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Flachkollektor für Sonnenenergie
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Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Flachkollektor für Sonnenenergie
mit mindestens einem Hohlraum für ein zu erwärmendes Medium,deraufaes inen Seite
mit einer Sonnenenergie absorbierenden Schicht und auf der anderen Seite mit einer
Wärmeiselation versehen ist.
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Die Bezeichnung Flachkollektor trifft auch für einen Kollektor mit
profilierter Oberfläche oder mit gebogener Oberfläche zu. Er unterscheidet sich
von anderen Kollektoren für Sonnenenergie dadurch, daß er die Sonnenstrahlung nicht
konzentriert sondern lediglich absorbiert.
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Es sind Flachkollektoren für Sonnenenergie zur Heizung von Gebäuden
bekannt, welche den sogenannten Treibhauseffekt verwenden. Auf der Sonnenseite eines
Kastens befinden sich hierbei eine oder mehrere Glastafeln mit Luftzwischenraum.
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Im Kasteninnern sind schwarz gefärbte Rohrschlangen oder Kollektorbleche
angeordnet. Die der Sonnenseite abgewandte Seite des Kastens ist wärmeisoliert.
Mit Sonnenseite ist diejenige Fläche des Kollektors bezeichnet, die bei Sonnenschein
der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist.
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Derartige bekannte Anordnungen weisen jedoch die Nachteile auf, daß
1) glasgedeckte Kollektoren einen erheblichen Anteil der Sonnenstrahlen reflektieren
und zwar bei rechtwinkligem Auftreffen der Sonnenstrahlen auf die Kollektorfläche
etwa 10 % je Glastafel und bei schrägem Auftreffen z.B.
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bei Morgen- und Abendsonne bis über 75 %; 2) die Glastafeln durch
den beim Durchbrechen der Schallmauer von Überschallflugzeugen entstehenden @nall
zerstört werden können, sowie auch durch Steinwurf und @agelschlag; 3) ein großer
Teil des Publikums verglaste I;ollektoren unschön und das Landschaftsbild verunstaltend
erscheint.
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In unseren Breitengraden werden Flachkollektoren nach Süden orientiert,
auf der clichen @albkugel der Lrde nach Norden orientiert und in den Äquatorialgegenden
horizontal angeordnet. Sie werden nicht dem Sonnenstande nachgeführt.
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Leistungsmessungen werden meist unzweckmäßig angeordnet: Es werden
hierbei nur die Leistungstafeln ei aUnstigem Sonnenstamd, also um die @ittagszeit,
angeführt. Für die Praxis maßgebend sind jedoch die Kollektorleistungen während
eines ganzen Sonnentages, das heißt, die Summe der Kollektor leistung vom Sonnenaufgang
bis zum Sonnenuntergang. Ls ist nicht erstaunlich, daß hierbei die Leistung des
Kollektors nur 26 bis ca. 50 * erreicht.
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Es sind auch Kollektoren aus Wellblech hekannt, solche Kollektoren
bestehen aus zusammengefügten Wellblechbahnen ähnlich einem gewöhnlichen @ellblechdach.
Das Wellblech ist für eine Absorbierung der Sonnenstrahlen schwarz gestrichen.
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Darüber sind Glastafeln mit einigen Zentimetern Abstand angeordnet.
Die Glastafeln ur.d die zwischen Glas und Blech eingeschlossene Luft bewirken einen
sogenannten Glasshauseffekt.
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Von oben her rieselt zu erwärmendes Wasser über das schräg angeordnete
Wellblech und wird unten in einer rinne eingefangen. Diese Kollektoren funktionieren
durchaus, haben aber noch beträchtliche Nachteile, welche darin bestehen, ?aß bei
Sonnenschein das über das Wellblech rieselnde Wasser teilweise verdunstet und dadurch
eine hohe Luftfeuchtigkeit im Raum zwischen dem Blech und dem Glas verursacht.
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Infolge der Wärme schlägt diese hohe Luftfeuchtigkeit sich
aber
an Aor Glas@Innenseite nieder und behindert die Sonneneinstrahlung.
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Es ist der weiteren nachteilig, daß die hohe Luftfeuchtigktit eine
Korrosion begünstigt und dadurch die Lebensdauer des Kollektors vermindert, auch
ist die fur das Verdunsten erforderliche Energie beträchtlich, wobei diese Energie
verloren geht; des weiteren ist es nachteilig, daß das über das Wellblech rieselnde
Wasser als ganz schmeles Rinnsal ausschließlich in der Tiefe der Wellentäler hinabläuft,
wodurch sich eine relativ schlechte Wärmeüberetragung vom Wellblech auf das Wasser
ergibt, weil die Berührungsfläche klein ist.
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Sollte ein solcher bekannter Wellblechkollektor vertikal angeordnet
werden und an einer @assade verwendet werden, dann ist der Kontakt zwischen den
Wasser und den Blech nicht sehr gewährleistet und dadurch der Wirkungsgrad des Kollektors
herabgesetzt.
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Bei glasbedeckten Kollektoren ist es auch nachteilig, daß die LIcht-
und Wärmereflexion der Glastafeln für Gartenbewohner oder für Straßenbenutzer außerordentlich
störend sein kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad von Flachkollektoren
zu verbessern und zugleich die Herstellungskosten herabzusetzen, die Lebensdauer
des Kollektors zu verlängern und die Verwendungsmöglichkeiten des Kollektors zu
erweitern.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die absorbierende Schicht mindestens
ein Profilblech aufweist, welches in nur eine Richtung profiliert ist.
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Weitere Lösungen der Aufgabe ergeben sich aus den Unteransprechen
2 bis 17.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen: rig. 1 einen nls Dachdeckung dienenden Kollektor nit treppenförmigen
Blechprofil im Schnitt durch den am Dachfirst gelegenen oberen Teil; Fig. 2 den
Kollektor gemäß Figur 1 mit einen Dachkaennel, in Schnitt durch den unteren Bereich
des Daches; Fig. 3 einen Stoß von gemäß Figur 1 und 2 gestalteten Profilblechbahnen
in schematischer Darstellung im Schnitt; Fig. 4 einen Querschnitt durch den seitlichen,
mit eine Ortsblech abgedeckten Abschluß des Kollektors nach der linie I-I gemäß
Figur 1, gem5B einem weiteren Ausführungsbeispiel; Fig. 5 einen Schnitt durch einen
gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel gestalteten Kollektor mit in Dachneigungsrichtung
verlaufender Profilierung; Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß Figur
5; Fig. 7 einen Schnitt durch den gemäß Figur 5 gestalteten Kollektor in Dachfirstnähe;
Fig. 8 einen Schnitt durch den gemäß Figur 5 gestalteten Kollektor im unteren, mit
einrih Dachkännel vorsehenen Bereich; Fig. 9 einen gemäß einem etwas anders gestalteten
Ausführungsbeispiel angeordneten Kollektor im Querschnitt durch das Kollektordach;
Fig.
10 einen Schnitt durch eilse Rippe mit einer Befestigungseinrichtung für eine abdeckung;
Fig. 11 einen Schnitt durch einen Wellblechkollektor; Fig. 12 einen Schnitt durch
ein Wellblech-Kollektorblech; Fig. 13 einen Schnitt durch ein Profilblech gemäß
einem weiteren Ausführungsbeispiel; Fig. 14 einen Schnitt durch ein trofilblech
gemäß eine weiteren Ausfuhrungseispiol; Fig. 15 ein anderes Ausführungsbeispiel
fUr das Wassereinlaßrohr des Kollektors im Längsschnitt, Fig. 16 das Formstück fUr
das am oberen, dem Dachfirst zugekehrten Ende angeordnete Wassereinlaßrohr in perspektivischer
ansicht; Fig. 17 ein weiteres ausführungsbeispiel für das Wassereinlaßrohr des Kollektors
im Längsschnitt; Fig. 18 das obere, mit aufgebogene Enden gestaltete Profilblech
des Kollektors gemaß Figur 17 in perspektivischer Ansicht; Fig. 19 bis 22 Schnitte
durch einen luftbetriebenen Kollektor, wobei Figur 19 einer. Schnitt durch das untere
Ende des luftbetriebenen Kollektors darstellt, Figur 20 den Kollektor gemäß figur
19 im Längsschnitt durch den Bereich des Dachfirstes, Figur 21 den luftbetriebenen
Kollektor gemäß Figur 19 und 20 im Querschnitt durch das seitliche Abschlußblech
und Figur 22 einen Querschnitt durch eine in Figur 24 dargestellte Schikane zeigt;
Fig.
23 einen Schnitt durch eine Gleitschuh-Befestigung; Fig. 24 eine schematische Darstellunq
einer Luftführung mittels einer Schikane.
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Figur zeigt einen Schnitt durch einen Kollektor 1, der als Dachdeckung
2 dient. Der Kollektor setzt sich aus dem Profilblechen 3 und 4 zusammen, welche
mit geringem Abstand, z.B. 1 mm, ubereinander montiert sind. Das obere Profilblech
3 ist Sonnenstrahlen absorbierend behandelt und ist innen blan . Mit blank ist hier
optisch blank, glänzend gemeint.
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Es kann also ein Aluminiumblech, walzblank oder poliert, sein, oder
auch ein verzinktes Stahlblech. Vorteilhaft ist im letzteren Falle die Zinkschicht
mit einem Korrosionsschutz zu versehen, so lange die Schicht noch frisch glänzend
und noch nicht grau korridiert ist.
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Das untere Profilblech 4 ist vorteilhafterweise aus dem selben Material
wie das obere Profilblech 3 hergestellt, um einer elektrolytischen Korrosion vorzubeugen.
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Um die Profilbleche in zweckmäßiuer stanu zu halten ist das eine Profilblech
mit Eindoltungen 5 versehen, welche schon beim Walzen der Profilbleche erzeugt werden
können. Die Profilbleche 3 und 4 sind zusammen mittels Schrauben, Schießbolzen oder
anderer Befestigungsmittel auf den Pfetten 6 befestigt. Dabei ist darauf zu achten,
daß die Profilbleche an dieser Stelle nicht aufeinandergepreßt werden, damit später
das zwischen den Profilblechen fließende Wasser nicht austreten kann. Balken 6'
tragen die Pfetten 6.
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In Figur 1 ist ferner ein Einlaufrohr 7 für das Wärmetransportmedium
mit Perforationen 8 gezeigt, wobei die Perforationen in einer Linie angeordnet sind
und gegen das obere Blech
gerichtet sind. Das untere Profilblech
4 ist in Nähe des Einlaufrohres nach oben abgewinkelt und das obere Profilblech
3 nach unten, so daß ein Abschluß gebildet wird, in welchem das Einlaufrohr verdeckt
gehalten wird.
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Zwischen oder über den Pfetten ist eine Wärmeisolation 9 vorgesehen,
welche gleichzeitig als Dachisolation dient.
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In Figur 2 ist die untere Partie des Kollektors mit der Dachtraufe
gezeigt. Das Profilblech 4 ist hier bei 23 nach unten abgewinkelt und mit einem
Kanal 10 verbunden. Ebenso ist das Profilblech 3 mit dem Kanal 10 verbunden, wobei
hier noch eine dichtende Zwischenlage gegen herabfließendes Warmwasser nützlich
sein kann. Unter dem Kanal 10 ist der übliche Dachkännel 11 für den Auffang von
Regenwasser angeordnet.
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Figur 3 zeigt schematisch wie die Profilbleche 3 und 4 mit einem weiteren
Profilblechpaar 3' und 4' zusammengefügt sind. Der Sto ist derart ausgebildet, daß
erwärmtes Wasser zwischen dem letzteren weiterfließt. Ein Eindringen von Regenwasser
oder Staub wird durch eine Dichtung 25 verhindert. Geeignete Dichtungamittel sind
im Fensterbau bekannt.
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Figur 4 zeigt einen seitlichen Abschluß mit Ortsblech 12, nach der
Schnittlinie 1-1 gemäß Figur 1. Es ist die Pfette 6 und die Wärmeisolation 9 zu
erkennen. Die Profilbleche 3 und 4 sind auf einer Breite von 4 bis 6 cm am Rand
zusammengepreßt, evtl. verklebt und mittels Schrauben auf der Pfette 6 befestigt.
Ein Ortsblech 12 bildet bei 13 einen dem Profil vom Profilblech 3 angepaßten Steg,
überdeckt den Rand der Profilbleche 3 und 4, überdeckt seitlich die Pfette 6 und
endet unten in einer Regennase 14. Der Raum 13' ist mit Polyurethanschaum dichtend
ausgeschäumt.
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Die Wirkungsweise des Flachkollektors für Sonnenenergie ist folgende:
In das Einlaßrohr 7 für das Warmwassertransportmedium wird beispielsweise Wasser
gepumpt, welche durch Perforationen 8 an die Unterseite des Profilbleches 3 gespritzt
wird. Danach rinnt es,gröstenteils, beide Profilbleche 3, 4 berührend, bis in den
Kanal 10, von wo es seitlich oder innerhalb derWärmeisolation 9 durch einen Ablaufstutzen
15 abgezogen wird. Bei Sonnenschein wird das Wasser erwärmt. Läßt man nur eine kleine
Wassermenge durchlaufen, so nimmt es eine höhere Temperatur an, als beim Durchlauf
einer großen Wassermenge. Zur Erzielung einer großen Leistung ist es vorteilhaft,
die Durchlaufmenge derart zu regulieren, daß der Zwischenraum zwischen den Profilblechen
vom W§nmetransportmedium annähernd ganz ausgefüllt ist. Man erhält dann eine hohe
Kalorienausbeute, jedoch eine relativ kleine Temperaturdifferenz zwischen Einlauf
und Auslauf, z.B.
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5°C.
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Die optimale Durchflußmenge kann leicht ermittelt werden, hierzu läßt
man bei der ersten Betriebsaufnahme so viel Wasser durchlaufen, daß es irgendwo
wieder austritt. Danach verringert man die Durchlaufmenge etwas. Bei Regen wirit
der Kollektor wie ein gewöhnliches Blechdach, das Regenwasser läuft an der Oberfläche
ab, reinigt sie von anfälligem Staub und sammelt sich im Dachkännel 11.
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Ist es vorgeschrieben oder erwünscht, daß die Dachfläche Schneefänger
trägt, so kann man Blechstreifen 16 auf das Profilblech 3 auf löten oder aufkleben,
oder gleich mit den Befestlgungsschrauben 17 befestigen. Diese Schneefänger sollen
das gleichzeitige und vorzeitige Abrutschen einer Schneemasse verhindern.
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Man kann ferner solche als Schneefänger dienende Blechstreifen 16
derart umbiegen, daß sie als Halter für Glastafeln 24 oder Kunststoffprofile dienen,
welche als Isolierabdeckung über das obere Profilblech 3 gelegt werden.
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Diese Maßnahme bewirkt eine gewisse Wärmeisolation gegen Wind und
verhindert eine Wärmeabstrahlung des Kollektors.
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Flan könnte auch die ganze Dachfläche derart mit Kunststoff belegen.
:ian erreicht damit höhere WasserSemperaturen, muß aber einen Verlust der Kalorienleistung
in Kauf nehmen.
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Ohne eine solche Isolierabdeckung ist im Sommer eine hohe Kalorienausbeute
bei Wassertemperaturen bis 40°C möglich.
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Wird auch im Winter eine Wassertemperatur von 400C gewünscht, so kann
eine teilweise Isolierabdeckung des Kollektors am wirtschaftlichsten sein. Man läßt
die oberen zwei Drittel der Dachfläche unisoliert und isoliert nur das untere Drittel
mit Glastafeln oder Kunststoff. Dies hat zur Folge, daß das zu erwärmende Wasser
vorerst vorgewärmt wird und danach im selben Durchgang noch eine weitere Erwärmung
erfährt.
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Auf unserem Breitengrad kann im Sommer die Vorwärmung bis etwa 710C
, die Nacherwärmung bis zu 1000C, im Winter eine solche von 600C und eine Nacherwärmung
von 800C erfolgen.
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Das Optimum des Flächenverhältnisses von unisolierter zu isolierter
Dachfläche hängt von der Einlauftemperatur, von der Distanz vom Dachfirst bis zur
Dachtraufe, von der Dachneigung, sowie auch von klimatischen Bedingungen und der
Höhenlage über dem Meer und von der Windrichtung und Windstärke ab.
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Ein unüberdeckter Kollektor kann im So ohr in unseren Breitengraden
eine Leerlauftemperatur von 8o0c erreichen. Mit Lehrlauftemperatur wird ein Zustand
des Kollektors bezeichnet, bei dem sich die Sonnen-Einstrahlung und die ungenutzte
Wrmeabgabe (Verluste) die Waage halten. Dieser Zustand kann beim Aufladen des Speichers,
bei Stromausfall usw.
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leicht eintreten. In diesem Falle können noch preiswerte Isolierstoffe
als Dachisolation dienen, z.B. Polystyrol-oder Poyurethanschaum. Der mit Glas gedeckte
Kollektorteil hingegen kann sich bAs zu 1.00C erhitzen. Deshalb ist hier
eine
wärmefestere Isolation notwendig, z.B. eine Reflexionsschicht auf Glasfaser oder
Steinwollisolation mit geschlossenzelligem Schaumstoff hinterlegt.
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In den in Figur 1 und 2 dargestellten Auführunsbeispielen ist ein
Treppenförmiges teuer profiliertes Blechprofil verwendet, welches für durchschnittliche
Dachneigungen zweck-, dienlich ist. Für sehr steile Dächer oder Fassaden kann auch
gewöhnliches Wellblech verwendet werden. Fs ist auch mdglich, Flachbleche zu veilenden,
wobei dann jedoch die Dichtung der Blechkanten oder die überlappungen Schwierigkeiten
bieten.
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Die Stege der Blechbahnen sind in Figur 3 schematisch dargestellt.
Im weiteren sind die dem Dachdecker allgemein bekannten Mitnahmen und Uberlappungsregeln
anzuwenden.
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Diese sind von der Dachneigung, der Hauptwindrichtung und den Schneeschmelzbedingungen
abhängig. Bei wenig steil geneigten Dächern ist das Anbringen einer Folie unter
den Yollektorblechen ratsam. Eincrseits kann sie als Reflexionsfolie ausgebildet
die Abstrahlung von Wärme bedeutend verringern und andererseits bildet sie ein Unterdach.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausfilhrung eines Sonnenkollektors ist
in den Figuren 4 bis 8 dargestellt. Figur 5 zeigt einen Schnitt durch einen Kollektor
1, der als Dachdeckung 2 dient. Hier ist die Profilierung nicht horizontal angeordnet,
sondern verläuft in der der Dachneigung folgenden Richtung. Figur 6 zeigt einen
Schnitt nach der Linie II-II gemäß Figur 5, wobei Figur 6 das Profil der Profil
bleche 3 und 4 darstellt. In Figur 5 und 6 ist wiederum die Wärmeisolierung 9 und
ein Dachbalken 6' dargestellt.
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Bei 18 erkennt man einen Stoß der Profilbleche, wobei Zwischenlagen
19 vorgesehen sind, welche einerseits die Schraubenlöcher abdichten und andererseits
den Abstand zwischen den Profilblechen bestimmten. Die Zwischenlagen
19
erden mit vorteil schon vor der Montage angelötet oder angeklebt, wobei diese Stellen
auf dem Profilblech 3 markiert werden, um sie beim Bohren leichter aufzufinden.
Die Profilbleche sind in bekannter Weise mittels Schrauben 20 und Distanzhülsen
21 an den Balken 6' befestigt. Diese Befestlgungsart ist wegen möglicher erheblicher
WSrmedehnungen der Kollektorbleche zweckmäßig.
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Fig.7 und 8 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel.
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Figur 7 zeigt das obere Ende des Kollektorbleches mit einem Abdeckblech
22 und dem Einlaßrohr 7 für das als Wärmetransportmedium dienende Wasser. UIR dieses
Einlaßrohr einfügen zu können, sind die Profilbleche 3 und 4 etwas voneinander abgehoben.
Das Einlaßrohr kann Profil entsprechend vorgebogen wein. Vorteilhafterweise wird
ein flexibles, aber nicht zusammendrückbares P.ohr verwendet, das im Handel als
Spiralrohr bekannt ist. Die Wirkungsweise gemäß Figur 5bis 8 ist der in Figur 1
beschriebenen ähnlich. Figur 8 zeigt den Schnitt durch das untere Ende des Kollektordaches
mit des Profilblechen 3 und 4, sowie dem Kanal 10. Das Warmwasser sammelt sich im
Kanal 16 und das Regenwasser im Dachkännel 11.
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In Figur 6 ist mit strichpunktierten Linien über dem Profilblech 3
des Kollektors als Wärmeisolation noch ein transparentes Kunststoff-Profil dargestellt.
Dabei ist die selbe Profilform für Kunststoff und Blech wegen den auftretenden Warmedehnungen
vorteilhaft. Bei der Anwendung von flachen Tafeln muß dieser Wärmedehnung Rechnung
getragen werden. Das Kunststoff-Profil kann auch umgekehrt <also anders als dargestellt)
befestigt sein, muß dann aber einen Zwischenraum von 2 bis 3 cm in bezug zum Profilblech
aufweisen. Um eine ungewünschte Luftzirkulation zwischen den Profilblechen 3 und
dem Kunststoff zu verringern, kann eine Schikane eingesetzt werden. Der Luftzwischenraum
kann auch mit entsprechenden Mehrkosten gegen Staub und Regen gans abgedichtet sein.
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Für Dächer und Fassaden, welche besonders billig sein sollen, kann
auch das untere Profilblech 4 weggelassen werden. In diesem Falle gibt man dem Isoliermaterial
Q ebenfalls die Profilfon. des Bleches und belegt es mit einer dünnen Aluminiumfolie.
Auch hier muß ein geringer Zwischenraum zwischen dan Profilblech 3 des Kollektors
und der für die Wasserführung vorgesehenen Folie angeordnet sein. Diese Ausfülirungsart
kann besonders für kleinere Kollektoren günstig sein.
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Es genügt, wenn das zu erwAnnende Wasser nur die aus Figur 6 ersichtliche
Profiltiefe zwischen den Stegen ausfüllt, es braucht nicht auch noch in die schmalen
Stege geführt zu werden. Es hat sich gezeigt, daß diese Stege ihre Wärme infolge
der Wärmeleitung von Metall ans Wasser trotzdem weiterleiten.
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Im Gegensatz zu einen glasgedeckten Kollektordach ist der vorgeschlagene
Kollektor begehbar.
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Der vorgeschlagene Kollektor ist wirtschaftlich, da er nur ein zusätzliches
Profilblech zur ohnehin notwendigen Dachdeckung, etwas mehr Befestigungsmaterial
und eine ßpezialbeschichtung erfordert. Die Mehrkosten für den vorgeschlagenen Kollektor
sind somit unbeträchtlich, während die Wärmeleistung bei relativ niedrigen Wassertemperaturen
höher liegt als bei den bekannten Kollektoren.
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Figur 9 zeigt einen (quer zu den Rippen) verlaufenden Querschnitt
durch den Kollektor 1. Hier ist wiederum das obere Profilblech 3 und mit Abstand
darunter das untere Profilblech 4 zu erkennen. Zwischenlagen verschiedener Art können
diese Bleche in vorbestimmtem Abstand, z.B. 1 mm, halten.
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Diese Figur zeigt auch im Querschnitt eine Stoßstelle oder Überlappung
der Bahnen der Profilbleche 3 und 4 mit 3' und 4'. Die Warmeisolationsschicht 9
aus Schaumstoff, Glasfasern
oder Steinwolle ruht hier auf Pfetten
6. Auf die Wärmeisolationschicht sind Profilbleche 3 aufgesetzt. Die Rippen 31,
32 liegen direkt aufeinander und dichten dadurch genügend ab.
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Um nun das obere Profilblech# 3 des Kollektors in vorbestimmtem Abstand
vom unteren Profilblech 4 zu halten ist das untere Profilblech mit sicken 3 versehen.
Diese werden vorteilhaft gleich beim Walzen der Profilbleche hergestellt und ragen
in diesem Ausführungsbeispiel ca. 1 mm tiber die Oberfläche des Profiles des Profilbleches
hinaus. Eine hesonders vorteilhafte Form des Profilhleches ir,t in Figur 14 dercestellt.
Die Rippen 31 und 32 dienen einerseits einer Längsversteifung der Profilbleche und
andererseits der Regenwasser-Abdichtung der einzelnen Blechbahnen gegeneinander.
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Im weiteren sichern sie eine gleichmäßige Verteilung des zu erwärmenden
Wassers im Kollektor. Die Wirkungsweise ist folgende: Ein zu erwärmendes Medium
(Wasser, Öl) fließt zwischen den Profil#lächen 3 und 4 von oben nach unten. Dabei
fließt es,größtenteils beide Bleche berührend, in den "flachen" Teilen der Profilbleche,
d.h., zwischen den Rippen. Es braucht nicht in den Rippen selbst zu fließen, denn
die Wärmeleitfähigkeit des Metalles überträgt die Wärme des Profilbieches trotzdem
auf den Wärmeträger, welcher am Rande der Rippen fließt. Bei Frost besteht keine
Gefahr einer Deschädigung durch Frostschäden, da der Kollektor nur wenig Wasser
führt, wenn ein (nicht dargestelltes) Thermoelement meldet, daß das Profilbiech
3 des Kollektors war ist und entsprechend eine Pumpe steuert. Bei kaltem Kollektor
ist dieser wasserleer. Selbst wenn die Steuerung versagen wollte, könnte entstehendes
Eis infolge der Anordnung der leicht elastischen Profilbleche des Kollektors keinen
Schaden verursachen. Der Kollektor bildet ferner ein Doppeldach. Bei Schneeschmelze
kann evtl. auf dem Dach ein Schneewall liegenbleiben, der das Wasser staut.
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Dieses kann an den Stoßstellen der Profilbleche eindringen, von wo
es aber auf dem unteren Profilblech 4, welches
trocken ist, ablaufen
kann, ohne Schaden anzurichten.
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Figur 13 und 14 zeigen besonders vorteilha£te Formen der Profilbleche.
Solche Profilbleche werden auch Trapezbleche genannt.
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Hinsichtlich einer guten Absorption der Sonnenenergie wäre ein flaches
Blech ohne Rippen wegen geringem Wärmeverlust durch Konve#tion der Idealfall.
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hinsichtlich des Materialaufwandes wäre desgleichen ebenfalls ein
flaches Profilblech# der Idealfall, jedoch sind dann die Kosten der tragenden Unterkonstruktion
hoch.
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Hinsichtlich der statischen Eigenschaften wäre wiederum ein starl:
profiliertes profilblech der Idealfall und hinsichtlich der Erzielung guter Stoßstellenverbindungen
wäre ein das ganze Dach fugenlos überdeckendes Profilblech ohne jede Stoßstellen
der Idealfall; jedoch kann die auftretende Wärmedehnung ein solches Blech zerstören.
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Figur 13 und 14 zeiten nun den vorteilhaftesten Kompromis zwischen
den an ein Kollektordach zu stellenden Anforderungen.
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Profilbleche hesonderer rom ermöglichen den Bau von Dachkollektoren,
welche fUr gute Absorption genügend flach sind, welche eine kostengünstige Gestaltung
des den Unterbau bildenken Teiles erlauben, die äußerst billig zu montieren sind,
deren Wärmedehnungen nicht schaden anrichten, die reven- und schneedicht sind und
in ihrer Gesamtheit sehr günstige Gestehungskosten aufweisen. Die Verhältniszahlen
vom Rippenfuß/Rippenkopf/Rippenhöhe/zum Rippenabstand sind 45/25/25/212.
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Figur 14 zeigt das untere Profilblech 3, welches zu den in Figur 5
dargestellten oberen Profilblechen in den selhen Maßverhältnissen steht, jedoch
mit zusätzlichen Sicken 33 versehen ist. Je nach der Spannweite und je nach der
zu
erwartenden Schneelast sind Blechdlsken von 0,8, 0,9 und 1 mm,
sowohl bei Verwendung von verzinktem Blech wie auch bei Verwendung von Aluminium
zweckmäßig.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Gestaltung des Einlafirohres
für das Wärmetransportmedium ist in Figur 15 dargestellt. Im Gegensatz zu dem, in
Figur 1 dargestellten, sehr billigen und einfachen Wassereinlaßrohr wird das in
Figur 7 beschriebene Wasseretnlaßrohr durch Verwendung von trapezförnigen Profilblechen
gestaltet, wobei die Wasserzuführung ein unten einseitig perforiertes Sp##alrohr
ist, welches zwischen dem oberen und unteren Profilblech eingeklemmt wird und sich
der Profilform anschmiegt. Dabei heben sich die Profilbleche etwa um den Betrag
des Rohrdurchmessers von einander ab.
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Das in Figur 7 beschriebene Wassereinla#rohr weist den Nachteil auf,
daß eine gleichmäßige Benetzung der Oberfläche des Profilbleches im Bereich des
Wassereinlaufes nicht immer gewährleistet wird. Bei vertikalen Fassaden oder bei
Steildächern fAllt dieser Nachteil nicht so sehr ins Gewicht, jedoch wohl bei ziemlich
flachen Dächern.
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In Figur 15 und 16 ist dargestellt, wie dieser Nachteil tberwunden
werden kann. In Figur 15 ist im Schnitt das Ende des unteren Profilbleches 4 über
das obere Profilblech 3 vorstehend gestaltet. Das obere Profilblech 3 ist (um einige
Millimeter) über das untere Profilblech 4 angehoben und dazwischen ein Formstück
35, welches ein Wassereinlaßrohr 36 umschließt, eingeschoben. Figur 16 zeigt solch
ein Formstück 35 in perspektivischer Ansicht. Die Formsttlcke 35 stoßen und überlappen
sich im Bereich eines Steges, damit dort kein Wasser austreten kann. Damit die Innenfläche
der Formstücke sich nicht dichtond aufeinanderlegt, ist es beispielsweise aus genoppten
oder texturierten Alu-Blechen hergestellt, in der Weise, daß eine Beruhrung innen
nur punktweise erfolgt und Wasser zwischen diesen Punkten durch
fliesen
kann. Das Material dazu kann auch Kupferblech, Zinkblech, Kunststoff/Glasfaser usw.
sein.
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Inshesondere bei aus Aluminiumblech bestehenden Kollektoren kann die
Gestaltung des War,sereinlaufrohreti noch weiter verbessert werden. Tn Figur 17
und 18 ist ein Ausführungsbeisc 1 mit einem oberen Profilblech 3 und einem unteren
Profilblech 4 dargestellt, wobei die Blechenden zwischen den Rippen aufgestellt
sind. Dies w7ird in hekannter Weise mit einem Spezialwerkzeug bewerkstelligt. Das
obere Profilblech 3 (Figur17) ist etwas vom Blechende des unteren Profilbleches
4 zurückgezogen. Auf das letztere ist ein nach unten perforiertes Wassereinlaßrohr
7 aufgelegt und befestigt. Anstelle eines runden Rohrquerschnittes kann auch, wie
dargestellt, ein flacher Querschnitt gewählt werden, wodurch eine flachere Firstabdeckung
ermöglicht wird.
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Figur 18 zeigt die Aufbiegung der Enden des oberen Profilbleches 3
in perspektivischer Ansicht. Die Profilbleche 3 und 4 brauchen auf diese Weise nut
mehr Abstand voneinander zu haben, als Wasser durch den Zwischenraum fließen kann.
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Der Wassereinlauf ist hierbei trichterartig gestaltet.
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Fillerblöcke 38 bekannter Art sind zwischen den oberen Profilblechen
und dem Firstblech angeordnet, um das Eindringen von Fremdkörpern zu verhindern.
Insbesondere bei sehr flachen Dächern ist dieser trichterartige Einlauf vorteilhaft.
Um eine Korrosion Zu verhindern, sind sich Fachleute darüber einig, daß Blechdächer
oder Blechfassaden, wie sie in Figur 5 oder 6 dargestellt sind, aus Stahlblechprofilen
S.37 , beiderseitig 400 gr/m² sendtimir-verzinkt (auch bandverzinkt genannt), band-
oder nachbcschichtet, in durchschnittlichen Witterungsverhlltnissen 30 Jahre oder
mehr Lebensdauer erwarten lassen. Dasselbe trifft fUr beschichtete Aluminiumbleche
zu. Diese Erfahrungswerte können etwa auch auf den erfindungsgemäßen Kollektor bezogen
werden. Dieser Kollektor wird als sogenanntes offenes System
betrieben.
Das hei#t, dass das umlaufende Wärmetransportmedium mit der Luft Kontakt hat und
damit auch nit Suuerstoff. Dieser Umstand könnte zu erhöhter Korrosion zwischen
den Blechbahnen führen. Wohl halten Gewächshäuser trotz höchster Luftfeuchtigkeit
Jahrzehntolang, der Fachmann trachtet dennoch darnach, die ltorrosion t.o gering
wie mög-Blech zu halten. Es wird deshalb vorgeschlagen, bei Verwendung von Wasser
als Wärmeträger diesem Wasser Korrosionsinhibitoren zuzufügen. Solche sind z.B.
Äthylen-Glykol-Mischungen oder Korrosionsschutzm#ttel auf der Basis von Natriumbenzoat,
das in Wasser und Glykol gut löslich ist.
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Anstelle von Wasser kann auch Mineralöl nit hoher Viskosität, z.D.
30 bis 50 Verwendet werden. Öl hat ebenfalls einen korrosionshindernden Einfluß
und gefriert im Winter nicht.
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Bei Verwendung von Serartigen Wärmeträgern ist es notwendig, zwischen
den Kollektor und dem Speicher einen Wärmeaustauscher anzuordnen, welcher jedoch
keinen hohen Wirkungsgrad aufweisen muß und deshalb relativ klein und billig sein
kann. Derjenige Energieanteil,der durch den Wärmeaustauscher nicht übertragen wird,
ist nicht verloren, sondern wird den. Kollektor wieder zugeführt. Die erforderliche
Ölmenge ist gering, ca. 1 bis 5 l/lfdm First.
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Die Figuren 19-21 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel.
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Wird Luft als Wärmeträger verwendet, sö können Befürchtungen wegen
#orzeitiger Innenkorrosion ganz entfallen. In diesem Fall wird eine etwas andere
Bauart des Kollektors vorgeschlagen: In Prinzip ist dur Kollektor gleich gebaut
wie gemäß Figur 1 und 9, jedoch beträgt der Abstand zwischen dem oberen Profilblech
3 und dom unteren Profilblech 4 nunmehr einige Zentimeter, z.B. 5 cm, statt bloß
1 mm.
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Gemäß Figur 21 ist auf einer Pfette 40 ein unteres Profilblech 4 in
der figur 13 dargestellten Profilform aufgelegt unten einem Abstand von 5 cm darUber
ein gleiches oberes Profilblech 3 Dazwischen sind in den Pfettonabständen entsprechen
den Abständen Vierkantrohre 41, z.B.
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solche von 25/25 mm eingefügt. Die Profilbleche 3 und 4 (und die Vierkantrohre
41) sind zusammen durch die Stege hindurch mittels Schrauhen 42 auf die Pfetten
40 geschraubt.
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Vorteilhaft werden dabei die Vierkantrohre 41 nicht durchbohrt. Zwischen
den Pfetten oder darüber ist eine Wärmeisolation 43 an das untere Profilblech 3
geklebt. Stöße der Profilblech können mit dauerelastischem Kleber oder mit Polymeren
(Epoxy, PU) gedichtet werden.
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Figur 19 zeigt das untere Ende des mit Tuft betriebencn Dachkollektors
in Längsschnitt. Hier sind die Pfetten 40 ritt der dazwischn angeordneten Wärmeisolation
43 Zll erkennen. Aus den Pfetten 40 liest das untere Profilblech 4 auf und im Abstand
davon das obere Profilblech 3. Dazwischen halten die Vierkantrohre 41 den Abstand.
Diese sind gleich neben den Befestigungsschrauben 42 angeordnet. Am unteren Ende
des oberen Profilbleches 3 ist der Zu- und abluftkanal 4G, 47 angeordnet. Dieser
ist mittels eines Fillerblockes 55 gegen die Außenluft abgedichtet. Regenwasser
kann über das obere Profilblech 4 und den Regen-@ähnel 56 ablaufen.
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Figur 20 zeigt einen Längsschnitt des Kollektors gemäß Figur 19 im
Bereich de3 Dachfirstes. Der Luftaustritt zwischen den Profilblechen 3 und 4 am
oberen Ende wird durch einen dazwischengepreßten Schaumstoffblock 57 verhindert.
Es ist auch ein Fillerblock 55 gegen unerwünschtes Eindringen von Fremdkörpern vorgesehen.
Ein Haltestreifen für den Fillerblock 55 dient gleichzeitig zum Einrasten
des
Eirstbleches. Figur 22 zeigt einen Querschnitt durch die Schikanen 50, 51, 52.
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Normalerweise haben die Profilbleche 3 und 4 genügend Bewegungsfreiheit,
um Wärmedehnungen aufzunehmen. Auch kann sich beim Kollektor für Luft das Profilblech
3 gegenüber dem Profilblech 4 verschieben und dehnen. sind die Bahnen der Profilbleche
aber lang, z.B. über 8 m, so kann es zweckmäßig sein, die Bleche teilweise gemäß
Figur 23 zu beçestlgen, wo ein Gleitschuh im Schnitt dargestellt ist, der aus einen
Kunststoff-Fuß 45 und einem darin gleitbar gelagerten Alunminiumkopf 44 besteht.
Die Höhe dieser <.leitschuhe ist etwa 4 cm und die Länge 8 crn. Sie werden über
etwa einem Drittel der Länge der Profilbleche zwischen dem Profilblech und der Pfette
angeordnet.
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Sind die Bahnen der Profilbleche 3 und 4 lang, so knn es zweckmäßig
sein, anstelle der vierkantrohre 14 solche 41' (Figur 20) mit rundem Querschnitt
ru verwenden. Dies ermöglicht in gewissen Grenzen eine Wärmedehnung des oberen Profilbleches
4, welches von der Wärmedehnung aber unteren Profilble.ches 3 unterschiedlich groß
ist.
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In Figur 22 ist ein Querschnitt durch eine Schikane 51 gezeigt. Der
Zweck solcher Schikanen ist in Figur 24 näher erläutert.
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Figur 24 zeigt einen nachkollektor gemäß Figur 19 hin 21 in kleinem
Maßstab in schematischer Darstellung in Ansicht von oben.
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Die Wirkungsweise ist folgende:
Ein Ventilator 4B
zur 24) drückt Luft vom Speicher oder von Wohnräumen in den Zuluftkanal 46, von
wo diese im Kollektor, den Pfeilen folgend aufsteigt. Bei 47' ist der Zuluftkanal
46 von Abluftkanal 47 abgeschlossen.
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Die durch als Leitbleche gestaltete Schikanen 50, 51, 52 geführte
Luft erwärmt sich bei Sonhenschein und fließt und weiterer Erwärmung an der Schik@ne
52 vorbei in den Abluftkanal 47, von wo sie durch einen weiteren Ventilator 49 wieder
dem Speicher zugeführt wird.
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Diese Anordnung spart Luftkanäle und ermöglicht es, den Kollektor
mit zwei Ventilatoren mit niedereia Druck zu betreiben. Wiederer Druck ist einerseits
energietechnisch vorteilhaft und andererseits sind die dichtungen am Kollektor darin
einfa#ber und billiger zu erstellen.
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Der vorstehend beschriebene Kollektor kann im Sommer Temperaturen
bis zu 70°C erreichen. Da im Winter die Temperatur selten über 50°C steigt, kann
es wünschenswert sein höhere Temperaturen zu erreichen. In diesem Fall ist es vorteilhaft,
eine transparente Abd#ckung anzubringen. Figur 10 zeigt im Schnitt die Befestigung
der transparenten Abdeckung ani Kollektor. Es sind Profilbleche 3 und 4 des Kollektors
zu erkennen. Eine Schraube 64 durchdringt eine Unterlagscheibe 63 und eine blech
scheibe 65, sowie ein kurzes Rohrstück 62. Das Rohrstück ist um gering länger als
die Dicke der Blechscheibe 65 beträgt. Bei angezogener Schraube bleibt die Blechscheibe
65, welcheeinen Schlitz 67 aufweist, in der Richtung der Rippenachse leicht verschiebbar.
Auf mehreren Scheiben 65 ist die transparente Abdeckung 61 aus glasfaserverstärkte
Kunststoff mittels selbstschneidenden Schrauben 66 befestigt. Bei Wärmedehnungen
kann sich die Abdeckung 65 gegenüber dem Kollektor verschieben.