DE2737256C3

DE2737256C3 - Anordnung einer Flachkollektorgruppe zum Auffangen von Sonnenenergie

Info

Publication number: DE2737256C3
Application number: DE2737256A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dipl.-Ing. 2000 Hamburg Heyden
Original assignee: Rud Otto Meyer GmbH and Co KG
Current assignee: Imtech Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 1977-08-18
Filing date: 1977-08-18
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE2737256A1; DE2737256B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Flachkollektorgruppe wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben.

Kollektoren zum Auffangen von Sonnenenergie dienen zum Erwärmen von Wasser, für die Beheizung oder Warmwasserversorgung. Die Bedeutung der Nutzung von Sonnenenergie für die allgemeine Energiewirtschaft ist heute unbestritten. Der Erfolg aller Bemühungen um diess Nutzung wird aber davon abhängen, inwieweit es gelingt, preisgünstige und wirtschaftliche Anlagen zum Auffangen und Übertragen der Strahlung an Wärmeträger zu schaffen. Die Anordnung der Sonnenkollektoren ist ein Teil dieses Aufgabenbereichs, ebenso eine gewisse Anpassung an den mit den Jahreszeiten sich ändernden Sonnenstand.

Einen Teil einer nach Süden ausgerichteten Dachfläche durch Kollektoren zu ersetzen, ist allgemein bekannt. Nach Süden geneigte, neben oder auf Gebäuden aufgestellte Kollektoren sind ebenfalls mehrfach vorgeschlagen worden.

Nach der DE-OS 25 23 479 ist ein Sonnenkollektor vorgeschlagen, der um eine horizontale Achse drehbar ϊ ist Die Achse ist an die Ost-West-Richtung gebunden, und ihre Drehung gleicht die im Jahresverlauf unterschiedliche Mittagshöhe des Sonnenstandes aus, so daß die Strahlung am Kulminationspunkt senkrecht auf den Kollektor fällt. Die Aufgabe der Erfindung vermag

ίο dieser Vorschlag nicht zu erfüllen, da er auf flachen oder schwach geneigten Dächern nur dann ausgeführt werden kann, wenn die zusätzliche Belastung von vornherein statisch berücksichtigt ist oder durch Einbau von Stützkonstruktionen aufgenommen werden kann.

Das ist bei nachträglichem Aufbau von Kollektoren auf bewohnte Gebäude mit Schwierigkeiten verbunden, auch mit Unzuträglichkeiten und häufig sogar unmöglich.
Nachführsysteme, die dem mit Tageslauf und Jahreszeit sich ändernden Sonnenstand folgen, sind ebenfalls bekannt Sie sind für Reflektorsysteme, wie in der DE-PS 2 31 294 beschrieben, notwendig, weil die direkte Strahlung richtungsgebunden ist an den Lauf der Sonne. Die Energieausbeute wird durch nachgeführte die Strahlung konzentrierende Kollektoren nicht vergrößert, da die durch diese Kollektoren nutzbare direkte Strahlung in Mitteleuropa nur etwa 50% der Gesamtstrahlung beträgt. Flachkollektoren nutzen sowohl die direkte als auch die diffuse Strahlung und bedürfen daher keiner ständigen Nachführung. Die ständige Nachführung der Kollektoren an den Sonnenstand ist so kompliziert und aufwendig hinsichtlich Investitions- und Energiekosten, daß sie für Flachkollektoren nicht wirtschaftlich ist

Bei vorhandenen Gebäuden mit flachen oder schwach geneigten Dächern, die eine zusätzliche Belastung durch eine Kollektorgruppe statisch nicht verkraften, kommt es darauf an, die Kollektoren so anzuordnen, daß ihr Gewicht und die durch sie übertragenen Windkräfte von tragendem Mauerwerk aufgenommen werden. In eine Mauerscheibe dürfen aber keine Momente und keine quer zur Mauerscheibe wirkende Kräfte eingeleitet werden. Diese Momente und Kräfte sind also den statischen Bedingungen von Mauerscheiben gemäß aufzufangen.

Die tragende Mauer hat nur in seltenen Ausnahmefällen Ost-West-Richtung, so daß die Koliektorfläche parallel zu ihr angeordnet werden könnte.
Somit ist die Aufgabe gestellt, eine Anordnung einer Flachkollektorgruppe zum Auffangen von Sonnenenergie für flache oder schwach geneigte Dächer zu schaffen, die beim Aufbau auf Mauerscheiben diese von Momenten und quer zu ihnen wirkenden Kräften frei hält, die eine Ost-West-Einstellung der Kollektoren bei in weiten Grenzen beliebiger Lage der tragenden Mauer zuläßt, bei der die Kollektoren der wechselnden Mittagshöhe der Sonne angepaßt werden können und die einfach herzustellen und zu montieren ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch ein auf einer um höchstens ±45° von der Ost-West-Richtung abweichend verlaufenden Mauerscheibe angeordnetes in Lenkern drehbar gehaltenes Rohr mit mehreren auf diesem Rohr schwenkbar hintereinander und nahe ihren Flächenschwerpunkten gelagerten, nach Süden ausrichtbaren einzelnen Flachkollektoren und durch die Schwenkung bestimmende Pendelstützen zwischen jedem einzelnen Flachkollektor und der Mauerscheibe.

Um den Vor- und Rücklauf des Wärmeträgers den einzelnen Kollektorelementen gleichmäßig und vor äußeren Temperatureinflüssen geschützt zuleiten zu können, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Leitungen innerhalb >Jes Rohres unterzubringen.

Ein weiterer Vorschlag betrifft die Vorfertigung und Montage der Kollektorgruppe. Sie soll zweckmäßig als fertiges Bauteil am Bau angeliefert und montiert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine L-förmige Gestalt der Kollektorelemente vorgeschla-. gen. Diese kann durch Zusammensetzen entsprechender Rechtecke, aber audi Kreis- oder Ellipsenausschnitte gebildet werden.

Die Kollektorelemente bestehen zweckmäßig aus einer windsteifen Blechschale, die wärmeisolierend und stabilisierend ausgeschäumt ist

Mit der Anwendung der Erfindung sind folgende Vorteile verbunden:

Erstmals können Gebäude mit flachem oder schwach geneigtem Dach mit Sonnenkollektoren ausgestattet werden, auch wenn die Dachhaut zusätzliche Lasten nicht aufnehmen kann oder der Einbau zusätzlicher Stützkonstruktionen nicht möglich ist. Infolge der freien Auflage der Achse können keine Momente und quer zur Mauerscheibe wirkende Kräfte auf diese übertragen werden. Aus der etwa L-förmigen Gestalt und der Lagerung im Flächenschwerpunkt folgt eine gute Anpassung der Kollektorelemente an die Konturen des Baukörpers und ein weitgehender Ausgleich der auf die Kollektorelemente wirkenden Wind- und Gewichtskräfte, so daß die auf die gemeinsame Achse geleiteten Kräfte so gering wie möglich gehalten werden. Die Neigung der Kollektorelemente kann auf die im Laufe des Jahres wechselnde Mittagshöhe der Sonne durch Drehen der Achse um einen kleinen Winkel in höchst einfacher Weise eingestellt werden. Dabei ist die Schv/enkbarkeit der Kollektorelemente in Verbindung mit der Pendelstütze das einfache Mittel, die Süd-Ausrichtung der Flächennormale aufrechtzuerhalten. Diese Anpassung führt gegenüber einer starren Kollektorfläche zu einer um etwa 15% erhöhten Nutzung der Sonnenenergie.

Die Konstruktion ist einfach und läßt weitgehend Vorfertigung und Vormontage zu.

Die Anordnung wird nachstehend anhand der A b b. 1 — 7 beschrieben. Es zeigt

A b b. 1 eine perspektivische Ansicht der Anordnung, A b b. 2 ein Haus mit schwach geneigtem Dach mit der erfindungsgemäßen Anordnung,

A b b. 3 einen Querschnitt durch ein Kollektorelement,
A b b. 4 eine Ansicht eines Kollektorelements,

ίο A bb. 5,6 und 7 verschiedene Formen der Kollektorelemente.

Auf einer um höchstens ±45° von der in Ost-West-Richtung abweichend verlaufenden Mauerscheibe 1 liegt ein Rohr frei auf. Es ist in Lenkern 3 drehbar

gehalten und trägt mehrere hintereinander angeordnete Flachkollektoren 4. Diese sind nahe ihrem Flächenschwerpunkt auf dem Rohr 2 mittels Stützen 5 schwenkbar gelagert. Die Flachkollektoren 4 sind weiterhin durch Pendelstützen 6 an der Mauerscheibe 1 abgestützt. Mittels einer Stellvorrichtung 7 mit Handkurbel 8 kann das Rohr 2 um einen bestimmten kleinen Winkel gedreht werden, so daß die Normale zur Fläche der Flachkollektoran 4 dem Wechsel in der Mittagshöhe des Sonnenstandes angepaßt werden kann. Die Schwenkbarkeit der Flachkollektoren 4 in Verbund mit den Pendelstützen 6 bewirkt, daß beim Drehen des Rohres 2 die Nord-Süd-Ausrichtung der Normalen zu den Flächen der Flachkollektoren 4 erhalten bleibt.

Vor- und Rücklaufleitungen 9 für den Wärmeträger sind innerhalb des Rohres 2 untergebracht.

Die Anordnung auf einer um höchstens ±45° von der Ost-West-Richtung abweichend verlaufenden Mauerscheibe 1 eines mit flachem oder schwach geneigtem Dach gedeckten Hauses zeigt A b b. 2.

Nach Abb.3 bestehen die Flachkollektoren 4 aus einer windsteifen Blechschale 10, die mit einer wärmeisolierenden und stabilisierenden Ausschäumung 11 versehen ist und in der die Absorber 12 befestigt sind.

Die Flachkollektoren 4 sind vorzugsweise L-förmig gestaltet und durch Zusammensetzen entsprechender Rechtecke 13, 13a, Kreis- oder Ellipsenausschnitte 14, 15 gebildet. Die Innenkanten 16 der L-Form können so abgeschrägt sein, daß sie einen stumpfen Winkel bilden oder in anderer Weise, z. B. durch mehrfach abgeknickte Innenkanten, der Gebäudekontur angepaßt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung einer Flachkolleiaorgruppe zum Auffangen von Sonnenenergie für flache oder schwach geneigte Dächer, mit schwenkbar gelagerten, auf den veränderlichen Sonnenstand ausrichtbaren, von einem Wärmeträgermedium durchströmten Kollektoren, gekennzeichnet durch ein auf einer um höchstens ±45° von der Ost-West-Richtung abweichend verlaufenden Mauerscheibe (1) angeordnetes, in Lenkern (3) drehbar gehaltenes Rohr (2) mit mehreren auf diesem Rohr (2) schwenkbar, hintereinander und nahe ihren Flächenschwerpunkten gelagerten, nach Süden ausrichtbaren einzelnen Flachkollektoren (4) und durch die Schwenkung bestimmende Pendelstützen (6) zwischen jedem einzelnen Flachkollektor (4) und der Mauerscheibe (1).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vor- und Rücklaufleitung (9) für das Wärmeträgermedium innerhalb des Rohres (2) untergebracht sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Kollektorgruppe als vorgefertigte Baueinheit anlieferbar und montierbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Sonne zugewandten Einstrahlungsflächen der Flachkollektoren (4) etwa L-förmig gestaltet snd.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die L-förmige Gestalt der Flachkollektoren (4) durch Zusammensetzen entsprechender Rechtecke (13, i3a), Kreis- oder Ellipsenausschnitte (14,15) gebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkanten (16) der L-Form miteinander einen stumpfen Winkel bildend abgeschrägt sind oder mit mehrfach geknickten Kanten den Gebäudekonturen folgen.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachkollektoren (4) eine windsteife Blechschale (10) aufweisen, die mit einer wärmeisolierenden und stabilisierenden Ausschäumung (11) versehen ist.