen mit nur einer Rohrausbildung Jedoch nicht überflüssig, da
letztere für die Anpassung der Profil Dachhaut an die jeweils gegebene Dachbreite
erforderlich sind.
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Schließlich kann eine Abwandlung dieses Profils auch, anstatt in
einem Stück, aus zwei gegeneinander gelegten und fest verbundenen Profilblechen
hergestellt werden. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn sich der zur
Verwendung kommende Werkstoff aus technologischen Gründen nicht für das Strang-Preß-Verfahren
eignet.
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(b) Durch ein Verteilerrechteckrohr - eine Art Register -, das an
einer Seite eine Reihe von (Bohr-)Löchern, mitoder ohne Innengewinde, aufweist,
deren Durchmesser etwa dem Außen- oder Innendurchmesser der Rohrausbildungen der
Wärmekollektorprofile entspricht, und die konzentrisch mit den Rohrausbildungen
der montierten Wärmekollektorprofile angeordnet sind. Das Verteilerrechteckrohr
wird mit den mit Außen- oder Innengewinde versehenen Rohrausbildung der Wärmekollektorprofile
an deren unterem Ende (traufwärts) unter Verwendung von Rohrverschraubungsteilen,
z.B. Schraubringen, und Dichtungen zu einem großflächigen Dachsegment verschraubt,
kann aber bei industrieller Großserienfertigung auch rationell verschweißt werden
(s. Ausführungsbeispiel, Fig.6, Bezugszahl 2, Querschnitt). Um die Verbindung der
einzelnen Dachaegsente (bzw. Wandsegmente) miteinander zu er6glichen, sind die Verteilerrechteckrohre
an beiden Enden mit Flanschen ausgestattet. Das Verteilerrechteckrohr eines Dachsegments
kann aber auch an seinen beiden Enden geschlossen sein, wenn die Anlage nur nach
dem Schwerkraftprinzip arbeiten soll.
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.c) Durch ein Wärmetauscherrechteckrohr, das in ähnlicher Weise wie
das Verteilerrechteckrohr mit den Wärmekollektorprofilen an deren oberem Ende (firstwärts)
verschraubt wird und bei industrieller Großserienfertigung aucn rationell verschweißt
werden kann. Das Wärmetauscherrechteckrohr ist so ausgebildet, daß es ein von Abstandshaltern
in der gewünschten Anordnung zusammengehaltenes Rohrbündel auswechselbar aufnehnen
kann. Das Brauchwasser durchströmt das Rohrbündel und wird dabei von dem in dem
Wärmetauscherrechteckrohr zirkulierenden Heizwasser aufgeheizt. Die Austauschbarkeit
ist deshalb erforderlich, weil die Brauchwasserleitungen je nach örtlichen Verhältnissen
einer mehr oder minder starken Korrosion und Verkalkung ausgesetzt sind und daher
eine geringere Lebensdauer haben, als die übrige Dachkonstruktion. Die wasserdichte
Verbindung der Wärmetauscherrechteckrohre untereinander erfolgt durch Flansche.
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An jedem Dach- oder Wandende sind Flanschkappen mit Rohrstutzen auf
das Wärmetauscherrechteckrohr aufgesetzt und verschraubt. Der wasserdichte Verschluß
zwischen Brauch- und Heizwasser erfolgt an der Brauchwasserabflußseite durch eine
Flansch-Dichtungsplatte (3), in die das Rohrbündel einmündet. Die Flansch-Dichtungsplatte
wird im Flanschverschluß mitverschraubt. Die am gegenüberliegenden Ende des Wärmetauscherrechteckrohrs
befindliche Flanschkappe, in die die Brauchwasserzufuhrleitung mündet, besitzt erfindungsgemäß
einen besonders ausgeformten, doppelwandigen Dichtungskörper aus Gummi (4), der
im Flanschverschluß mitverschraubt wird. Dieser Dichtungskörper verjüngt sich zu
einem runden oder ovalen Schlauch, der mittels Klemmringen auf einer Rohrbündelreduzierungskammer
(5) festgeschraubt ist, die das Rohrbündel zu einem, in den Schlauch passenden runden
oder ovalen Rohr reduziert. Ein Ausreißen des Gummidichtungskörpers aus der Verschraubung
wird durch einen einvulkanisierten Formhalterahmen aus Metall verhindert. Zwischen
der Doppelwand des Dichtungskörpers befindet sich ein Nässekontakt, der über eine
nach außen führende Schwachstromleitung das eventuelle Entstehen eines Lecks in
dem Dichtungskörper signalisiert. Diese Ausführung der Dehnungsausgleichsvorrichtung
gewährleistet eine größere Betriebssicherheit als herkömmliche Dichtungsstopfbuchsen,
die in der Praxis doch niemals gewartet werden.
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Das Rohrbündel wird durch Abstandshalter zusammengehalten, die mit
Gleitkufen (6) ausgebildet sind. Diese erleichtern die Einführung des Rohrbündels
in das Wärmetauscherrechteckrohr und seine Eigenbewegungen als Folge der Wärmedehnung.
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Das Wärmetauscherrechteckrohr ist in jedem Dach- oder Wandsegment
durch ein oder mehrere Rücklaufrohre (7), in denen die abgekühlte Heizflüssigkeit
zur erneuten Erhitzung dachabwärts oder wandabwärts fließt, mit dem Verteilerrechteckrohr
verbunden. Strömungsbleche, die zwischen den Einmündungen der Rücklaufrohre und
den direkt gegenüberliegenden Einmündungen der Rohrausbildungen der Wärmekollektorprofile
angeordnet sind, verhindern einen Rücklauf des Heizwassers ohne ausreichende Wärmeabgabe
an das Rohrbündel. Die Strömungsbleche (8) sind in das Rohrbündel einmontiert und
werden mit diesem in das Wärmetauscherrechteckrohr eingeführt (s. Fig. 5, die einen
Längsschnitt durch ein Wärmetauscherrechteckrohr darstellt, und Fig. 6, die einen
Längsschnitt durch ein fertig montiertes Dachsegment darstellt).
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Das System besitzt natürlich ein Ausdehnungsgefäß, Ventile, Wärmefühler
und sonstige Aggregate, die, da herkömmlicher Bauweise, hier nicht erwähnt werden.
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(d) Durch eine Glasabdeckung, die in die Nuten der Glasträgerprofile
(1) eingeschoben wird und die Wärmeverluste der Kollektoranlage an die Umwelt wesentlich
vermindert. Die Verglasung kann einfach, besser jedoch doppelt, oder in Isolierglas,
ausgeführt werden, wobei jeweils ein anderes Glasträgerprofil Verwendung findet.
Die Glasscheiben können schmal sein, d.h. nur so breit wie ein Wärmekollektorprofil,
oder sie können mehrere Profilbreiten überspannen. Die Nuten der Glasträgerpro file
können eng ausgebildet werden, dergestalt, daß sich eine so gut wie wasserdichte
Einfassung der Scheiben ergibt, oder sie können mehr Spielraum lassen, in welchem
Fall ein in die Nuten eingestrichener dauerelastischer Kitt eine wasserdichte Verglasung
gewährleistet. Festanliegende H-Profile aus Gummi oder Kunststoff verbinden die
einzelnen Scheiben in der Vertikale miteinander.
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(e) Durch eine Durchlüftungsanlage mit Be- und Entlüftungsklappen
oder Schiebern, die so angeordnet sind, daß sie in Verbindung mit Luft kanälen eine
thermische Außenluftzirkulation zwischen Profil-Dachhaut (d.h. den montierten Wärmekollektorprofilen)
und Glasabdeckung ermöglichen. Die Wärmeaustauschwirkung der Luftzirkulation kann
dadurch verstärkt werden, daß der Luftstrom auch zwischen Profil-Dachhaut und der
darunter liegenden Dämmschicht durchgeleitet wird. In diesem Fall finden Wärmekollektorprofile
Verwendung, deren "Flügel" in "Hochdecker-" oder "Mitteldecker-" Bauweise angeordnet
sind.
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Die Durchlüftungseingänge und die dazugehörigen Klappen oder Schieber
zum Absperren der Luftströmung sind schneegeschützt unterhalb des Giebels oder am
First angeordnet. Die Durchlüftungsausgänge befinden sich, ebenfalls schneegeschützt,
unterhalb der Dachrinne oder an den Seitenwänden des Gebäudes. Die thermische Luftzirkulation
kann durch ein Gebläse verstärkt werden. Im Durchlüftungskanal (eingangsseitig)
befindet sich ein elektrischer Lufterwärmer.
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Die Durchlüftungsanlage wird von automatisch arbeitenden Reglern
gesteuert, die die Aufgabe haben, die Durchlüftungsanlage des Sonnenenergiedaches
immer dann in Betrieb zu setzen, wenn die Außenlufttemperatur über der Temperatur
der Luft liegt, die sich zwischen der Profil-Dachhaut und der Glasabdeckung befindet.
Dies ist erforderlich, weil das Sonnenenergiedach hilfsweise, bei nicht ausreichender
Sonneneinstrahlung in Winter, auch als Luftwärmekollektor für eine oder mehrere)
in das Sonnenenergieheizungssystem eingebaute Wärmepumpe(n) Verwendung finden soll,
und zwar in der Weise, daß dem von den Wärmekollektorprofilen erwärmten Heizwasser
im Bedarfsfall noch ein Teil seiner Restwärme entzogen werden kann, die für eine
direkte Speicherung oder Verwendung ii Haushalt nicht mehr nutzbar ist. Nachdem
dem Reizwasser also durch di. Wärmepumpe ein Teil seiner Restwärme entzogen worden
ist, kehrt das Heizwasser erheblich abgekühlt in die Wärmekollektorprofile zurück,
wodurch sich auch die Luft zwischen der Profil-Dachhaut und der Glasabd.ckung abkühlt,
Die automatischen Regler setzen nun die Durchlüftungsanlage in Betrieb, und es entsteht
eine thermische Luftzirkulation zwischen der Profil-Dachhaut und der Glasabdeckung,
die den Wärmekollektorprofilen wieder schnell wärmere Außenluft zuführt und das
Heizwasser somit für die nächst Umwälzung durch die W§r opunpe aufwärat. Das Sonnenenergiedach
kann also auch bei Tenperaturen unter 0° C, und sogar nachts, unter Verwendung von
billiges Nachtstrom für den Betrieb der Wärmepumpe, Warmwasser liefern, wenn das
Wärmekollektorsystem mit einer Flüßigkeit beschickt wird, die bei den zu erwartenden
Minustemperaturen nicht einfriert (z.B. eine Wasser-Glykol-Lasung). Sinkt bei diesem
Vorgang die Temperatur des Brauchwassers in dem Rohrbündel des Wärietauscherrechteckrohrs
in die Uhe von 0° C ab, so setzt ein Temperaturfühler ein Entleerungsventil in Betrieb,
wodurch das Brauchwasser ii Rohrbündel abgelassen wird.
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Das bei der Durchlüftung bei Temperaturen unter D° C auftretende
Problem
der Vereisung wird durch eine Auftauautomatik unter Verwendung des bereits erwähnten
Lufterwärmers gelöst, der von einem Schaltuhrwerk oder, besser, einem Vereisungsfühler
in den erforderlicnen Zeitabständen eingeschaltet wird.
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Mit Hilfe des Lufterwärmers kann auch bei einer Schneedecke auf dem
Dach die Haftschicht derselben von unten abgetaut, und der Schnee somit zum Abrutschen
gebracht werden.
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(f) Durch Verankerungsstreifen aus Blech, die auf der einen Seite
in einem Winkel von ca. 450 bis 900 gekantet sind und dort einen etwas über die
Kante hinausreichenden, an seinem Ende kreisförmig oder oval erweiterten Einschnitt
aufweisen (s. Ausführungsbeispiel, Fig.7).
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Mit Hilfe derartiger Blechstreifen können die vorgefertigten großflächigen
Segmente des Sonnenenergiedaches von der Dachbodenseite aus im Dachunterbau unter
Verwendung von selbstschneidenden Schrauben und nach Vorbohrung in dem Hohlraum
zwischen der Stegverbindung der montierten Wärmekollektorprofile verankert werden,
ohne daß in die Profil-Dachhaut selbst Löcher gebohrt werden müßten oder ein Besteigen
des verlegten aber noch nicht befestigten Dachsegments hierfür erforderlich wäre.
Nach Befestigung des Verankerungsstreifens mittels selbstschneidender Schraube wird
der Streifen geradegebogen, gegebenenfalls durch eine Viertelumdrehung parallel
zu den Dachlatten ausgerichtet, und mit Schraube oder Nagel im Dachunterbau befestigt.
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(g) Eine weitere Ausbaustufe der industriellen Vorfertigung besteht
erfindungsgemäß darin, die einzelnen Segmente des Sonnenenergiedaches als selbsttragende
Dachelemente auszubilden. Diese Dachelemente bestehen aus dicken doppelschichtigen
Dämmplatten, in die das fertig montierte Sonnenenergiedach-Segprent, einschließlich
RUcklaufrohr( e), eingebettet ist. Die doppelschichtige Dämmplatte erhält die nottendige
statische Ausbildung durch längs- und/oder querseitig in sie eingebettete Trägerrippen
aus Stahlblech oder Kunststoff. Die Trägerrippen weisen längsseitig und parallel
zueinander angeordnete Einschnitte (10) auf. Der Blech- bzw. Kunststoffstreifen
zwischen jeweils zwei Einschnitten ist quergebogen, dergestalt, daß Durchgänge in
den Trägerrippen entstehen. Sie können auch Einschnitte oder Schlitze aufweisen,
durch die kleinere Querrippen eingezogen sind, falls dies bei dem gegebenen Dachunterbau
statisch erforderlich
ist. Die untere Dämmschicht besteht aus einem
Hartschaum, der vor allem eine gute Versteifung der Trägerrippen gewährleistet.
Die obere Dämmschicht besteht dagegen aus einem elastischen Dämmmaterial, das sich
den Dehnungespannungen der Profil-Dachhaut gut und dauerhaft anpaßt, gut hitzebeständig
ist, und eine dauerhafte Verbindung (gegebenenfalls auch Verklebung) mit der Profil-Dachhaut
und der unteren Dämmschicht, die nicht besonders hitzebeständig zu sein braucht,
ergibt.
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Das Verteilerrechteckrohr, bzw. Wärmetauscherrechteckrohr, des Dachsegments
kann als tragendes Element ausgebildet und zu diesem Zweck hochkant angeordnet werden,
sovie zusätzlich mit einem oder mehreren Stegen versehen sein, die seine Trägerfunktion
verstärken und die Herstellung einer stabilen Verbindung (Verschraubung, usw.) mit
den Trägerrippen erleichtern (s. Ausführungsbeispiel, Fig. 8, Längsschnitt).
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(h) Durch Spezialwerkzeug, das die rationelle Montage (Verschraubung)
der einzelnen Segmente des Sonnenenergiedaches ermöglicht, dergestalt, daß die erforderlichen
Rohrverschraubungsteile (z.B. Sechskant-Schraubringe oder runde Schraubringe mit
einer seitlichen Mitnehmernut und Dichtungen) auf der Innenseite des Verteilerrechteckrohrs,
bzw. Wärmetauscherrechteckrohrs, mittels einer Montageschiene in der durch die Breite
der Wärmekollektorprofile bestimmten richtigen Position durch eine Feder festgeklemmt
werden. Um dies zu ermöglichen, sind auf oder in der Montageschiene entsprechende,
für die Aufnahme der Schraubringe (11) bestimmte (z.B. Sechskant-) Schraubkopfbuchsen
(12) auf Wellen (13) befestigt, die in der Wandung oder den Wandungen der Montageschiene
gelagert sind, gegebenenfalls unter Verwendung von Kugellagern (5. Seitenansicht
der Montageschiene, Fig. 9). Durch Kraftübertragung, z.B. mittels Zahnradgetriebe
(14), Preßluftspannvorrichtung, Zahnradkette oder Zahnradstange, Stahlseilen oder
Gestänge, können mehrere oder sogar alle Wellen eines Segments und damit die entsprechenden
Schraubkopfbuchsen gleichzeitig oder nacheinander von außerhalb des Verteilerrechteckrohrs,
bzw. Wärmetauscherrechteckrohrs, in Drehbewegung versetzt werden, wodurch die Verschraubung
zwischen Verteilerrechteckrohr, bzw. Wärmetauscherrechteckrohr und den Wärmekollektorprofilen
erfolgt (s. Ausführungsbeispiel der Montageschiene im Querschnitt, das diese im
Innenraum eines Verteilerrechteckrohrs zeigt, Fig. 10).
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Um die Verschraubung sicher zu ermöglichen sind weitere Ausbildungen
der Erfindung erforderlich. Es werden daher die Schraubkopfbuchsen in Verlängerung
der Wellen,oder als Teil derselben, mit Führungsstiften (15) versehen, die in die
Rohrausbildungen der Wärmekollektorprofile passen und eine genaue und sichere Führung
derselben ermöglichen. Die Führungsstifte weisen erfindungsgemäß innen eine Bohrung
auf, dergestalt, daß sie teilweise über die Welle gestülpt und auf ihr beweglich
angeordnet werden können. Durch Einsetzen einer Spiralfeder (16) in den so gebildeten
Hohlraum erhalten die Führungsstifte eine günstige, abgefederte Ausbildung. In Abwandlung
dieser Ausführung kann auch die Welle an ihrem Ende eine koaxiale Bohrung aufweisen,
dergestalt, daß der Führungsstift in ihr beweglich angeordnet werden kann. Auch
in diesem Fall erfolgt die Federwirkung mittels einer Spiralfeder, die in den so
geschaffenen Hohlraum eingesetzt ist.
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In einer weiteren Ausbildung der Montageschiene sind erfindungsgemäß
auf dem Boden der Schraubkopfbuchsen Spiralfedern (17) befestigt, die auf die Rohrverschraubungsteile
(z.B. Schraubringe) Druck ausüben, in der Weise, daß diese an die Bohrlöcher des
Verteilerrechteckrohrs, bzw. Wärmetauscherrechteckrohrs, gedrückt werden. Dadurch
wird erreicht, daß sich die an beiden Enden mit Außen-oder Innengewinde versehenen
Wärmekollektorprofile leicht und sicher verschrauben lassen.
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In einer anderen, bei manchen Rohrverschraubungsteilen günstigeren
Ausbildung der Montageschiene, sind die Spiralfedern zwischen den Schraubkopfbuchsen
und der Wandung der Montageschiene angebracht, wobei dann allerdings die Schraubkopfbucheen
beweglich auf der Welle angeordnet sein müssen. Die Schraubkopfbuchsen können in
dieser Ausführung zwecks besserer Haftung von Verschraubungsteilen aus Eisen auch
magnetisiert werden. Das Anziehen einzelner nicht ganz festsitzender Verschraubungsteile
erfolgt mit einer Kurzmontageschiene, die ähnlich ausgebildet ist, auf der sich
jedoch nur eine Schraubkopfbuchse befindet.
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Durch eine Klemmvorrichtung wird die Montageschiene im Rohrinnern
festgeklemmt sobald sie in die richtige Position gebracht worden ist.
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In einer weniger komplizierten Ausgestaltung als Montagehilfsschiene,
die sich für Handwerksbetriebe und zum Ausleihen für Do-it-yourself-Montage eignet,
besteht das benötigte Montagewerkzeug
lediglich aus einer Profilstange,
auf der sich starr befestigte Schraubkopfbuchsen befinden oder in der entsprechende
Aussparungen vorhanden sind, dergestalt, daß die vom Rohrinnern zu verschraubenden
Rohrverschraubungsteile sicher gehalten werden. Falls die Rohrverschraubungsteile
aus Eisen sind, kann die Montagehilfsschiene als Magnetschiene ausgebildet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann eine gefederte Lagerung der Rohrverschraubungsteile
vorgesehen werden, ebenso wie Führungsstifte, entsprechend der bereits weiter oben
beschriebenen Montageschiene. Auch die Montagehilfeschiene besitzt eine Klemmvorrichtung,
aber keine Wellen und Kraftübertragungsmechanismen, da die Verschraubung von außen,
durch Drehen der Wärmekollektorprofile erfolgt.
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Für bestimmte Montagezwecke (z.B. für die Montage des noch zu beschreibenden
Speicherpools) weist die Montagehilfeschiene an einem ihrer Enden eine Schnellkupplung
(in einer der an sich bekannten Ausführungen) auf, die eine Verlängerung der Montagehilfsschiene
unter Verwendung von Rohren oder weiterer Montaehilfsschienen gestattet.
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II. Der Speicherpool Der Speicherpool stellt eine Kombination von
HeißwassersPeicher und Swimming Pool dar. Im Sommer und zumindest auch teilweise
im FrUhjahr steht der Speicherpool als beheiztes Freiluft- oder Hallenschwimmbecken
zur Verfügung. Im Herbst und im Winter findet er als Heißwasserspeicher Verwendung.
Dies stellt insofern eine rationelle Kombination dar, als eine Sonnenenergieheizung,
die für durchgehenden Winterbetrieb ausgelegt ist, im Sommer weitaus mehr Heißwasser
erzeugt, als - ohne ein Schwimmbecken - im Haushalt überhaupt sinnvoll verwendet
werden kann. Andererseits wird aber auch ein Heißwasserspeicher in der für den Winterbetrieb
dieser Heizung erforderlichen Größenordnung im Sommer überhaupt nicht gebraucht.
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Diese Kombination wird erfindungsgemäß durch folgende neuartige konstruktive
Ausbildung ermöglicht: (a) Der Speicherpool (s. Ausführungebeispiel, Fig. ii, Querschnitt)
besteht aus zwei Doppelschalen, deren Zwischenräume mit Dämmaterial ausgeschäumt
sind. Die eine dieser Doppelschalen ist für die Aufnahme des Speicher-> bzw.
Schwimmbeckenwassers bestimmt und ähnelt in ihrer Form daher einem konventionellen
Schwimmbecken. Die zweite Doppelschale
ist als Deckel oder Dach
der ersten Doppelschale ausgebildet. Die Materialbeschaffenheit dieser Doppelschalen
unterliegt grundsätzlich keiner Beschränkung, außer der, daß das Material der Innenschalen
heißwasserbeständig sein muß und die Verbindungsflächen zwischen den äußeren und
den inneren Schalen aus Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit bestehen
muß (also, z.B., Kunststoffe für die Wandung und Moos- oder Schaumgummi für die
erforderlichen Dichtungsstreifen).
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Das Dämmaterial der Becken-Doppelschale (18) muß, abgesehen von einer
ausreichenden Wärmebeständigkeit, auch eine ausreichende Druckfestigkeit besitzen.
Die Ausbildung der Dämmschichten in der Dachdoppelschale (19) entspricht derjenigen,
die für die selbsttragenden Dachelemente eines Sonnenenergiedaches vorgesehen ist
(s. unter Sonnenenergiedach, Abschnitt g).
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(b) Die Dachschale ist erfindungsgemäß als Sonnenenergiedach ausgebildet,
das sich von dem unter 1. beschriebenen Sonnenenergiedach nur geringfügig unterscheidet.
Während auch in der Ausbildung der Dachschale aus Gründen der Effektivität der Sonnenenergieheizung
eine gewisse Dachneigung (nach Süden) vorgesehen werden sollte, evtl. in Form einer
sheddachartigen Hintereinanderreihung einzelner Sonnenenergiedach-Segmente, wird
man aus ästhetischen Gründen u.U. einem ebenen Dach den Vorzug geben. Das macht
die Verwendung einer Uiwälzpumpe für das Beizwasser erforderlich. Aus statischen
Gründen ist ferner vorgesehen, das Verteilerrechteckrohr und Wärmetauscherrechteckrohr
aus einem StUck, also ohne Flanschverbindungen, herzustellen. Montagemäßig wird
das durch die unter Ih (auf S. ii) beschriebene Verlängerungsvorrichtung für die
Montagehilisschiene erröglicht. Die Glasabdeckung erfolgt aus Gründen der Gewichtsersparnis
hier aus organiæchem Glas. Die Dachschale ist in selbsttragender Bauweise, mit tragenden
Blech- oder (besser) Kunststoffrippen ausgeführt, entsprechend der Beschreibung
unter Ig.
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Auch die Seitenwände und der Boden der Becken-Doppelschale können
dort, wo dies statisch erforderlich ist, also insbesondere bei größeren Ausführungen
des Speicherpools, durch derartige Trägerrippen verstärkt werden, die in die Dämmaterialausschäumung
der Becken-Doppelschale eingebettet sind.
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(c) Der Speicherpool ist erfindungsgemäß mit einer mechanischen Vorrichtung
ausgestattet, die ein leichtes Abheben der Dachschale ermöglicht. Vorzugsweise besteht
diese Vorrichtung aus vier (bei einem kleineren Speicherpool mindestens zwei, bei
einem großen Pool mehr als vier) fest mit der Becken-Doppelechale verbundenen Mantelrohren
(20), in denen,
eng eingepaßt aber beweglich, eine entsprechende
Anzahl von Hubrohren (21) steckt, die mit den tragenden Elementen der Dachschale
fest verschraubt sind. Unter Verwendung bekannter Systeme könnte das Anheben der
Dach-Doppelschale natürlich hydraulisch erfolgen. Eine weniger aufwendige und technisch
weniger anfällige Lösung, die zudem ohne die schmierigen Rohre einer hydraulischen
Hubanlage auskommt, besteht jedoch darin, die Dach-Doppelachale an gegenüberliegenden
Seiten an Stahlseilen aufzuhängen, die von einer abgewandelten Form von Davits (22)
gehalten werden, dergestalt, daß die Stahlseile über Rollen im Innern der Davits
in einen Schacht am Rande des Speicherpools geführt werden. Dort sind die Stahlseile
in beweglichen Gegengewichten (23) verankert, deren Gesamtgewicht mit dem Gewicht
der Dachdoppelschale einschließlich der Hubrohre ausbalanciert ist (s. Ausführungsbeispiel,
Fig. 12, Querschnitt. Die Davits sind entgegen herkömmlichen Ausführungen hier nicht
schwenkbar, sondern starr und konzentrisch mit den in solider Ausführung hergestellten
Deckeln der Schächte verbunden. Die Deckel wiederum sind starr auf den Schächten
befestigt und gegen unbeabsichtigte Entriegelung abgesichert. Dank der Gegengewichte
kann die Dach-Doppelschale von zwei Personen ohne Schwierigkeit abgehoben und in
voll ausgefahrener Stellung verriegelt werden. Um jedoch auch eine Ein-Mann-Bedienung
zu ermöglichen, sieht die Erfindung in einer weiteren Ausbildung vor, daß die Gegengewichte
mit Wassertanks (24) ausgestattet sind, die mittels eines gemeinsamen herkömmlichen
oder selbsttätig schließenden Ventils nur gleichzeitig geflutet werden können. Geschieht
dies, so sinken die Gegengewichte auf den Boden des Schachtes, verdrängen dabei
zwei, auf gegenüberliegenden Seiten in die Wandung des Schachtes eingebettete und
abgefederte Riegel (25), die jedoch zurückschnappen sobald das Gegengevicht den
Boden des Schachtes erreicht hat. Ein winziger Abfluß im Wassertank läßt diesen
inzwischen langsam leerlaufen, so daß das Gegengewicht dann nur noch durch die beiden
Riegel gehalten wird.
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Die beiden Riegel sind mittels dünner Stahlseile (26) über Laufrollen
mit einer, auf einer gemeinsamen Welle gelagerten Doppelrolle (27) im Innern des
Davit verbunden. Von der einen dieser gekoppelten Rollen führt ein Seil (28) zu
der entsprechenden Doppelrolle in dem Davit auf der gegenüberliegenden Seite des
Speicherpools, und von dort führen wiederum zwei Seile zu den Riegeln in dem anderen
Gegengevicht-Schacht. Mit Hilfe eines Bedienungsrades (29) oder eines Hebels, die
an der Außenseite eines Davits auf der Welle der Doppelrolle (in Innern
des
Davits) angebracht sind, können nun durch einfache Drehung alle vier Riegel auf
einmal betätigt (entriegelt) werden, was zur Folge hat, daß sich die Dach-Doppelschale
auf die Becken-Doppelschale senkt. Um eine mißbräuchliche Betätigung zu verhindern,
muß diese Vorrichtung mit einem Schloß abgesichert sein. Die Entriegelung ist darüber
hinaus mit akustischen und optischen Warnsignalen gekoppelt, die, da herkömmlicher
Ausführung, nicht Gegenstand der Erfindung sind.
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Eine unabdingbare Voraussetzung für die einwandfreie Funktion des
Sonnenenergiedaches ist die zuverläßige Gewährleistung der Brauchwasserufuhr und
des Abflusses sowohl während der Hubstellung des Daches als auch bei Aufliegen auf
der Becken-Doppelschale. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wasserzufuhrrohr
(30) durch die Bodenplatte des unter(c) beschriebenen Mantelrohrs koaxial hindurchgeührt
wird und an seine-oberen und unteren Ende je eine Dichtungsringscheibe (31) aufweist.
Eine entsprechende, am unteren Ende des Hubrohrs(21) angebrachte Dichtungsringscheibe
(32) liegt bei abgesenkter Stellung der Dach-Doppelschale auf der unteren Dichtungsringscheibe
des Wasserzufuhrrohrs auf. Bei Hubstellung der Dach-Doppelschale drückt die Dichtungsringscheibe
des Hubrohrs jedoch von unten gegen die obere Dichtungsringscheibe des Wasserzufuhrrohrs
und stellt so auch hier eine wasserdichte Verbindung her (s, Ausführungsbeispiel,
Fig. 13, Vertikalschnitt).
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Der Anschluß des Abflußrohrs für das vom Sonnenenergiedach aufgeheizte
Brauchwasser, der sich in einem anderen Mantel-/Hubrohr befindet, ist ähnlich ausgebildet,
doch besitzt in diesem Fall das Hubrohr einen vor Wärmeverlust schützenden Isolationsmantel,
Dort, wo die Davits aus ästhetischen Gründen abgelehnt werden, oder bei großen Gemeinschafts-Speicherpools
aus statischen Gründen zu viele Davits erforderlich wären, ist erfindungsgemäß eine
andere Hubvorrichtung vorgesehen (s. Ausführungsbeispiel, Fig. 14, Vertikalschnitt.)Hierbei
sind die Hubrohr an ihrem unteren Ende mit tonnenähnlichen Schwixakörpern (33) ausgestattet.
Die Schwimmkörper schwimmen in senkrecht aufgestellten kouunizierenden Röhren (34)
mit einer wasserdichten Bodenplatte. Die Wasserzufuhr und der Abfluß zu allen Röhren
erfolgt über eine gemeinsame Leitung, dergestalt, daß der Wasserstand in allen Röhren
immer gleich hoch ist. Durch Steuerung der Wasserzufuhr, bzw. des Abflusses, kann
die Dach-Doppelschale des Speicherpools auf jeden gerünschten Pegelstand eingestellt
werden. In Oberteil der Röhren befindet sich jedoch eine Sperrvorrichtung, die ein
weiteres Aufsteigen der Schtitkörper verhindert.
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Die Stabilisierung der Hubrohr erfolgt dadurch, daß diese durch ein
konzentrisch angeordnetes Loch in der Abdeckplatte der Röhren geführt werden und
starr mit den Schwimmkörpern verbunden sind, die ihrerseite sohn mindestens drei
Gleitkufen (36) oder Gleitschienen an der Innenwandung der Röhre fest geführt werden.
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Wasserzufuhr und Abfluß zum Sonnenenergiedach erfolgen durch einen
schnecken- bzw. spiralförmig angeordneten Schlauch (37), der zwischen der Abdeckplatte
der Röhre und der Oberfläche des Schwimmkörpers liegt, wobei das eine Ende seitwärts
durch die Röhre nach außen (zur Umwälzpumpe) führt, während das andere Ende in das
Hubrohr mündet, das innen einen Isolationsmantel besitzt. Die Schlauchschnecke ist
mittels hochelastischer Schnüre (38) mit der Abdeckplatte, mit dem Schwimmkörper
und in sich selbst derart verstrickt, daß sie unter spiralförmiger Ausdehnung dem
absinkenden Schwimmkörper nach unter folgt und sich beim Fluten der Röhre wieder
schneckenförmig zusammenzieht.
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Das Fluten der Röhren erfolgt mit Hilfe eines besonderen Wasser tanks,
der von Regenwasser oder verbrauchtes Schwimmbeckenwasser gespeist wird, oder in
den das Wasser bei jedem Absenken des Wasserpegels in den Röhren wieder zurückgepumpt
wird.
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Um eine Gefährdung von Badenden durch mißbräuchliches oder fahrläßiges
Herablassen der Dach-Doppelschale des Speicherpools auszuschließen, sind, abgesehen
von Warntafeln, folgende SiGherheitstorrichtungen vorgesehen: 1) die Betätigung
des Wasserentleerungsventils wird durch Verschluß abgesichert, 2) mit dem Wasserablaufvorgang
sind akustische und optische Warnsignale gekoppelt, und 3) durch eine entsprechende
Dimensionierung des Wasserentieerungsventils wird der Vorgang des Herablassens der
Dach-Doppelschale zeitlich so ausgedehnt, daß jeder Badende Zeit genug hat, sich
in Sicherheit zu bringen.
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(d) Durch leichte, zumindest teilweise aus lichtdurchläßigem Werkstoff
bestehende Rolläden, die beidseitig in Führungsnuten in den Hubrohr laufen, kann
der Speicherpool bei Scklcchtwetter mit ein paar Handgriffen in eine Schwimmhalle
verwandeln werden. Die Rollädenkästen sind in die Däminschicht der Dach-Doppeischale
eingebettet.
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(e) Der Unterboden der Becken-Doppelschale besteht rfindungsgeKß aus
einem oder mehreren zusallengesetzten Segmenten des Sonnenenergie daches (natürlich
ohne Glasträgerprofile und Verglasung) unter Verwendung der in Abschnitt Ia beschriebenen
Wärmekollektorprofile (39),
die in diesem Fall nicht geschwärzt
sind. Sowohl an der flachen Seite des Speicherpools, als auch an seiner tiefen Seite,
befindet sich je ein Verteilerrechteckrohr, das mit den Wärmekollektorprofilen verschraubt
ist. Von den Verteilerrechteckrohren führen Rohrleitungen in die Becken-Doppelschale.
Diese Anordnung dient der Sicherstellung einer völlig witterungsunabhängigen Energiereserve
für den Winter. Wenn der Speicherpool als Folge ungünstiger Witterungsbedingungen
stark in Anspruch genommen werden muß, dann wird es mitunter nicht mehr möglich
sein, das gespeicherte Wasser direkt in den Kreislauf der Großflächen-Raumheizung
einzuspeisen, weil hierfür die Temperatur nicht mehr ausreicht. Um das vorhandene
Speicherpotential voll ausnutzen zu können, bedarf es einer Wännepumpe, Diese wird
nun eingeschaltet und pumpt die Restwärme des Speicherwassers bis auf +1O C heraus.
Sobald die Temperatur im Speicherbecken unter die des Erdreichs sinkt, öffnet eine
automatische Reglervorrichtung die Ventile, die zwischen den Verteilerrechteckrohren
und der Becken-Doppelschale eingebaut sind, so daß ein thermischer Kreislauf zwischen
dem Bodenwärmekollektor und dem Speicherpool in Gang kommt, die das Wasser im Speicherpool
wieder bis auf die Temperatur des unter dem Pool liegenden Erdreichs aufwärmt. Steigt
die Temperatur im Speicherpool dank neuer Energieumwälzungen vom Sonnenenergiedach,
so schließen sich die Ventile zum Wärmekollektorboden wieder selbsttätig. Während
die Temperatur des Speicherpools von der Wärmepumpe auf knapp über 0° C abgesenkt
wird, wird das Speicherwasser zudem durch das Wärmetauscherrohr des Sonnenenergiedaches
gepumpt, sofern die dort herrschenden Temperaturverhältnisse dies zulassen.
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Die Schwerkraftumwälzung des in die Nähe von Oo C abgekühlten Speicherwassers
über den Bodenwärmekollektor, der die Unterhaut des Speicherpools bildet, kann normalerweise
ohne Zwischenschaltung eines Wärnetausch errechteckrohrs erfolgen, da sich das Speicherwasser
in einem ständigen Kreislauf befindet und den ganzen Winter über nicht gewechselt
wird. Nur wenn das Speicherwasser stark aggressiv ist, so sollte es über ein Wärmetauscherrechteckrohr
mit einem Rohrbündel aus korrosionabeständigem Material umgewälzt werden.
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Liegt die Becken-Doppelschale im Grundwasser oder besteht Grundwassergefahr,
so wird der Wirmekollektorboden beim Einsetzen in ein vorbereitetes Betonbett eingerüttelt.
Dies ermöglicht eine fest Verankerung des Speicherpools im Erdreich, wodurch das
von allen Herstellern von Fertig-Schtimmbecken gefürchtete tIAufschwinmen11 des
entleerten
Beckens bei Grundvasser verhindert wird.
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Auch ein Teil der äußeren Seitenwände der Becken-Doppelschale, oder
sogar alle Seitenwände, falls die Dach-Doppelschale entsprechend weit über den Rand
der Becken-Doppelschale hinausreicht, können als Wärmekollektorwände ausgebildet
werden.
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Wird die äußere Becken-Doppeischale aus Kunststoff (z.B. GFK) hergestellt,
so ist es produktionstechnisch und kostenmäßig vorteilhaft, die Wärmekollektorrohrausbildungen,
sowie die Verteilerroh: direkt in den Kunststoffmantel der äußeren Beckenschale
einzuformen. Da Kunststoffe schlechte Wärmeleiter sind, müssen zumindest die Zwischenräume
zwischen den wasserführenden Rohrausbildungen der äußeren Beckenschale mit einer
gut wärmeleitenden Folie, z.B. Alu-Folie, abgedeckt sein.
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(f) Als weitere Ausgestaltung der Erfindung kann für den Betrieb während
der Heizperiode der flachere Teil des Speicherpools durch eine mit Dämmmaterial
ausgeschäumte leichte Zwischenwand aus Kunststoff abgeteilt werden.Als Halterung
für die Zwischenwand dient eine Nut in der Innen-Wandung der Becken-Doppelschale.
Diese Zwischenwand soll es erfindungsgemäß ermöglichen, den Speicherpool mit unterschiedlichen
Temperaturen des Speicherwassers zu fahren. So kann z.B. in der größeren und tieferen
Kammer des Speicherpools die Wassertemperatur bereits auf + 10 C abgesenkt werden,
während in der zweiten Kammer noch eine Reserve von Warmwasser verbleibt. Damit
ist es nicht mehr erforderlich, mit der Inbetriebnahme des Bodenwärmekollektors
und des Sonnenenergiedaches (bei ausbleibendem Sonnenschein, aber Temperaturen oberhalb.
etwa +50 C) abzuwarten, bis das gesamte Speicherwasser auf die erforderliche niedrige
Temperatur gebracht worden ist. Das Doppelkammersystem ermöglicht es aber auch,
das vorhandene Warmwasser (in der einen Kammer) für die direkte Beheizung am Tage
zu verwenden, während nachts, wenn billiger elektrischer Strom zur Verfügung steht,
das kältere Wasser (in der anderen Kammer) unter Zwischenschaltung der Wärmepumpe
für die Beheizung der Großflächen-Raumheizung eingesetzt wird.
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Darüber hinaus kann die kleinere Kammer eine Art Notstromaggregat
in Form von Tauchsiedern (40) erhalten, die an der Unterseite der Dachschale und
in einem gewissen Abstand von derselben fest angebracht sind und mit Nachtstrom
betrieben werden können. Die Stromzufuhr erfolgt dachseitig über ein Qummikabel.
Dieses Notstromaggregat soll es erfindungsgemaß ermöglichen, die Sonnenenergieheizung
auch dort rationell einzusetzen, wo
aus diesen oder jenen Gründen
das gesamte autonome System nicht installiert werden kann, z.B. bei Altbauten, wenn
die nachträgliche Installation eines Sonnenenergiedaches nicht sinnvoll erscheint,
oder das Haus schlecht gegen Wärmeverluste isoliert ist.
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(g) Für den Betrieb als Schwimmbecken benötigt der Speicherpool zumindest
eine Einstiegleiter. Muß diese Leiter bei jeder Benutzung des Schwimmbeckens erst
am Beckenrand befestigt werden, so ist dies nicht nur sehr unbequem, sondern es
dürfte auch kaum ausbleiben, daß sie beim Herablassen der Dach-Doppelschale übersehen
wird, wodurch eine Beschädigung der Anlage eintreten kann. Der Speicherpool muß
deshalb eine automatische Leiter besitzen, die sich beim Anheben der Dach-Doppelschale
selbsttätig in Position bringt, und beim Herablassen der Dach-Doppelschale auch
wieder selbsttätig im Becken verschwindet.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine normalerweise
aus sechs ineinander verschiebbaren Profilrohren (41) bestehende Leiter, die in
ihrem unteren, im Wasser befindlichen Teil Trittsprossen (42) hat, einerseits am
Beckenboden und andererseits an der Innenseite der darüberliegenden Dach-Doppelschale
befestigt ist, dergestalt, daß die vier oberen Profilrohre der Leiter beim Anheben
der DachTDoppeSschal ausgezogen und beim Herablassen wieder in den unteren Teil
der Leiter eingefahren werden. Die oberen Profilrohre sind kürzer als die mittleren,
und die mittleren sind wiederum kürzer als die beiden untersten, die mit Sprossen
verbunden sind. Ein Auseinanderfallen der Profilrohre wird durch Stahlkugeln (43)
verhindert, die in der Wandung am unteren Ende des ausfahrbaren Profilrohrs von
einer Feder festgehalten werden und beim Erreichen der richtigen Ausfahrhöhe des
Profilrohrs in halbkugelförmige Ausbuchtungen auf der Innenseite des unteren Profilrohrs
einrasten. (5. Ausführungsbeispiel, Fig. 15, Vertikalschnitt).
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Sollen anstelle der (Rechteck-) Profilrohre runde Rohre Verwendung
finden, so wird der richtige Zusammenhalt der verschiedenen Rohre durch eine Seilverbindung
in den Ausziehrohren der Leiter gewährleistet. Das Seil ist an seinen Enden mittels
Seilkiemmen an der Bodenplatte des untersten Rohrs und der Deckenplatte des obersten
Rohrs, sowie an der Bodenplatte des mittleren Rohrs, befestigt, und zwar in der
Weise, daß bei voll ausgefahrener Leiter das Seil straff gespannt ist (s. Ausführungsbeispiel,
Fig. 16, Vertikalschnitt).
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III. Großflachen-Rauiheizung Um die Warmwasserspeicherung und die
Wärmepumpe(n) effektiv nutzen zu können, bedarf es großflächiger Raumheizungskörper,
die bei verhältnismäßig niedriger Temperatur des Heizwassers die erforderliche Heizleistung
erbringen. Derartige Raumheizungssysteme gibt es bekanntlich, insbesondere auch
solche, die als Fußboden- oder Deckenheizung ausgebildet sind. Um die Wirtschaftlichkeit
des Systems zu erhöhen und eine Vereinheitlichung der Sonnenenergieheizung insgesamt,
und dadurch größere Produktionsserien, zu ermöglichen, wird diese Aufgabe jedoch
erfindungsgemäß auf eine neuartige Weise gelöst, und zwar mittels vor fabrizierter
Reizkörpersegmente, die auf der Baustelle lediglich ineinandergesteckt und verschraubt
werden. Die großflächigen Heizkörpersegmente werden unter Verwendung standardisierter
Bestandteile des Baukastensystems für das Sonnenenergiedach und den Speicherpool
hergestellt, in erster Linie der Wärmekollektorprofile (s. Abschnitt Ia).
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Die günstigste, und für die Fußbodenheizung einzig nögliche Ausbildung
der Wärmekollektorprofile ist hier die bereits beschriebene "Tie£-decker-" Bauweise.
Die Verschraubung der einzelnen Reizkörpersegmente erfolgt mit demselben Spezial-Montagewerkzeug
(5. Abschnitt Ih). Die einzelnen Heizkörpersegmente sind sowohl für die Fußboden-
und Deckenheizung, als auch für die Wandbeheizung verwendbar. In ihren Längenabmessungen
ent6prechen die Heizkörpersegmente der Breite oder lunge des Fußbodens, bzw. der
Decke, oder der Breite oder Höhe der zu beheizenden Wandfläche, unter Berücksichtigung
des erforderlichen Montagespielraums. Die ebenen Flächen der Wärmekollektorprofile
bilden gleich zeitig den Fußboden, die Wand oder die Decke des Raums, wodurch eine
Ersparnis in den Verputz-, Verkleidungs-, bzw. Fußbodenverlegearbeiten ermöglicht
wird. Die RUckseite der einzelnen vorfabrizierten Ueizkörpersegmente besteht aus
einer Däflechicht, z.B. Hartschaum. Da die Verschraubung der einzelnen Heizkörpersegmente
mit Flanschen hier störend wirken würde und auch montagemäßig problematisch wäre,
erfolgt die Verbindung der einzelnen Segmente mittels Steckverschlüssen. Diese sind
so ausgebildet, daß Rechteckrohrabschnitte, die genau in das Profil der Verteilerrechteckrohre
hineinpassen, an den Enden jedes Verteilerrohrs eingesetzt und mit dieser wasserdicht
verbunden (z.B. verschweißt) sind, dergestalt, daß sich zwei Falte bilden in die
Rechteckdichtungsringe gelegt oder geklebt werden (5. Ausführungsbeispiel, Fig.
17, LKngsschnitt). Werden die Verteilerrechteckrohre der einzelnen Reizkörpersegmente
gegeneinander
gepreßt, so entsteht eine stabile, Wasser dichte Verbindung.
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Der erforderliche Preßdruck wird erfindungsgemäß durch Widerlager-Preßblöcke
(s. Ausführungsbeispiel, Fig. 18, Querschnitt) erzeugt, die an jedem (Wand-) Ende
des fertig montierten Verteilerrechteckrohrs in der Betondecke oder im Mauerwerk
fest verankert sind. Der Widerlager-Preßblock besteht aus einer stabilen, vertikal
angeordneten Widerlagerplatte (43), die auch als Winkelprofilstück ausgebildet sein
kann, einer starken Blattfeder (44), die in der Mitte ihrer Scheitellinie einen
kleinen Bohrkegel aufweist, und einer starken Sechskantschraube (45), deren Kopf
einen koaxial angeordneten kleinen Konus besitzt. Die Schraube paßt in eine Gewindebuchse
(46), die in die Stirnseite der Steckverschlußkappe (4a)des Verteilerrechteckrohrs
eingeschweißt ist.
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Die Montage erfolgt nach Einschrauben der Sechskantschraube (45)
in die Gewindebuchse (46) dadurch, daß zwischen Widerlagerplatte (43) und dem Kopf
der Sechskantschraube die Blattfeder (44) gelegt wird, und zwar in der Weise, daß
der kleine Konus des Schraubenkopfes und der Bohrkegel der Blattfeder sich direkt
gegenüberstehen. Nun braucht die Sechskantschraube nur noch aus der Gewindebuchse
herausgedreht zu werden bis der erforderliche Preßdruck auf das Verteilerrechteckrohr
hergestellt ist. Die Blattfeder hat vor allem die Aufgabe, die Dehnungsspannung
des Verteilerrechteckrohrs als Folge von Temperaturspannungen aufzufangen.
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Ist an einem Ende des Verteilerrechteckrohrs und in Verlängerung
desselben ein Rohrleitungsanschluß vorgesehen, so entfällt die Sechskantschraube
samt. Blattfeder, und an ihre Stelle tritt eine flanschartig ausgebildete Steckverschlußkappe
(48), die mehrere Gewindebohrungen aufweist und einen Rohrstutzen besitzt (s. AusfUhrungsbeispiel,.
Fig. 19, Querschnitt). Mit den in diese Gewindebohrungen passenden Sechskantschrauben
(49) wird die Steckverschlußkappe, und damit das Verteilerrechteckrohr, auf den
erforderlichen Abstand zur Widerlagerplatte eingestellt. Die Widerlagerplatte besitzt
in dieser Ausführung eine ausreichend große-runde oeffnung (50), durch die der Rohranschluß
erfolgt. Der notwendige Preßdruck wird hier durch einen Widerlager-Preßblock in
der oben beschriebenen Ausbildung hergestellt, der sich auf der entgegengesetzten
Seite des Verteilerrohrs befindet.
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Als Fußbodenheizung werden die vorgefertigten Heiskdrpereegrente
mit
ihrer Dämmschicht direkt auf der Betondecke verlegt. Ist dies wegen Unebenheiten
nicht möglich, so erfolgt die Verlegung auf einem Ausgleichestrich.
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Als Wandheizung verbessern die Heizungcsegmente den Isolationswert
des Hauses, wenn sie an den Außenmauern montiert werden. An den Fensteröffnungen
erfolgt die Ausbildung der Wandheizung dergestalt, daß die über und unter der Fensteröffnung
liegenden Verteilerrechteckrohre zu einem Hohrrahmen verschweißt werden.
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Als Deckenheizung müssen die vorgefertigten Heizungssegmente schon
bei der Erstellung des rohbaus auf der Deckenschalung verlegt und montiert werden,
bevor das Baustahlgewebe und der Beton eingebracht werden. Aus montagetechnischen
Gründen empfiehlt sich hier die Verschweißung der einzelnen großflächigen Segmente
auf der Baustelle.
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Vorteile der autonomen Sonnenenergieheizung Wohl der wichtigste Vorteil
der autonomen Sonnenenergieheizung besteht darin, daß auf herkömmliche Heizsysteme,
wie lzentralheizung mit Cltankanlage, Kamin, usw. verzichtet werden kann. Die Aufwendungen
für moderne Anlagen dieser Art liegen bei rund 15% der Bausumme. Damit werden erhebliche
Mittel für die Erstellung der Sonnenenergieheizung frei, und die entabilitätsrechnung
verschiebt sich entscheidend zugunsten der Sonnenenergieheizung. Daneben entfallen
natürlich auch die nicht unerheblichen Wartungskosten für die Olzentralheizung,
die Tankanlage, und den Kamin.
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Im Hinblick auf die sich hieraus ergebende Notwendigkeit, die durchgehende
Betriebsbereitschaft im Winter zu garantieren, ist es von wesentlichem Vorteil,
daß die autonome Sonnenenergieheizung nicht nur in der Lage ist, die direkte Sonnenstrahlung
zu nutzen, sondern ihre Energie auch aus der von der Sonne in der Umwelt aufgespeicherten
Luft und Bodenwärme bezieht, wenn während eines längeren Zeitraums keine ausreichende
Sonnenstrahlung zur Verfügung steht. Dies wird zudem ohne erhebliche finanzielle
Hehrautwendungen ermöglicht.
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Die autonome Sonnenenergieheizung verbindet verschiedene Systeme
miteinander, unter Verwendung weitgehend derselben Bauelemente, in einem Baukastenverfahren.
So bilden die Sonnenenergiekollektoren gleichzeitig die Dachhaut (oder Außenverkleidung)
des Gebäudes, und der Wärmetauscher ist gleich in die Sonnenenergiekollektoranlage
miteingebaut, wodurch sich nicht nur eine Materialersparnis ergibt,
sondern
vor allem auch eine Vereinfachung der Installationsarbeiten.
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Die Wärmekollektorprofile und andere Bauelemente des Sonnenenergiedaches
finden gleichzeitig in der Großflächen-Raumheizung und in dem Speicherpool Verwendung.
Der Speicherpool wiederum verbindet die Vorzüge eines Schwimmbeckens und, mit geringen
Mehraufwendungen, sogar die einer Schwimmhalle mit der betriebstechnischen Notwendigkeit
einer großen WaEserspeicherkapazität für die Gewährleistung des erforderlichen Heizungsenergiebedarfe
während der ganzen Heizperiode.
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Während eine Speicheranlage in dieser Größenordnung im Sommer brachliegt,
da die Speicherung des Brauchwassers für den Haushalt besser in einem kleinen Druckwasserspeicher
erfolgt, werden andererseits im Winter die Freiluft-Schwimmbecken und die dazugehörigen
Aggregate, Umwälzpumpen, usw. nicht genutzt. Durch den Speicherpool werden daher
die anteiligen Investitionskosten sowohl für das Schwimmbecken, als auch für den
Warmwasserspeicher erheblich gesenkt. Kostenmäßig noch günstigere Lösungen lassen
sich verwirklichen, wenn Nachbarschaftsgemeinschaften einen gemeinsamen größeren
Speicherpool für ihre Sonnenenergieheizungen erstellen.
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Die verhältnismäßig schmalen Wärmekollektorprofile ermöglichen die
Anpassung an praktisch jede Dachbreite. Berechnungen ergeben, daß bei einer Lagerhaltung
von nur etwa 90 bis 100 vorfabrizierten Baukastenteilen das komplette Sonnenenergiedach
für praktisch jedes Einfamilienhaus und für die meisten sonstigen Dächer sofort
auslieferungsbereit wäre, ohne daß der Architekt in seinem Bauentwurf auf die Abmessungen
der Sonnenenergiekollektoren Rücksicht zu nehmen bräuchte.
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Die betriebsbereite Montage der vorfabrizierten großflächigen Dachsegmente
und der übrigen Baukastenteile des Sonnenenergiedaches könnte dann innerhalb weniger
Stunden auf der Baustelle erfolgen.
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Da die Wärmekollektorprofile selbsttragend sind, benötigen sie, im
Gegensatz zu einem Blechdach, keinen durchgehenden Bretter- oder Plattenunterbau,
sondern lediglich eine Lattenkonstruktion. Die Ausbildung des Systems mit Glasträgerprofilen
aus Kunststoff oder Gummi gestattet es ferner, zwischen verschiedenen Abmessungen
für die Glasabdeckung zu wählen. Die sich aus der Dachneigung und der jeweiligen
Klilalage ergebende maximale Schneebelastung pro m2 kann so auf einfache Weise berücksichtigt
werden.
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Dadurch, daß die gesamte Sonnendachseite und die Dach-Doppelschale
des Speicherpools als SonnenenorgiedAcher ausgebildet werden, genügen schon wenige
Sonnenstunden, um eine beträchtliche Warmwasserspeicher
leistung
zu erzielen. Aufgrund dieser großzügigen Dimensionierung genügt es.auch, für die
doppelte Glasabdeckung einfaches Bauglas zu verwenden. Mit Isolierglas kann zwar
ein etwas besserer k-Wert erreicht werden, es bedingt aber auch erhebliche Mehrkosten.
Ob diese unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten gerechtfertigt sind, erscheint äußerst
fragwürdig, wenn man berücksichtigt, daß nicht nur die Anlagekosten zu Buche schlagen,
sondern auch spätere Reparaturen, insbesondere bei Hagel- und Sturmschäden. So muß
bei Beschädigung gleich die gesamte Isolierglasscheibe ersetzt werden, einschließlich
der nicht beschädigten unteren Scheibe, während bei doppelter Verglasung mit einfachem
Bauglas nur die obere Scheibe ausgetauscht werden muß.
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Von den weiteren Vorteilen sind vor allem noch folgende erwähnenswert:
Die Anschaffungskosten und die laufenden Unkosten für den Betrieb einer Schwimibeckenheizung
entfallen. Die Filteranlage kann kleiner dimensioniert werden, da die Dach-Doppelschale
die meiste Zeit auf dem Schwimmbecken aufliegt, das dadurch weniger verschmutzt
wird. Die Algenbekämpfung wird aus dem gleichen Grund kostensparend vereinfacht.
Der Keller des Hauses braucht nicht für einen großen Speichertank zweckentfremdet
zu werden, wodurch auch die Kosten für mindestens etwa 50 m3 umbauten Raums entfallen.
Im Sommer kann die Wärmepumpe in umgekehrte Richtung geschaltet werden und so äls
Kühlaggregat für eine Klimaanlage eingesetzt werden. Die Großflächen Raumheizung
kann in diesem Fall für die Klimatisierung eingesetzt werden. Bei den zur Verfügung
stehenden großen Flächen genügt schon eine Absenkung der Temperatur des "Heizwassers"
um wenige Grad Celsius um eine merkliche Raumkühlung zu erzielen, Bei der erforderlichen
geringen Temperaturdifferenz spielt das Problem der Kondenssasserbildung keine Rolle,
wenn für ausreichende Belüftung gesorgt wird.