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Vorrichtung zum Erwärmen von in Becken enthaltenen
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Flüssigkeiten Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Erwärmen von in Becken enthaltenen Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser in
Schwimmbecken, mittels Sonnenstrahlungsenergie.
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Bei Flüssigkeiten, die sich in offenen Becken befinden, treten erhebliche
Wärmeverluste durch Wärmeabstrahlung, Wärmekonvektion und auch durch die Oberflächenverdampfung
der
Flüssigkeit auf, so daß ständig Wärmeenergie zugeführt werden
muß. Dies ist üblicherweise mit erheblichen finanziellen und auch technischen Aufwendungen
verbunden, insbesondere wenn die Umgebungstemperatur wesentlich niedriger als die
Temperatur der Flüssigkeit im Becken ist und wenn das Becken den üblichen Witterungseinflüssen
ungeschützt ausgesetzt ist. Zwar kann durch wärmedämmende bauliche Maßnahmen, wie
z.B. durch Wärmeisolierung der Seitenwände des Beckens, Abdeckung der Fldssigkeitsoberfläche
etc. der Wärmeenergieverlust auf ein Mindestmaß gesenkt werden, doch bleibt das
Problem der Aufrechterhaltung der gewünschten Flüssigkeitstemperatur und der damit
notwendig werdenden Zufuhrung von Wärmeenergie bestehen. Als billigste Energiequelle
bietet sich dafür die Sonnenenergie an.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technisch
einfache Vorrichtung zum Erwärmen von in Becken enthaltenen Flüssigkeiten, insbesondere
von Wasser in Schwimmbecken, mittels Sonnenstrahlungsenergie zu entwickeln, die
einerseits eine optimale Sonnenstrahlungsenergieabsorption sowie eine gute Weiterleitung
der absorbierten Sonnenenergie an die im Becken befindliche Flüssigkeit gewährleistet
und andererseits eine Auskühlung der im Becken enthaltenen Fldssigkeit durch Wärmeabgabe
über Konvektion, Verdampfung und Wärmestrahlung verhindert. Nach Möglichkeit soll
diese Vorrichtung auch gleichzeitig eine Verschmutzung der Flüssigkeit im Becken
und gegebenenfalls auch noch die Algenbildung im Becken verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil
des Hauptanspruchs sowie die Unteransprüche gelöst.
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Dabei kann die Fläche aus einem die Sonnenstrahlungsenergie absorbierenden
Material, insbesondere aus einem dunklen, vorzugsweise schwarzen Kunststoff hergestellt
sein. Es kann jedoch auch nur die der Sonne zugewandte Oberseite aus einem die Sonnenstrahlungsenergie
absorbierenden Material, im wesentlichen also als dunkle, vorzugsweise mattschwarze
Fläche, Schicht oder Bahn etc. ausgebildet sein, die in einem hohen Maß zur Absorption
der auf sie einstrahlenden Sonnenenergie befähigt ist, während die Unterseite dieser
Fläche vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material besteht, das die Wärmeenergie
gut in Richtung auf die Flüssigkeit ableiten kann.
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Die Wärmestrahlung reflektierende Unterseite besteht im wesentlichen
aus einer glänzenden, vorzugsweise metallisch spiegelnden Fläche, Schicht, Bahn,
Folie etc. Aus Gründen einer guten Wärmeübertragung der aufgenommenen Sonnenenergie
an die zu erwärmende Flüssigkeit werden bevorzugt polierte Metallflächen aus beispielsweise
Aluminium, Kupfer od. dgl. verwendet.
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Da diese reflektierende Fläche gegen Korrosionsangriffe durch die
Flüssigkeit beständig sein muß, im Fall von Schwimmbadwasser, das meistens gechlort
ist, auch gegenüber Chlor, muß sie mit einer korrosionsbeständigen Schicht, beispielsweise
aus einem Kunststoffilm od. dgl.,geschütst sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aus einem Kunststoff oder aus
einem metallischen Werkstoff bestehen, deren Oberseite bzw. Unterseite entsprechend
ausgebildet ist. Sie kann aber auch aus metallinprägnierten Bahnen oder Schichten
aus Geweben oder Kunststoffen oder aus kunststoffbeschichteten Geweben, die mit
Metallen durchsetzt sind, bestehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise als einstückige
Bahn oder als Lamellen-Rolladen ausgebildet, so daß sie leicht aus- und einfahrbar,
vorzugsweise auf eine Rolle auf- und abwickelbar ist. Bei der Rolladen-Ausführung
wird eine hohe mechanische Stabilität erreicht, so daß diese Vorrichtung eventuell
auch tragfähig ist.
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Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß
die erfindungsgemäße Vorrichtung als eine auf der Wasseroberfläche angeordnete,
beispielsweise auch schwinunende, Abdeckung ausgebildqt ist. Diese Ausführungsform
ist besonders vorteilhaft, da sie neben der Gewinnung von Sonnenstrahlungsenergie
auch gleichzeitig eine Auskühlung der im Becken enthaltenen Flüssigkeit durch Wärmeabstrahlung,
Wärmekonvek tion oder durch Entzug von Verdampfungswärme sowie eine Flüssigkeitsverringerung
durch Verdampfungsverluste und außerdem auch noch eine Verschmutzung der Flüssigkeit
durch herabfallendes Laub, durch Staub etc., sowie eine Algenbildung verhindert.
Zur Intensivierung des Wärmeaustausches soll bei dieser Ausführungsform die während
der Sonneneinstrahlungsdauer unterhalb der Vorrichtung stark erwirkte Flüssigkeitsschicht
durch Zwangsumwälzung,
die bei einem Schwimmbecken durch die Filterung
des Wassers ohnehin vorhanden ist, ständig abgeführt und durch kalte Flüssigkeit
ersetzt werden. Während der Nacht und während kälterer Wetterperioden soll diese
Zwangs Umwälzung bzw.
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Filterung der Flüssigkeit unterbleiben, um die Abkühlung des Beckeninhalts
nicht zu beschleunigen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch in einer zwischen
der Wasseroberfläche unddem Beckenboden liegenden Ebene, vorzugsweise jedoch in
der Nähe der Wasseroberfläche, angeordnet oder als Abdeckung der Begrenzungswände,
insbesondere als Bodenabdeckung, vorgesehen sein. In allen diesen Fällen wird zwar
eine gute Absorption der Sonnenstrahlungsenergie erreicht, es kann jedoch über die
nun nicht mehr abgedeckte Oberfläche eine Verschmutzung der Flüssigkeit durch hinein
fallende Gegenstände als auch eine Verdunstung sowie eine Abkühlung der Flüssigkeit
erfolgen. Der Vorteil dieser unterhalb der Wasseroberfläche angeordneten Ausführungsform
besteht darin, daß die Sonnenstrahlungsenergie zunächst eine bestimmte Flüssigkeitsschicht
durchdringen muß und dabei schon teilweise von der Flüssigkeit absorbiert wird,
bevor sie von der unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche oder am Beckenboden angeordneten
Vorrichtung absorbiert wird.
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Durch die Möglichkeit des Ein- und Ausfahrens, insbesondere des Aus-
und Einrollens der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die auf der Flüssigkeitsoberfläche,
innerhalb der Flüssigkeit als auch am Beckenboden angeordnet sein kann, wird ein
Zutritt
zu dem flüssigkeitsgefüllten Becken, beispielsweise Schwimmbecken,
dadurch schnell möglich, daß bei der Benutzung oder beim Füllen und Entleeren des
Beckens die Vorrichtung eingefahren wird, während sie bei Sonneneinstrahlung zu
Beheizungszwecken wieder ausgefahren wird.
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Bei allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
vorgesehen, daß sie entweder voll oder teilweise schwimmfähig sind.
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Die zum Aus- bzw. Einfahren der Vorrichtung notwendigen Einrichtungen,
wie z.B. Rolle, Antriebsmotor, Reinigungseinrichzungen für die Oberflächen etc.
sind am Beckenrand angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch auch auf der Bodenfläche
des Flüssigkeitsbeckens fest angeordnet sein, beispielsweise indem der Beckenboden
mit einer Sonnenstrahlungsenergie absorbierenden, dunkelfarbigen, vorzugsweise mattschwarzen
Schicht, Folie, Bahn oder Fläche versehen ist. Auch ist es möglich, die erfindungagemäße
Vorrichtung als Bodenrost im FlUssigkeitsbecken vorzusehen.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
als durchgehende Bahn in Form eines Flachsacks ausgebildet sein, wobei dieser Flachsack
gegebenenfalls ein flexibles tragendes Gerippe in seinem Inneren enthält und/oder
gegebenenfalls mit einem Fluid, insbesondere mit Luft, füllbar ist. Dabei ist die
mit der Flüssigkeitsoberfläche im
Becken in Berührung stehende
und zur Aufnahme und Leitung von Wärmeenergie befähigte untere Flachsackbahn mit
einer Wärmestrahlung absorbierenden Oberseite und einer Wärmestrahlung reflektierenden
Unterseite verstehen; in einem Abstand darüber angeordnet ist die für die Sonnenstrahlung
transparente obere Flachsackbahn, die gegebenenfalls durch ein flexibles tragendes
Gerippe mit der unteren Flachsackbahn verbunden ist. Der mit einem Gas, im einfachsten
Fall mit Luft, gefUllte Flachsack ermöglicht eine gute Wärmedämmung zwischen der
Flüssigkeitsoberfläche und der auf niedrigerer Temperatur befindlichen Atmosphäre,
beispielsweise während kälterer Wetterperioden oder während der Nachtzeit. Gleichzeitig
verhindert dieser auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmende Flachsack einen Flüssigkeitsschwund
durch Verdunstung sowie eine Verschmutzung der Flüssigkeit. Um ein Abdriften des
Flachsacks durch Wind, Sturm, Strömung od. dgl. zu verhindern, ist dieser vorzugsweise
durch am Beckenrand angeordnete Führungsschienen gehaltert.
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Die Wärmestrahlung reflektierende Unterseite der unteren Flachsackbahn
kann durch eine die langwellige WSrmestrahlung reflektierende Beschichtung in Form
einer dünnen Metallfolie oder eines reflektierenden Anstrichs bzw. als metallisierende
Kunststoffolie ausgebildet sein. Die Sonnenstrahlungsenergie absorbierende Oberseite
dieser unteren Flachsackbahn kann in Form einer dunkel farbigen, insbesondere schwarzen
Folie aus Runststoff oder Metall hergestellt sein bzw. durch eine Beschichtung mit
dunkler, vorzugsweise matter schwarzer Farbe erreicht werden.
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Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung besteht darin,
daß die zur Atmosphäre hin ausgerichtete Oberseite der Vorrichtung konvex ausgebildet
ist, so daß sich kein Regenwasser darauf stauen kann, das die zu seiner Verdampfung
benötigte Verdampfungswärme der Flüssigkeit im Becken entziehen und diese dadurch
abkühlen würde. Diese konvexe Ausbildung der Oberseite ist bei einem Rolladen-Lamellenprofil
sehr leicht einzustellen; sie ist aber auch bei einem Flachsack einfach zu erhalten,
indem die obere Flachsackbahn in Form von Längsnähten auf der unteren Flachsackbahn
festgeschweißt bzw. -geklebt wird oder sie ergibt sich durch das im Zwischenraum
zwischen der oberen und der unteren Flachsackbahn vorgesehene tragende Gerippe bei
einer prallen Gasfüllung von selbst. Damit sich das Niederschlagswasser nicht in
den zwischen den konvexen Wölbungen vorgesehenen Senken staut, sind im Bereich dieser
Senken Wasserdurchtrittslöcher vorgesehen, durch die das Niederschlagswasser in
das Wasser im Schwimslbecken ahlaufen kann, so daß keinerlei Verdampfung stattfinden
kann. Die in umgekehrter Richtung auftretende Verdampfung des Wassers aus dem Schwimabecken
durch diese Wasserdurchtrittslöcher ist vernachlässigbar gering, da die gesamte
übrige Wasseroberfläche trotzdem noch wirkungsvoll abgedeckt bleibt. Bei Rolladenprofilen
ist der Wasserablauf über die Gelenkkammer möglich, über die die einzelnen Lamellen
miteinander verbunden sind. Außerordentlich vorteilhaft ist es, wenn die äußeren
Oberfläche der konvex ausgebildeten Oberseiten des Flachsacks bzw. der Rolladen-Lamellen
glatt und ohne Rillen ausgebildet sind, so daß Staub-und Kalkablagerungen nicht
so leicht möglich sind und diese
Oberflächen besser gereinigt und
für die Sonnenstrahlung transparent gehalten werden können.
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Um ein Verkratzen und damit Unwirksamwerden der Wärmestrahlen reflektierenden
Unterseite sowie der transparenten Oberseite der Vorrichtung zu verhindern, sind
auf der Unterseite und/oder Oberseite Stege, Noppen od. dgl. vorgesehen, über die
sich die auf der Rolle aufgewickelten Bahnen oder Rolladen-Lamellen gegenseitig
abstützen, so daß der übrige zwischen diesen Stegen verbleibende Bereich der Wärmestrahlen
reflektierenden Unterseite unversehrt bleibt. Diese Stege, Noppen od. dgl. können
bei einer zum Zweck der Wärmestrahlungsreflexion aufgebrachten Metallfolie in Form
von Sicken oder dgl. vorgesehen setn, im anderen Fall durch aufgeklebte oder aufgeschweißte
Kunststoffstege od. dgl. erzeugt werden.
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Mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man stets die eingestrahlte
Sonnenenergie während der Sonnenscheinstunden optimal auswerten, wobei immer die
Möglichkeit besteht, das flüssigkeitsgefüllte Becken zu anderen Zwecken freizugeben.
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Dies ist von besonderer Bedeutung nicht nur bei Schwimmbädern, sondern
auch bei allen anderen flüssigkeitsgefüllten Becken, wie z.B. für Salzflüssigkeiten,
Lösungsmittel etc.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher veranschaulicht.
Darin zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform mit teilweise ausgefahrener, auf der Flüssigkeitsoberfläche
angeordneter Bahn;
Fig. 2 eine Ausfthrungsform mit einer teilweise
ausgefahrenen getauchtenBahn; Fig. 3 eine Ausführungsform mit einer am Beckenboden
angeordneten Bahn; Fig. 4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung mit einer Sonnenstrahlungsenergie
absorbierenden Oberseite und einer Wärmestrahlung reflektierenden Unterseite; Fig.
5 in Draufsicht eine Vorrichtung bestehend aus einer aus zwei Folien mittels Längsnähten
zusammengeschweißten Bahn; Fig. 6 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig.
5; Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Flachsack mit Stegen zwischen der oberen
und der unteren Flachsackbahn; und Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Lamellen-Rolladen,
der als flächiges Gebilde zum Gewinnen der Sonnenstrahlungsenergie verwendet wird.
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In Fig. 1 ist die Beckenwand mit 1, der Beckenboden mit 2, die Flüssigkeitsoberfläche
mit 3 und die teilweise ausgefahrene Fläche bzw. das flächige Gebilde mit 4 bezeichnet.
Diese teilweise ausgefahrene Fläche 4 kann als einstückige Bahn oder als aus Lamellen
bestehende Bahn ausgeführt sein, die gegebenenfalls
in seitlichen
Führungen geleitet wird. flit 6 ist eine Einrichtung angedeutet, die zum Aus- und
Einfahren der Eahn 4 dient, beispielsweise eine durch einen Elektromotor angetriebene
Aufwickelrolle für die eingefahrene Bahn 4. Die Bahn 4 kann aber auch ebenso gut
von Hand aus- und eingefahren bzw. ausgebreitet werden.
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In Fig. 2 ist mit 5 eine teilweise ausgefahrene "getauchte" Bahn
bezeichnet. Mit dieser Anordnung der Bahn 5 unterhalb der Wasseroberfläche wird
bereits ein Teil der Sonnenstrahlungsenergie von der über der Bahn 5 stehenden Flüssigkeit
absorbiert, während der Rest an Strahlungsenergie von der dunklen Oberfläche der
Bahn 5 absorbiert wird. Um die sehr stark erwärmte Flüssigkeit aus dem Bereich oberhalb
der Bahn 5 wegzufördern und mit der übrigen Flüssigkeit im Becken zu durchmischen,
ist hier eine Zwangsumwälzung in Form einer Pumpe vorgesehen.
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In Fig. 3 ist schließlich eine solche Bahn am Beckenboden angeordnet
und Illit 7 bezeichnet. Diese Bahn 7 kann entweder mithilfe der Einrichtung 6 aus-
bzw. einfahrbar oder aber auch am Beckenboden stationär angeordnet sein. Bei dieser
Ausführungsform durchdringt die Sonnenstrahlung zunächst die gesamte im Becken vorhandene
Flüssigkeit und wird von ihr absorbiert, wobei nur noch der Rest der Sonnenstrahlungsenergie
von der am Boden ausgebreiteten Bahn 7 absorbiert wird.
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In Fig. 4 ist die einfachste Form der im Rahmen der Erfindung verwendeten
Vorrichtung im Querschnitt dargestellt, die als
Fläche oder Bahn
ausgebildet ist und im wesentlichen aus einem gut wärmeleitenden Material 8 besteht,
das auf seiner oberen, zur Sonne hin ausgerichteten Seite eine gut Sonnenstrahlungsenergie
absorbierende Schicht 9 und auf ihrer unteren, der Flüssigkeit im Becken zugewandten
Seite eine Wärmestrahlung reflektierende Schicht lo aufweist. Wenn die Fläche oder
Bahn 8 aus einem metallischen Werkstoff, wie z.B. Aluminium oder l;upfer besteht,
kann die Schicht 9 aus einem dunklen Farbanstrich, einer dunklen Folie bzw. aus
einer dunklen Oxydationsschicht von Kupferoxyd bestehen. Die Schicht lo wird im
einfachsten Fall durch Polieren der Metallfläche bzw. Bahn 8 hergestellt und aus
Korrosionsschutzgründen mit einem dünnen Kunststoffilm lo' überzogen.
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In den Fig. 5 und 6 ist in Draufsicht und im Querschnitt ein aus
einem oberen Bahnelement 11 und einem unteren Bahnelement 12 bestehendes flächiges
Gebilde dargestellt, wobei das obere Bahnelement 11 aus einer Sonnenstrahlen durchlässigen
Folie und das untere Bahnelement 12 aus einer dunklen bzw. schwarzen Folie, gegebenenfalls
auch aus einer schwarzen Gummibahn besteht, die auf ihrer unteren, der Flüssigkeit
im Becken zugewandten Seite eine Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung 13 aus
hochglänzender Metallfolie aufweist, die wiederum aus Korrosionsschutzgründen mit
einem dünnen Kunststoffilm überzogen ist.
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Das untere Bahnelement 12 kann jedoch auch aus einer Metallfolie bestehen,
die an ihrer Oberseite mit einer schwarzen Kunststoffolie und an ihrer vorzugsweise
hochglänzenden Unterseite mit einer transparenten Xunststoffolie überzogen ist.
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Das obere flahnelement 11 ist durch eine Vielzahl von in Abstand parallel
zueinander angeordneten Länqsnähten 15 auf dem unteren Bahnelement 12 festgeschweißt,
so daß sich bei einer Füllung der Innenräume 16 zwischen dem oberen und dem unteren
Bahnelement 11 bzw. 12 mit einem Fluid konvex ausgebildete Längskanäle bilden, von
deren Oberseite das Regenwasser in die im Bereich der Längsnähte 15 gebildeten Senken
und von dort durch die Wasserdurchtrittslöcher 17 in das Wasser im Schwimmbecken
abläuft, so daß keinerlei Verdampfung stattfinden kann.
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In Fig. 7 ist schließlich eine Ausführungsform in in Form eines Flachsacks
vorgesehen, bestehend aus einer die Sonnenstrahlungsenergie durchlassenden oberen
Flachsackbahn 18, die über ein flexibles tragendes Gerippe 20 mit der unteren Flachsackbahn
19 verbunden ist, wobei im Zwischenraum zwischen der oberen und unteren Flachsackbahn
18 bzw. 19 eine Gasfiillung vorgesehen ist, die für eine entsprechende konvexe Auswölbung
der oberen Flachsackbahn 18 zwischen dem Gerippe 20 sorgt. Die untere Flachsackbahn
besteht aus einer schwarzen Folie, die auf ihrer unteren, der Flüssigkeit im Becken
zugewandten Seite eine Wärmestrahlung reflektierende Schicht 21, vorzugsweise aus
einem Metall oder aus einer metallisierten Folie, aufweist.
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Die untere Flachsackbahn 19 kann jedoch auch aus einer Metallfolie
bestehen, die auf ihrer oberen, der Sonne zugewandten Seite eine gut Sonnenstrahlungsenergie
absorbierende Beschichtung, beispielsweise in Form einer mattschwarzen Kunststoffolie
bzw.
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eines Lackes, aufweist und auf ihrer unteren Seite hochglanzpoliert
und mit einem Korrosionsschutzfilm überzogen ist.
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In Fig. 8 ist schließlich im Querschnitt eine Vorrichtung dargestellt,
die aus einem Lamellen-Rolladen besteht, dessen einzelne Lamellenelemente 22 eine
konvex ausgebildete obere Schale 22' aufweisen, so daß das Niederschlagswasser in
die, im Bereich der Verbindungsstege 23 vorhandenen Senken abläuft und von dort
über die Gelenkkammern 24 in das Schwimmbecken abläuft.
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Bei diesen einzelnen Lamellenelementen 22 ist die obere Schale 22'
sonnenstrahlungdurchlässig und die untere Schale 22" an ihrer Oberseite mit einer
Sonnenstrahlungsenergie absorbierenden Schicht 25 und an ihrer Unterseite mit einer
Wärmestrahlung reflektierenden Schicht 26 versehen. Um ein Verkratzen der im allgemeinen
hochglänzenden Schicht 26 zu verhindern sind auf der Unterseite eines jeden Lamellenelements
22 Stege 27 bzw.
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Noppen vorgesehen, über die die einzelnen Lamelleneleente 22 im aufgerollten
Zustand auf Distanz gehalten werden. Die Lamellenelemente 22 können aus einem Kunststoff
oder einem Leichtmetall bestehen. Bei einem Lamellen-Rolladen aus beispielsweise
Aluminium könnte die untere, der Flüssigkeit im Becken zugewandte Seite poliert
sein und mittels eines dünnen Korrosionsschutzfilms in metallisch glänzendem Zustand
gehalten werden.
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Außer den hier genannten Materialien sind eine Reihe von weiteren
Materialien für die herstellung des Sonnenstrahlungsenergie absorbierenden flächigen
Gebildes denkbar, die im einzelnen aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt
sind. Auch soll die Erfindung nicht auf die in den Ausführungsbeispielen genannten
speziellen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern soll vielmehr alle möglichen
Arten von flächigen Gebilden umfassen, die den erfindungsgemäßen Zweck erfüllen.