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Verfahren und Vorrichtung zur Ausnutzung von Sonnenwärme.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Ausnutzung von Sonnenwärme.
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Die Erfindung betrifft zunächst einen Kolletor zum Auffangen von Strahlungswarme
und zum Abgeben von Wärme an ein Strömungsnedium,wie Luft, versehen mit einer Oberfläche
zum Aufnehmen der Strahlungswärmeund einem Raum, durch den das Medium strömen kann.
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Ein solcher Kolletor kann z.B. zum Auffangen von Strahlungswärme der
Sonne angewendet werden, wobei der Kolletor in dem Dach eines Gebäudes montiert
sein kann, um die aufgenommene Strahlumgswärme zum Heizen des Gebäudes zu benutzen.
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Bei dem in dieser Weise Heizen eines Gebäudes kann, zumal in Gegenden
mit einem wechselnden Klima, nur ein geringer Teil der insgesamt benötigten Erwärmungsenergie
von Strahlungswärme aer Sonne herrühren. Das in dieser Weise Erwärmen ist somit
Ijur wirtschaftlich verantwortbar, wenn das Heizsystem der manchmal von Zeit zu
Zeit scheirenden Sonne eine maximale Menge Strahlungswärme entzieht
(z.B.
auch bei wechselnder Bewölkung), billig hergestellt werden kann und wenig Wartungskosten
mit sich bringt.
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Ein wichtiges Glied in dem Heizsystem ist der Kolletor, der die Sonnenstrahlung
auffängt und einem Strömungsmedium weiterleitet, das die Wärme z.B. einem Speicher
oder den betreffenden Räumen des Gebäudes zuführt.
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An einen solchen Kollektor wird zunächst die Anforderung gestellt,
dass das von der Sonnenstrahlung erwärmte Material eine möglichst kleine Masse hat,
damit es bei Bestrahlung schnell warm wird, was zumal bei wechselnd wolkigem Wetter
von Belang ist. Ausserdem soll das durch Strahlung erwärmte Material über eine möglichst
grosse Oberfläche mit dem die Wärme abführenden Strörnungsmedium in Berührung sein.
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Wenn für die zu bestrahlende Oberfläche eine Metallplatte angewendet
wird, an der das Strömungsmedium entlang geführt wird, um die Wärme der Platte zu
übernehmen, genügt ein Minimum an durch Bestrahlung zu erwärmende Material.
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Zumal wenn als Strömungsmedium ein Gas, insbesondere Luft, angeendet
wird, ist jedoch die mit dem Gas in Berührung stehende Oberfläche der Platte nicht
gross genug zum Erhalten einer wirksamen Wärmeübertragung.
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Werden jedoch zur Vergrösserung der Wärmeübertragung an das Medium
auf der Metallplatte z.B. Rippen angeordnet, so werden diese entweder mit der Platte
verschweisst oder integral mit der Platte gebildet werden müssen, damit eine gute
Wärmeleitung von der Platte nach den Rippen bewirkt wird. Die Anwendung dieser Konstruktion
ist jedoch teuer, während ausserdem die Masse des zu erwärmenden Materials erheblich
zunimmt.
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Bei der Anwendung von Luft als Medium, wodurch der Verschleiss des
Kollektors sowie der Zu- und Abfuhrleitungen und deren Wartung minimal sind, ist
es praktisch unvermeidlich, dass der Raum des Kollektors, in dem die Luft erwärmt
wird, mit Mitteln zur Vergrösserung der Kontaktoberfläche zwischen der Luft und
dem durch Strahlung erwärmten liaterial versehen sein muss.
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Der Zweck der Erfindung ist u.a. ein Kollektor zum Auffangen von Strahlungswärme
und zum Abgeben von Wärme an ein Stronungsmedium, wie Luft, dessen Konstruktion
sehr einfach und billig ist, das durch Strahlung erwärmte Material eine grosse Berührungsoberfläche
mit dem Strömungsmedium hat, und die Dicke, bzw. Masse des Materials frei gewählt
werden kann, d.h. nicht dadurch bestimmt wird, dass das Material geschweisst, gegossen
oder extrudiert werden muss.
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Dazu wird gemäss der Erfindung die Oberfläche zum Aufnehmen der Strahlungswärme
durch Wandteile einer Anzahl metallener Profilbalken gebildet. Die Profilbalken,
z.B. mit einem U-förmigen Querschnitt, können dabei derart gegeneinander liegen,
dass an einer Seite der so gebildeten Platte eine im wesentlichen flache Oberfläche
entsteht und an der anderen Seite, abhängig von der Form der Profilbalken, eine
Anzahl parallel zueinander liegender, offener Rinnen. Die Profilbalken können auch
einen geschlossenen, z.B.
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rechteckigen Querschnitt haben.
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Nach einem Kcnnzeichen gemäss der Erfindung können die nebeneinander
liegenden Profilbalken an der von der gebildeten, zu bestrahlenden Oberfläche abgekehrten
Seite an einem Isolationsmaterial anliegen, so dass in den Kollektor eine Anzahl
paralleler Kanüle cntsteht, die ringsum durch einerseits das durch Strahlung erwärmte
Material und andererseits das Isolationsmaterial, z.B.
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Glaswolle oder einen Kunststoffschaum, geschlossen sind.
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Urn in einfacher Weise die Profilbalken aneinander und auf dem Isolationsmaterial
fixieren und in einfacher Weise Zu- und Abfuhrleitungen für das Medium anordnen
zu können, sind gemäss einem nähercn Kennzeichen der Erfindung das Isolationsmaterial
und die an diesem anliegenden, gegeneinander liegenden Profilbalken in einem rinnenartigen
Behälter angeordnet und darin durch einen oder einige über die gebildete zu bestrahlende
Oberfläche angeordnete Fixierstreifen fixiert, welche Streifen an dem Behälter befestigt
sind, welcher Behälter an ge6enii t,e re i nuii der liegenden Enden mittel zum Anschliessen
einer oder einer Anzahl Mediumzufuhr- bzw. Mediumabfuhrleitungen aufweist.
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Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung sowohl zum Auffangen
wie zum Speichern von Sonnenwärme.
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Zum Auffangen und Speichern von Sonnenwärme sind einige Systeme bekannt.
So ist es möglich, auf dem Dach einer mittels Sonnenwärme zu heizenden Wohnung einen
Kollektor anzubringen, von dem die aufgefangene Wärme mit Hilfe eines Transportmediums,
wie Luft oder Wasser, nach einer Wärmespeichervorrichtung befördert wird, und dort
in einem Wärmeaustauscher dem Speichermedium, z.B.
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Wasser, Kies oder Beton, abgegeben wird. Auch ist es möglich, die
aufgefangene Wärme direkt den zu heizenden Räumen zuzuführen, z.B. in Form erwärmter
Luft.
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Es ist dabei jedoch im allgemeinen auch erwünscht, ein Speichersystem
für Wärme anzuordnen, damit der Ueberschuss an aufgefangener Wärme zur Heizung in
den Perioden, in denen die Sonne nicht scheint, z.B. nachst, angewendet werden kann.
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Zumal bei Anwendung eines Systems zum Heizen einer Wohnung o.dgl.
in Gegenden, wo es relativ viel Bewölkung gibt, soll das System besonderen Anforderungen
entsprechen, damit es rentabel ist. Erstes soll das System billig sein, also insbesondere
wenig oder kaum Wartung erfordern, weil nur ein verhältnismässig geringer Teil der
benötigten Wärme für die Heizung von der Sonnenstrahlungswärme herrühren kann. Weiter
soll das System, insbesondere der Kollektor schnell Wärme aufnehmen können, wenn
die Sonne zu scheinen anfängt, was bei wechselnder Sonnenschein und Bewölkung (bei
wechselnd bewölktem Wetter) von grosser Bedeutung ist. Die dritte Anforderung die
gestellt werden soll, ist eine wirksame Verhinderung der Abgabe von Wärme nach aussen.,
u.a. durch Ausstrahlung des Kollektors, insbesondere wenn die Sonne nicht scheint.
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Um diesen Anfaderungen entsprechen zu können, sind verschiedene Systeme
entwickelt worden. So kann zur Beschränkung der Wartung als Transportmedium für
die Wärme Luft angewendet werden.
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Damit das System billig und einfach gehalten wird, kann der Kollektor
und das Wärme-Speicherelement zu einem Element integriert werden, welches Element
gleichfalls einen Teil des Daches der betreffenden Wohnung o.dgl. bildet.
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Dabei k: n das Wärme-Speicherelement z.B. aus einer Betonplatte bestehen,
deren I Seite den Kollektor bildet und deren andere Seite gegebenenfalls
mit
einer Isolationsschicht versehen ist, und wobei eine Anzahl solcher Elemente das
Dach der Wohnung bilden. Ein allgemeiner Nachteil dieser Ausführung ist, dass das
Speicherelement Wärme verliert, weil es in der Nähe der Aussenseite der Wohnung
liegt. Dies kann dadurch beschränkt werden, dass man, wenn die Sonne nicht scheint,
insbesondere nachts, die Kollektor-Speichereinheit abschirmt, indem man einen Schirm
in mechanischer Weise vor diese Einheit schiebt. Ein solcher Schirm kann zwischen
die den Kollektor bildende Aussenseite des Speicheidementes und eine in Abstand
davon angeordnete, gegebenenfalls doppelte, Glasscheibe geschoben werden.
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Bei einer solchen integrierten Kollektor-Speichereinheit wird tatsächlich
das Wärme-Speichermedium direkt durch die Sonnenstrahlung erwärmt, während die zur
Heizung benötigte Wärme immer, auch während Sonnenschein, dem Speichernedium entzogen
wird. Dieses dem Speichermedium Entziehen von Wärme kann dadurch erfolgen, dass
in dem Speicherelement, z.B. einer Betonplatte, Leitungen vorgesehen werden, durch
welche das Wärmetransportmedium hindurchgeführt werden kann. Dadurch arbeitet das
System jedoch träge, weil die Wärmeabgabe erst dann in Gang kommen kann, nachdem
das Speichermedium erwärmt worden ist.
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Es ist auch möglich, das Wärmetransportmedium, z.B. Luft,zwischen
die zu bestrahlende Oberfläche und eine in Abstand davon angeordnete, gegebenenfalls
doppelte, Glasscheibe zu führen, wodurch das Medium erwärmt wird, indem es an der
zu bestrahlenden Oberfläche entlang strömt. Dadurch reagiert das System schneller,
aber ein Nachteil ist, dass die verhältnismässig kalte Glasscheibe durch KonveJ'ion
erwärmt wird, wodurch Wärmeverlust der in das Transportmedium aufgenommenen Wärme
stattfindet.
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Die Erfindung bezweckt u.a. eine integrierte Kollektor-Speichereinheit,
die einfach und billig hergestellt werden kann und bei der obige Nachteile beseitigt
worden sind.
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Dazu kann gemäss der Erfindung die zu bestrahlende Oberfläche wenigstens
teilweise durch Wandteile einer Anzahl Metallrohre zum Hindurchführen eines Wärmetransportmediums
gebildet werden, von welchen Rohren andere Wandteile direkt mit einem Wärmespeichermedium
in Berührung sind. Dabei kann die
Oberfläche der Metallrohre, die
die Kollektoroberfläche bildet, mit einer spektral-selektiven Schicht zur Verringerung
der Ausstrahlung versehen sein.
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Die Wandteile der Rohre, welche die zu bestrahlende Oberfläche bilden,
können vorzugsweise flach sein, wozu beispielsweise rechteckige Rohre angewendet
werden können.
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Das Speichermedium kann z.B. aus thermischem Oel, Wasser, Schmelzsalz
oder einer solchen Flüssigkeit bestehen, die in einem Behälter untergebracht ist,
von dem ein Wandteil die mit Rohren versehene Kollektoroberflächc bildet. In einer
Vorzugsausführung besteht das Wärme-Speichermedium aus einer Betonplatte.
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Durch Bestrahlung der Sonne wird durch den verhältnismässig grossen
Wärmeleitungskoeffizicnten des Metalls das ganze Metallrohr schnell erwärmt, wodurch
eine schnelle und wirksame Erwärmung des Wärmetransportmediums in den Metallrohren
erfolgen kann. Der Kollektor reagiert also schnell, d.h. kurz nachdem die Sonne
zu scheinen anfängt, kann schon ein Maximum an Wärme abgeführt werden, wenn diese
Wärme für direkte Heizung erwünscht ist. Die Menge abzuführende Wärme kann z.B.
durch die Regelung der Ström1mgsgeschwindigkeit des Transportmediums geregelt werden.
Die Wärme, die nicht abgeführt wird, kann gleichzeitig über das Metall der Rohre
dem Wärmespeichermedium zugeführt werden.
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Bei der erfindungsgemässen Kollektor-Speichereinheit kann daher eine
optimale Abfuhr und Speicherung der aufgefangenen Strahlungswärme erfolgen, während
doch eine einfache und billige Konstruktion angewendet wird.
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Die Metallrohre können gegeneinander in dem Beton angeordnet sein,
so dass sie die ganze Oberfläche des Kollektors bilden. In einer Vorzugsausführungsform
gemäss der Erfindung sind die Metallrohre mit gegenseitigen Zwischenräumen in dem
Beton angeordnet, welche Zwischenräume mit Beton gefüllt sind. Dadurch ist eine
gute Befestigung der Rohre in dem Beton, mit einer grossen Berührungsoberfläche
zwischen Beton und Metall möglich.
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Weiter können gemäss der Erfindung in dem Beton an den ìTetallrohren
befestigte, Metallelemente vorhanden sein, so dass eine Vergrösserung der Berührungsoberfläche
zwischen
Beton und Metall erhalten wird. Durch diese Metallelemente können gemäss der Erfindung
die Metallrohre miteinander verbunden werden, was bei der IIerstellung der Kollektor-Speichereinheit
vorteilhaft sein kann.
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Die aneinander befestigten Rohre können als ein Ganzes in die Guss-Schablone
für den Beton gelegt werden, wobei der sodann in die Schablone zu giessende Beton
die gegenseitige Stellung der Rohre nicht ändern kann.
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Die Kollektor-Speichc.reinheit gemäss der Erfindung kann selbstverständlich
versehen sein mit Extraleitungcn in dem Speichermedium für z.B. eine Warmwasserversorgung,
mit Extramitteln zur Verminderung der Wärmeabgabe nach aussen, mit einer Isolationsschicht
an der Hinterseite der Betonplatte, usw.
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Ausserdem ist es möglich, die Kollektor-Speichereinheit mit einem
speziellen Randteil zu versehen, wodurch nebeneinander liegende Einheiten aneinander
gekuppelt werden können.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Distribuieren
der von einem Kollektor aufgefangenen Strahlungswärme der Sonne.
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Gcnäss dem Stand der Technik wird zum Heizen eines oder mehrererRäume
in einem Gebäude, wie einer Einfamilienwohnung, die Strahlungswärme kollektiv mit
Hilfe eines Kollektors aufgefangen und sodann gleichfalls kollektiv nach den verschiedenen
Räumen, die über mehrere Etagen verteilt sein können, di stribuiert.
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Der Zweck der Erfindung ist nunmehr die Beschaffung eines Verfahrens
zum Distribuicren der von einem Kollektor aufgefangenen Strahlungswärme der Sonne,
wobei mit individuellen Sonnenwärme-Kollektor-Distributionsvorrichtungen etagengemäss
in einer einfachen n Weise Räume mit einem verschiedenen Bedarf an Wärme regelbar
mit Wärme versehen werden können.
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Dieser Zweck wird gemäss der Erfindung dadurch verwirklicht, dass
man die 5 rahlungswärme mit einem Kollektor auffängt, der getrennte Kanälensysteme
zum Hindurchführen eines Wärmetransportmediums enthält, und dass man die aufgefangene
Wärme mittels des Transportmediums über gleichfalls getrennte bestangssysteme den
verschiedenen Räumen zuführt. Dabei ist es äusserst
vorteilhat,
die Wärme, die sich in einem Kanälensystem, dessen Wandteile die von der Sonne zu
bestrahlende Oberfläche bilden, gesammelt hat, den zu heizenden Räumen zuzuführen.
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Zum Regeln der Durchführungsgeschwindigkeit des Wärmetransportmediuns
durch die Kanälensysteme wird vorzugsweise für jedes Kanälensystem ein gesondertes
Treibmittel angewendet. Wenn also Luft als Wärmetransportmedium angcwc-ndct wird,
die vor anderen Wärmetransportmitteln, wie Wasser, vorzuziehen ist, wird für jedes
Kanälensystem vorzugsweise ein gesonderter Ventilator angewendet.
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Das vorliegende Verfahren hat den Vorteil, dass die Räume mit dem
grössten Wärmebedarf, wie Räume an der Nordseite der zu heizenden Etagen schnell
und in einfacher Weise direkt mit warmer Luft einer verhältnismässig hohen Temperatur
versehen werden können.
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Die.Erfindung bezieht sich weiter auf eine Kollektor-Distributionsvorrichtung,
die zweckmässig zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens angewendet werden kann.
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Die betreffende Kollektor-Distributionsvorrichtung zum Auffangen von
Strahlungswärme der Sonne, die mit einer zu bestrahlenden Oberfläche und mit Mitteln
zum Abführen der aufgefangenen Wärme versehen ist, wird dadurch gekennzeichnet,
dass die zu bestrahlende Oberfläche wenigstens teilweise durch metallene Wandteile
rohrförmiger Durchgänge für ein Wärmetransportmedium gebildet wird, von welchen
Durchgängen andere Wandteile wärmeleitend mit einem Wärneqppichermedium in Berührung
sind, wobei wenigstens eine Anzahl dieser Durchgänge mehrfach ausgebildet ist in
Teildurchgängen, die in der Strahlungseinfallrichtung hinereinander liegen, wärmeleitend
miteinander verbunden sind und zusammen mit gegebenenfalls nicht mehrfach ausgebildeten
Durchgängen ein getrenntes Kanälensystem für das Wärmetransportmcdium bilden.
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Gemäss eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung
besteht die von der Sonne zu bestrahlende Oberfläche aus Wandteilen einer Schicht
Metallrohre, die zusammen ein erstes Kanälensystem für ein Wärmetransportmedium
bilden, welche Rohrenschicht wärmeleitend mit einer zweiten Schicht aus
Metallrohren
verbunden ist, die in der Strahlungseinfallrichtung hinter der ersten Rohrenschicht
liegt und deren Rohre ein zweites Kanälensystem für ein Wärmetransportmedium bilden,
und wobei alle Rohre mit einem Wärmespeichermedium wärmeleitend in Berührung sind.
Dabei können die zwei Rohrenschichten vorteilhafterweise zusammen mit dem Speicherbehälter
aus Aluminium gebildet sein.
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Das Wärme-Speichermedium besteht vorzugsweise aus einem mit Wasser,
Oel, oder einem Schmelzsalz gefüllten Behälter, aber kann auch aus einer Betonplatte
bestehen, in der die Rohre wärmeleitend eingebettet sind.
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Die Oberfläche der Metallrohre, die von der Sonne bestrahlt werden
kann, kann eine spektral-selektive Schicht aufweisen oder schwarz gefärbt sein,
damit das Auffangen von Wärme möglichst zweckmässig gemacht wird. Weiter können
die Wandteile der Rohre, die die zu bestrahlende Oberfläche bilden, vorzugsweise
flach sein, wozu beispielsweise rechteckige Rohre angewendet werden können.
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Durch die Bestrahlung mit Sonnenlicht werden die Wandteile der rohrförmigen
Durchgänge und Teildurchgänge infolge des verhältnismässig grossen Wärmeleitungskoeffizienten
des Metalls schnell erwärmt, wodurch gleichfalls eine schnelle und zweckmässig Erwärmung
des Wärmetransportmediums in den Rohren systemen erfolgen kann. Dadurch kann kurz,
nachdem die Sonne zu scheinen angefangen hat, schon ein Maximum an Wärme abgeführt
werden, wobei durch das getrennte Auffangen und Distribuieren der Strahlungswärme
die Räume mit dem grössten Wärmebedarf mit mehr Wärme versehen werden können. Die
Wärme, die nicht abgeführt wird, kann gleichzeitig über das Metall der Rohre dem
Wärmespeichermedium zugeleitet werden.
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Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind
die in Schichten aufgestellten Metallrohre mit gegenseitigen Zwischenräumen in dem
Beton angeordnet, welche Zwischenräume mit Beton gefüllt sind.
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Die betreffende Kollektor-Distributions-Vorrichtung kann auch mit
Extraleitungen in dem Speichermedium versehen sein, z.B. für die Warmwasserversorgung.
Weiter wird vorzugsweise zum Vermeiden von Wärmeabgabe durch Ausstrahlung
an
der Hinterseite des Wärmespechermediums eine isolierende Schicht angeordnet. Durch
die isolierende Schicht ist nämSch eine bessere Regelung der Wärmedistribution möglich.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Vorrichtungen zum Erhalten
einer bestimmten Kollektoroberflächc mittels geeigneter Kupplungsorgane miteinander
zu verbinden.
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Zur Klarstellung der Erfindung wird, unter Hinweis auf die Zeichnung,
eine Anzahl Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt des Kollektors gemäss der Linie
I-I in Fig. 2; Fig. 2 teilweise eine Draufsicht des Kollektors; Fig. 3 teilweise
einen Längsschnitt des Kollektors gemäss der Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4 einen
Querschnitt einer kombinierten Kollektor-Speichereinheit in perspektivischer Ansicht;
Fig. 5 einen schematischen Schnitt einer Etage einer Wohnung, welche Etage an der
Südseite eine Kollektor-Distributionsvorrichtung mit zwei getrennten Kanälen systemen
für das Wärmetransportmedium aufweist , und Fig. 6 einen Querschnitt in perspektivischer
Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kollektors mit getrennten Kanälensystemen.
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Fig. 1 ist einen Querschnitt und zeigt die Vorderfläche 1,die dazu
bestimmt ist, von der Sonne bestrahlt zu werden und die aus einer Anzahl gegeneinander,
in Längsrichtung angeordneter U-Profile 2 zusammengesetzt ist. Die Rückseiten der
Profile 2 bilden zusammen die Vorderfläche 1. Die U-Profile ruhen mit der offenen
Seite an einer Platte 3 aus Isolationsmaterial, z.B. Kunststoffschaum. Die Platte
3 aus Kunststoffschaum und die U-Profile 2 befinden sich in einem rinnenförmigen
Behälter 4, der im wesentlichen aus einer Hinterwand 5,
Seitenwänden
6 und Randteilen 7 besteht. Der Behälter 4 kann z.B. aus Metall oder Kunststoff
bestehen.
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Die Abmessungen des Kunststoffschalunes 3, der U-Profile 2 und des
Behälters 4 sind derart, dass der Kunststoffschaum 3 und die Profile 2 gerade in
den Behälter 4 passen, so dass die von den Profilen 2 gebildete Vorderfläche 1 in
praktisch derselben Ebene wie die Randteile 7 des Behälters liegen.
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Die nebeneinander liegenden U-Profile 2 werden mittels Fixierstreifen
8 fixiert und gegen den Kunststoffschaum 3 gedrückt, welche Streifen z.B. mit Bolzen
9 an den Randteilen 7 des Behälters 4 angeordnet sind. Ausserdem sind eine Anzahl
Bolzen 10 durch den Kollektor, d.h. durch einen Fixierstreifen, die aus U-Profilen
2 bestehende Schicht, den Kunststoffschaum 3 und die Hinterwand 5 des Behälters
4 hindurch angeordnet. Die Bolzen 9 und 10 sind in den Figuren 1 und 3 mit strichpunktierten
Linien und in Fig. 2 mit einem Kreuz wiedergegeben worden.
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In den Figuren 2 und 3 ist eine Anschlussmöglichkeit für die Zu- bzw.
Abfuhrleitungen des Mediums, z.B. Luft, wiedergegeben, die durch die Räume 11 (Fig.
1) der U-Profile 2 strömen kann, um während der strömung durch die Profile 2 erwärmt
zu werden. Diese Anschlüsse befinden sich an beiden Enden des Kollektors und werden
je durch vier quadratische Löcher 12 gebildet, die an der Hinterseite des Kollektors
z.B. in einen hinter dem Kollektor liegenden Ab- bzw. Zufuhrkanal für das Medium
münden.
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Die Löcher 12 sind in einem aus dem Behälter 4 hervorragenden Teil
13 des Kunststoffschaunes 3 angeordnet, durch welche Löcher ein Rohrteil 14 eines
Ansatzes 15 hindurchragt. Die Ansätze 15 werden mit den Fixierstreifen 8, die sich
an dem Ende des Behälters 4 befinden, fixiert. Die Ansätze 15 sind in Fig. 2 teilweise
aufgebrochen wiedergegeben.
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Die Ansätze 15 bestehen aus einem kastenförmigen Teil, an dem ein
Rohrteil 14 lxfestigt ist und in dem Führungswände 16 für das Medium angeordnet
sind.
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In dem Ausführungsbeispiel sind U-Profile angewendet; es ist jedoch
auch möglich andere Profile anzuwenden, z.B. L-Profile, von denen jeweils eine
Seite
die Vorderfläche des Kollektors bildet und d.ie andere Seite die Zwischenfläche
zwischen den von den Profilen gebildeten Strömungsräumen 11.
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Der Vorteil der Anwendung von Profilen ist deren niedriger Kostenpreis
und die Möglielieit, die Wanddicke der Vorderfläche des Kollektors und der Zwischenwände
zwischen den Strömungsräumen praktisch beliebig wählen zu können. Die Oberfläche
der Innenwände der Strömungsräume, d.h. die Oberfläche des Metalls, das die Wärme
dem Medium weitergibt kann gleichfalls durch die Form der Profile nach Wunsch gewählt
werden.
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Der Kollektor wird im allgemeinen hinter einer einfachen oder doppelten
Glasscheibe angeordnet. Namentlich bei der Anwendung einer einfachen Glasscheibe
von der Vorderfläche des Kollektors kann die Vorderfläche mit einer spektralselektiven
Schicht versehen werden, wodurch der Emissions-Koeffizient des Kollektors verhältnismässig
niedrig ist.
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Fig. 4 zeigt einen Querschnitt in perspektivischer Ansicht eines Ausführungsbeispiels
einer Kollektor-Speichereinheit. Die Kollektor-Speichereinheit kann z.B. eine Länge
von 5 m, eine Breite von 1 m und eine Gesamtdicke von 0,25 m haben und unter einem
Winkel von etwa 600 aufgestellt werden. Eine Anzahl Einheiten kann in dieser Weise
wenigstens einen Teil des Daches einer Wohnung bilden.
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Gemäss der Zeichnung besteht die Kollektor-Speichereinheit aus einer
Anzahl paralleler Metallrohre 21 mit einem quadratischen Querschnitt, welche Rohre
21 in Abstand voneinander angeordnet sind. Die Rohre 21 sind derart durch Beton
umgeben, dass nur die Wandteile 24 dieser Rohre 21 nicht mit dem Beton 23 in Berührung
sind, so dass diese Wandteile 24 zusammen mit der Oberfläche 25 des zwischen den
Rohren 21 vorhandenen Betons 23 die zu bestrahlende Kollektoroberfläche bilden.
Diese Oberfläche.kann zur Vergrösserung der Wärmeaufnahmefähigkeit bzw. zur Verringerung
der Ausstrahlung mit einem schwarzen Ueberzug (coating) oder mit einer spektral-selektiven
Schicht versehen sein. Mit den heutigen Techniken ist es nur möglich, die spektral-selektive
Schicht auf Metall anzubringen, in diesem Fall auf die Wandteile 24 der Rohre 21.
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Der Beton 23 ist mit einer Aussparung 26 zum Aufnehmen einer Glasscheibe
27, gegebenenfalls einer doppelten Glasscheibe versehen, und mit einer Aussparung
28 zum Führen eines nicht in der Zeichnung wiedergegebenen Schirms, der zwischen
die Glasscheibe 27 und die Kollektorobcrfläche 24, 25 geschoben werden kann.
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An den beiden Enden der Kollektor-Speichereinheit können in üblicher
Weise die Rohre 21 an Zu- und Abfuhrleitungen für das durch die Rohre 21 zu führende
Wärmetransportmedium, z.B. Luft, angeschlossen werden. Dabei kann die Luft mit einem
Ventilator durch die Rohre geblasen und sodann nach den zu heizenden Räumen der
Wohnung geführt werden.
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Die in Fig. 4 wiedergegebene Kollektor-Speichereinheit ist besonders
vorteilhaft bei der Anwendung in Gegenden, ilo oft wechselnd bewölktes Wetter vorkommt.
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Unter diesen Bedingungen ist es von grosser Bedeutung, die aufgefangene
Wärme möglichst schnell, nachdem die Sonne zu scheinen angefangen hat, wirksam zu
benutzen.
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Wenn die Sonne zu scheinen anfängt, werden bei der wiedergegebenen
Kollektor-Speiehereinheit in erster Instanz die Wandteile 24 der Rohre 21 erwärmt,
welche Wärme sich wegen der gluten Wärmeleitumgsfähigkeit von Metall in der ganzen
Rohrwand verbreitet. Dadurch ist es möglich, schon schnell, nachdem die Sonne zu
scheinen angefangen hat, die gewünsehte Menge Wärme über das Transport~ medium,
das durch die Röhre 21 strömt, abzuführen. Diese abgeführte Menge kann durch Regelung
der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums durch die Rohre 21 geregelt werden.
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Die nicht abgeführte Wärme kann über das Metall der Rohre 21 direkt
dem Speichermedium, in diesem Fall Beton, zugeleitet werden. In den Perioden, in
denen die Sonne nicht scheint, z.B. nachts, gibt das Speichermedium in diesem Fall
der Beton die gespeicherte Wärme über die Rohre 21 dem Transportmedium, z.B. Luft,
ab, und zwar in einem Mass, das abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Transportmediums
durch die Rohre 21 ist.
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Selbstverständlich werden im allgemeinen Mittel vorhande sein, bei
einer zu geringen Menge an gespeicherter Wärme, die abgegebene Wärme in herkömmlicher
Weise
bis zu der gewünschten Menge Wärme zu ergänzen.
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Für eine Warmwasserversorgung können in dem Beton, nicht in Fig. 4
wiedergegebenen, zusätzliche Leitungen angeordnet werden.
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Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt einer Etage
einer Wohnung, welche Etage an der Südseite mit einem Kollektor verschen ist, der
unter einem Winkel von etwa 600 aufgestellt ist und der in der Figur nur mit den
getrennten Kanälensystemen 31 und 32 zum Hindurchführen eines Wärmetransportmediums
wiedergegeben ist. Die in den Wänden der Kanälensysteme 31 und 32 angesammelte Wärme
wird durch ein Transportmedium, in diesen Fall Luft, den verschiedenen Räumen (Zimmern)
33 und 34 getrennt zugeführt.
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Die Luft, die über die Decke der Etage nach dem an der Nordseite (in
Fig. 4 rechts) der Etage liegenden Raum 34 mit dem grössten Wärmebedarf, geführt
wird, wird infolge der direkten Bestrahlung des Kanälensystems 31 schnell erwärmt
und hat eine höhere Temperatur als die Luft, die aus dem Kanälensytem 32 in den
Raum 33 an der Südseite der Etage geführt wird. Die Hindurchführungsgeschwindigkeit
des Wärmetransportmediums, in diesem Fall der Luft, kann durch einen gesonderten
Ventilator für jedes der beiden Kanälensysteme geregelt werden. Die Ventilatoren
werden mit den Bezugsziffern 35 und 36 angegeben. Im Zusarmenhang mit den getrennten
Kreislaufsystemen wird bemerkt, dass die dazu angeordneten Gitter 37, 38, 39 und
40 sdbstverständlich in verschiedenen Weisen und/oder an verschiedenen Stellen in
den Räumen angeordnet sein können. Auch ist es möglich, um den Luftkreislaufvorgang
umzukehren.
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Fig. 6 zeigt einen Querschnitt in perspektivischer Ansicht eines Beispiels
des Kollektors mit getrennten Kanälensystemen. Die Vorrichtung kann z.B. eine Höhe
von 5 m, eine Breite von 1 m und eine Gesamtdicke von etwa 20 cm haben und unter
einem Winkel von 600 aufgestellt werden. Eine Anzahl Einheiten kann in dieser Weise
wenigstens einen Teil der Wand an der Südseite der Etage bilden.
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Die wiedergegebene Vorrichtung umfasst einen Kasten 41, eine isolierende
Schicht 42, eine Anzahl paralleler Rohre 43 und einen Behälter 44 für das Wärmespeichermedium,
wobei die Rohre und der Behälter aus Aluminium zu einer
Rohren-Behälter-Einheit
45 gebildet sind. Wandteile der Rohre bilden zusammen die von dem Sonnenlicht zu
bestrahlende Oberfläche 46. Diese Oberfläche kann mit einer schwarzen Farbschicht
oder mit einer spektral-selektiven Schicht versehen sein.
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Der Kasten 41 ist weiter versehen mit Mitteln 47 zum Aufnehmen einer
Glasscheibe 48, welche auch eine doppelte Glasscheibe sein kann, und mit Mitteln
49 zum Führen eines Schirms 50. Dieser Schirm kann zwischen die Glasscheibe 48 und
die Kollektoroberfläche 6 geschoben werden, und dient dazu bei langen Perioden ohne
Sonnenschein, z.B. nachts, die Ausstrahlung nach aussen zu vermindern.
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An den beiden Enden der Vorrichtung können schichtweise ausgebildete
Kanälensysteme 51 und 52 an die Zu- und Abfuhrleitungen für das durch die gesonderten
Kanälensysteme zu führende Wännetransportmedium, in diesem Fall Luft, angeschlossen
werden.
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Dabei kann die Luft mit gesonderten Ventilatoren 35 und 36 durch die
getrennten Kanälensystemc geblasen und sodann nach den zu heizenden Räumen an der
Nordseite und der Südseite der Etage geführt werden.
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Wenn die Sonne zu scheinen anfängt, werden bei der wiedergegebenen
Vorrichtung in erster Instanz die Wandteile der Rohre 43, welche die Kollektoroberfläche
46 bilden, erwärmt, wodurch zunächst die Räume an der Nordseite mit dem grössten
Wärmebedarf schnell mit Wärme versehen werden können. Durch die Leitfähigkeit von
Metall werden auch die Rohre des Kanälensystems 52 verhältnismässig schnell erwärmt,
so dass dann auch die Räume an der Südseite der Etage mit Wärme versehen werden
können. Die Ventilatoren werden durch ein temperaturempfindliches Organ geregelt.
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Durch die Anwendung der vorliegenden Vorrichtung kann daher etagengemäss
durch die aufgefangene Strahlungswärme eine optimale Heizung der Räume mit einem
verschiedenen Wärmebedarf, insbesondere der Räume an der Südseite und an der Nordseite
der Etagen, erfon, während doch eine einfache und billige Konstruktion angewendet
wird.
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Es wird bemerkt, dass im allgemeinen selbstverständlich Mittel vorhande
sein müssen, bei einer zu geringen Menge gespeicherter Wärme, die abgegebene Wärme
in herkömmlicher Weise zu der gewünschten Menge zu ergänzen, z.B. mittels Radiatorenerwärmung.
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