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Sonnenkollektor-Anordnung an Gebäuden
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Die Erfindung betrifft eine Sonnen1olIektor-Anordnung an durch Sonnenenergie
beheizten und/oder durch Sonnenenergie mit Warmwasser versorgten Gebäuden.
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Es sind bereits zahlreiche Ausführungen von als Sonnenkollektoren
(Flachkollektoren) verwendeten Plattensammlern bekannt, die im Falle einer Wasserfüllung
direkt und im Falle einer Füllung mit Luft oder einer organischen Flüssigkeit indirekt
die vom Wärmeträger aufgenommene Wärme an einen Heizungs- oder Brauchwarmwasserkreislauf
eines oder mehrerer Gebäude übertragen.
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Die wesentlichen Bestandteile eines Kollektors sind die das Wärmeträgermedium
führenden Rohre bzw. Rohrplatten, die auf r der Sonne zugewandten Oberfläche geschwärzt
und so als Absorptionsfläche ausgebildet sind, ein die Rohrplatten umschließendes
Gehäuse mit einer Isolierung gegen Wärmeverluste an der der Sonne abgewendeten Seite
und eine die Rohre bzw.
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die Rohrplatten gegen Abstrahlung oder Konvektionsverluste schützende,
die Wärmeeinstrahlung jedoch möglichst wenig behindernde Abdeckung auf der der Sonne
zugewendeten Seite
des Gehäuses. Aus Gründen einer schnelleren und
damit preisgünstigeren Fertigung unter Berücksichtigung der späteren Montage sowie
zur Vergrößerung der wärme auf nehmenden Flächen werden in der Regel mehrere Kollektorrohre
über Strahlplatten zu größeren Einheiten zusammengefasst.
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Durch die bekannten Ausführungen von Sonnenheizungsanlagen lassen
sich Je nach ihrer Ausgestaltung und damit verbundene Anlagekosten mehr oder minder
große Anteile des Gesamtwärmebedarfs eines Gebäudes für Raumheizung und Brauchwarmwasserbereitung
einsparen, wodurch ein nicht zu unterschätzender Beitrag zur WIinderung der hierfür
aufzuwendenden Kosten geleistet wird.
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Die Entwicklung der Kollektoren ist einerseits gerichtet auf eine
Verringerung der Wärmeverluste und eine Erhöhung des Absorptionsgrades der die Sonnemrärme
aufnehmenden Absorptionsflächen. Andererseits wird auch die Senkung der investiven
Kosten angestrebt, um die hierdurch möglichen Binsparungen von Energieträgern (Heizöl,
Kohle) nicht durch zu hohe Investitionskosten zu erkaufen und damit die Gesanitwirtschaftlichkeit
in Frage zu stellen. Beide divergierenden Ziele müssen deshalb als Kompromiß optimiert
werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Gesamtkosten eines
durch Sonnenenergie beheizbaren Gebäudes zu senken, ohne den Wirkungsgrad der Sonnenkollektor-Anordnung
und damit der Heizanlage wesentlich zu beeinträchtigen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Sonnenkollektoren
derart in die das Gebäude umschließenden Fassaden- und/oder Dachflächen einbezogen
sind, daß ihre für die Energiestrahlung der Sonne durchlässige
Abdeckung
der Absorptionsflächen die äußere den Wetterschutz bewirkende Fassaden- und/oder
Dachfläche bildet.
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Die Sonnenkollektoren werden also in die Gebäudekonstruktion integriert
und nicht mehr, wie bisher, einfach vorgesetzt, so daß die transparente Abdeckung
der Kollektoren gleichzeitig allch die Aufgabe einer Fassadenverkleidung bzw. einer
Dacheindeckung übernimmt. Es wird also Baumaterial eingespart.
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Sonnenkollektoren werden im Hinblick auf eine möglichst weitgehende
Nutzung der durch die Sonne mit unterschiedlichtem Stand währen des Tagesverlaufs
eingestrahlten Wärme vorzugsweise auf den unter einem Ifinkel angeordneten Dachflächen
eines Gebäudes angeordnet. Bei einer solchen Anordnung ist in erfindungsgemäßer
Weiterbildung vorgesehen, daß die transparente Abdeckung als mit der Dacheindeckung
im wesentlichen entsprechend ausgebildeten Prägungen versehene und etwa in deren
Montageebene angeordnete abschließende Deckplatte(n) ausgebildet ist oder sind,
unterhalb deren in der Dachstuhlkonstruktion die der Irärmeabsorption der Sonnenenergie
und der Übertragung auf das Wärmeträgermedium dienende geschwärzte Absorptionsfläche
gegen Wärmeverlust isoliert angeordnet ist. Elemente der Dachstuhlkonstruktion bilden
hierbei zugleich Teile des die Absorptionsflächen umschließenden Gehäuses bisher
gebräuchlicher Ausführungen von Sonnenkollektoren und die innere Gebäudeisolierung
vermag an die Stelle der Isollerung der Absorptionsflächen auf der der Sonne abgewandten
Seite zu treten. Die in der Montageebene der restlichen Dacheindeckung des Gebäudes
im Bereich der Absorptionsflächen liegende abschließende Deckplatte ist mit Prägungen
versehen, die in den Sichtflächen eine Übereinstimmung mit der benachbarten konventionellen
Eindeckung erbringt.
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In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist die Prägung der Deckplatte
(n) in ihrer Formgebung der Oberfläche der für die Dacheindeckung verwendeten Einzelpfannen
oder -ziegel bzw. -platten entsprechend ausgebildet.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Deckplatte als Wellplatte
entsprechend den üblichen Asbest-Zement-Wellplatten.
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Um die Verankerung und Abstützung der Deckplatten auf der Dachstuhlkonstruktion
zu erleichtern, empfiehlt es sich, die Prägungen an der Deckplattenunterseite zugleich
als Stege oder Rippen zur Aufnahme von Stütz- und/oder Befestigungselementen auszubilden,
wodurch es ermöglicht wird, die Prägungen der Deckplattenunterseite in Abstandshalter
aus elastisch oder plastisch verformbarem Material mit zu den Stegen oder Rippen
komplementär angepassten Bereichen zumindestens abschnittsweise einzurasten. Die
Deckplatten sind dann durch Entrastung leicht von außen demontierbar, wodurch die
darunterliegenden Kollektorelemente für Wartungs- und Reparaturzwecke einfach zugänzlich
sind.
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Um einen dichten Anschluß der Deckplatte6) an die anschließenden Bereiche
der konventionellen Dacheindeclcung zu erreichen, empfiehlt es sich, die Deckplatte(n)
entlang der ihre Ränder begrenzenden Kanten so auszubilden, daß sie mit angrenzenden
Deckplatten und/oder Dachpfannen oder -ziegol bzw. -platten passend überlappbar
ist oder sind.
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entlang ihrer oberen und unteren Kanten sind die Deckplatten vorzugsweise
mit Anschlußleisten versehen, welche die angrenzende Reihe der Dachpfannen oder
-ziegel bzw.
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-platten untergreifen bzw. überlappen. Die Anschlußleisten können
hierbei unlösbar mit der Deckplatte verbunden oder einstückig mit ihr hergestellt
sein.
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Um einen bei bestimmten Wiitterungsbedingungen und bei Nachtfrösten
auftretenden Niederschlag von Rauhreif möglichst schnell von den Deckplatten zu
entfernen und so die mögliche Einwirkungsdauer der Sonnenenergie optimal auszunutzen,
kann es von Vorteil sein, wenn die transparenten Deckplatten mit an einer elektrischen
Stromquelle anschließbaren dünnen Heizleitern versehen sind, die zum Abtauen solcher
Rcifniederschläge sowie dünner Schneeschichten geeignet sind.
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Unabhängig davon, ob das Wärmeträgermedium in der Absorptionsplatte
in Kanälen geführt ist oder die Absorptionsplatte von mit dem Wärme träger durchströmbaren,
durch Metallstreifen zusammengeschlossenen Rohren gebildet wird, kann es von Vorteil
sein, wenn die Ausprägungen der Deckplatte(n) zumindest teilweise als optisch wirksame
Bereiche zur Konzentration des auffallenden Sonnenlichts auf bestinlmte Bereiche
der darunterliegenden Absorptionsfläche, nämlich auf die Kanäle oder Rohre, ausgebildet
sind. Die auf die optisch wirksamen Bereiche der Deckplatte auftreffende Sonnenenergie
wird dann wie durch eine Sammellinse auf die vom Wärme träger durchströmten Bereiche
konzentriert, so daß diese Bereiche stärker erwärmt werden.
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Die transparenten Deckplatten werden vorzugsweise aus einem organischen
transparenten Glas, beispielsweise Polymethacrylsäureester im Guß- oder 3Bxtrusionsverfahren
hergestellt. Dieses Material ist auch unter dem Handelsnamen Plexiglas (Warenzeichen)
bekannt.
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Der Wirkungsgrad der Sonnenkollektor-Anordnung wird verbesscrt, wenn
zwischen der transparenten Declcplatte bzw.
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den Deckplatten und der darunterliegenden Absorptionsfläche des Sonnenkollektors
noch eine zusätzliche Klarsichtfolie vorgesehen wird. Für diese Folie kann die die
Dachbalken
gegen Durchfeuchtung schützende eingesetzt werden7 die dann mit der transparenten
Deckplatte zusatz~ lich nach Art einer Doppelverglasung isolierend zusammenwirkt.
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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Schnittansicht
durch einen mit ether erfindungsgemäßen Sonnenkollektor-Anordnung versehenen Dachabschnitt
eines Steildachs mit in Richtung der Fallinie des Dachs verlaufender Schnittrichtung;
und Fig. 2 eine Teilschnittansicht, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1
in etwas vorgrößertem Maßstab.
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Der in Figur 1 in der Fallinie durch eine Hälfte eines Steildache
und in Figur 2 rechtwinklig hierzu in Richtung der Schnittangabe in Figur 1 gelegte
Schnitt zeigen die in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Sonnenkollektor-Anordnung
schematisch in einem Gebäude dach integriert, wobei darauf hinzuweisen ist, daß
die Kollektor-Anordnung auch an oder in senkrechten oder schrägen Gebäuseaußenwänden
vorgesehen werden kann, obwohl die Anordnung in gunstig zur Einstrahlrichtung geneigt
verlaufenden Dachflächen natürlich bevorzugt wird, weil hierbei eine günstigere
Strahlungsdichte je Flacheneinheit erreicht wird.
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Im dargestellten Fall sei der nicht mit Sonnenkollektoren versehene
Teil des Daches mit Well-Asbest-Zementplatten 12 Decklage gedeckt. wie sie in Figur
1 als oberste und unterste/und in Figur 2 auf der rechten Seite angedeutet sind.
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Bereich der Sonnenkollektor-Anordnung 10 sind die Well-Asbest-Zementplatten
durch Deckplatten 14 und 16 aus
transparentem organischen Glas
oder Kunststoff, beispielsweise aus Plexiglas (Polymethacrylsäureester) ersetzt,
die ebenso wie die Ve} l-Asbest-Zemantplatten 12 zur Erhöhung der Tragfähigkeit
in Richtung der Fallinie des Daches gewellt - oder in anderen Fällen auch auf andere
Weise geprägt - und auf einer rechtwinklig auf den Dachsparren 18 des Dachstuhls
aufgenagelten Querverlattung aus Dachlatten 20 befestigt sind. Die zwischen benachbarten
Dachsparren 18 unterhalb der transparenten Deckplatten 14 und 16 gebildeten Hohlräume
22 sind in an sich bekannter Ueise zusätzlich durch eine als Wetterschutz dienende,
zwischen der uerverlattung und den Dachsparren 18 gehaltene transparente Folie 24
abgeschlossen, unterhalb der die an ihrer der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Oberfläche
geschwärzten Absorptionselemente 28 angeordnet sind. Die Folie 24 verhindert eine
Durchfeuchtung der Dachsparren 18 und einen damit verbundenen Verzug. Außerdem übernimmt
sie unter Einsatz zusätzlicher seitlicher Zwischenlagen gemeinsam mit den Deckplatten
14 und 16 die Funktion einer Art Doppelverglasung. Die durch die verwendete Klarsichtfolie
24 vor einer Durchfeuchtung geschätzten Dachsparren 18 können also neben ihrer eigentlichen
Aufgabe, das Dachtraggerüst zu bilden, auch die Isolation der Absorptionselemente
28 gegen seitlichen Wärmeverlust übernehmen, wobei natürlich zusätzlich auch noch
Wärmedämmplatten vorgesehen werden können. Die Absorptionselemente 28 werden im
gezeigten Ansführungsbei spiel von einer Vielzahl von parallel in der Dachfalllinie
verlaufenden Kollektorrohren 30 gebildet, deren Zwischenräume durch eingeschweißte
oder eingelötete Strahlplatten 32 geschlossen sind. Die von den Strahlplatten 32
oder der der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Oberseite der Kollektorrohre 30 absorbierte
Wärmeenergie wird durch
Wärmeleitung zu dem in den Kollektorrohren
zirkulierenden flüssigen lfärmeträgermedium - beispielsweise mit Frostschutzmittel
versetztem Wasser - geführt. Das erwärmte Wasser wird entweder sogleich den Gebäudeheizkörpern
oder einem Speicher zugeführt, aus dem es dann bei Bedarf über die Heizkörper umgewälstwerden
kann. Zur Erwärmung von Brauchwasser muß noch ein mit dem erwärmten lrärmeträgermedium
durchströmbarer Brauchwasser-Wärmetauscher vorgesehen sein.
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Die Dachisolierung des Gebäudes ist in Form einer unter den Dachsparren
18 angeordneten Isolierstoffschicht 34 dargestellt. Bei hinreichender Dämmung kann
die Isolierstoffschicht 34 gleichzeitig auch die Isolierung der Sonnenkollektoren
übernehmen (Fig. 1). Andererseits können zwischen den Dachsparren 18 auch noch zusätzliche
Isolierlagen 36 vorgesehen werden, die neben der Verhinderung von Wärmeverlusten
des Kollektors zusätzlich eine verbesserte Gebäudeisolierung, d.h. einen verbesserten
Wärmeschutz des Gebäudes zur Folge haben.
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Die Deckplatten 14 und 16 überlappen sich bei 38, ebenso wie die Deckplatte
14 und die anschließende Well-Asbest-Zementplatte 12 bei 40 seitlich, wobei (nicht
gezeigte) zusätzliche elastische oder plastische Dicht einlagen zwischen den sich
überlappenden Bereichen 38 und 40 angeordnet werden können.
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ist Der obere Rand der Deckplatten 14 und 16 in der in Figur 1 erkennbaren
Weise ein kurzes Stück unter die zum First hin nächstfolgende Platte (Deckplatte
qder Well-Asbest-Zementplatte) geschoben, wobei auch hier wieder Dichteinlagen zwischen
den sich überlappenden Randbereichen vorgesehen sein können.
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bei der in Figur 2 in der Seite gezeigten Deckplatte 14 ist noch eine
Besonderheit veranschaulicht. Die Wellenberge und Wellentäler dieser Deckplatte
14 haben bei 42 bzw. 44 jeweils einen wie eine Sammellines wirkenden Querschnitt
veränderlicher Dicke, wodurch bei geeigneter Anordnung der Kollektorrohre 30 im
Brennabstand eine Konzentration der einfallenden Strahlung auf die Kollektorrohre
erfolgt, wie dies durch die auf der Einfallseite parallel und auf der gebäudeinneren
Seite der Deckplatte 14 konvergierend gebündelt dargestellten Pfeile a schematisch
dargestellt ist.
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In der Regel wird es jedoch genügen, die Deckplatten - wie bei der
Deckplatte 16 gezeigt - in durchgehend gleicher Dicke herzustellen, zumal eine optimale
Bündelung der einfallenden Strahlen direkt auf die Kollektorrohre nur -bei einem
bestimmten Sonnenstand erreicht wird.
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1w dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel sind transparente
Wellplatten größerer Abmessungen als Deckplatten 14 und 1G verwendet. Es ist jedoch
klar, daß die Deckplatten bei Verwendung in Ziegeldächern auch ziegelartige Einprägungen
haben können oder auch aus kleineren transparenten und für Wärme strahlung hinreichend
durchlässien ziegelförinigen Deckelementen zusammengesetzt werden können. Wesentlich
ist nur, daß die Deckplatte bzw. die Deckplatten in die Dach- bzw. Fassadenkonstruktion
integriert sind, und daß die konstruktiven Bauteile des Dachs bzw. der Gebäudewand
soweit als möglich gleichzeitig Trag- oder Isolierfufllctionen für die Sonnenkollektor-Anordnung
übernehmen.