DE2802682A1

DE2802682A1 - Dachziegel und zugehoerige anordnung fuer die gewinnung der sonnenenergie

Info

Publication number: DE2802682A1
Application number: DE19782802682
Authority: DE
Inventors: Heiner Bauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Bauer Peter 8501 Seligenporten De
Priority date: 1978-01-21
Filing date: 1978-01-21
Publication date: 1979-07-26

Description

"Dachziegel und zugehörige Anordnung für die
Gewinnung der Sonnenenergie" Die Erfindung betrifft einen Dachziegel, sowie eine dazugehörige Anordnung für die Gewinnung der Sonnenenergie, wobei der Dachziegel hohl ausgebildet ist und mit einem Zu- und einem Abfluß für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluids versehen ist. Zur Ausnutzung der Sonnenenergie ist eine Vielzahl von Vorschlägen bekannt, die jedoch in der baulichen Ausführung zu teuer, sowie für die Baugestaltung, insbesondere die architektonische Gestaltung nicht tragbar und darüber hinaus auch störanfallig sind. Beispielsweise ist es aus der DE-OS 2 309 307 bekannt, unter einem mit Ziegel gedeckten Dach ein Rohrsystem vorzusehen, durch das Wasser strömt. Hierbei wird die Sonneneinstrahlung zur Aufwärmung des Wassers in den Rohren genutzt. Diese Anordnung ist aufgrund der sehr hohen Wärmeverluste äußerst unwirtschaftlich.
Aus der DE-OS 2 529 095 kennt man ein Plattenelement, gegebenenfalls auch in Ziegelform, gemäß eingangs genannter Gattung der Erfindung. Dieses Plattenelement ist mit einem Hohlraum versehen, durch den das zu erwärmende Fluid strömen kann. Die im Einbauzustand obere Wand soll die Sonnenwärme absorbieren und an das in dem darunter befindlichen Hohlraum strömende Fluid abgeben.
Auch diese Anordnung hat einen sehr schlechten thermischen Wirkungsgrad und ist daher unwirtschaftlich, da die aus Blech bestehende obere Wand die aufgenommene Energie zum großen Teil wieder nach außen abgibt, z.B.
an einen darüberstreichenden Wind. Außerdem besteht ein sehr hoher Wärmeübergangswiderstand zu dem darunter fließenden Fluid, da sich in der Regel zwischen dem Fluid und der darüber befindlichen Wand ein als Wärmeisolator wirkender Luftraum befindet. Wollte man dagegen zwecks Vermeidung eines solchen Luftraumes den Ziegelhohlraum vollständig mit dem Fluid ausfüllen, so müßte ein entsprechender Druck vorgesehen sein und, es ergäben sich für die Praxis nicht lösbare Dichtungsprobleme.
Ferner ist beim Gegenstand der DE-DS.2 529 095 eine starre Verbindung der Plattenelemente miteinander vorgesehen. Da sich aber die Plattenelemente aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen und insbesondere bei Verwendung von Blech für die obere, wärmeabsorbende Wand relativ stark ausdehnen und wieder zusammenziehen werden, ist eine solche starre Verbindung für die Praxis nicht brauchbar. Schließlich hat die Ausbildung der oberen und damit außen gelegenen Ziegelwand aus Blech den Nachteil, daß dieses Material verhältnismäßig rasch durch die Witterungseinflüsse beschädigt, zumindestens unansehnlich wird und darüberhinaus auch architektonisch äußerst unschön wirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Dachziegel zu schaffen, der mit relativ geringen Kosten herstellbar ist und eine gute Ausnutzung der Sonnenenergie, d. h. Umsetzung in Erwärmung des Fluids, z. B. Wasser, ermöglicht und eine weitgehende Anpassung an die übliche architektonische Gestaltung und das Aussehen von Ziegeldächern ermöglicht, wobei zugleich die dazugehörige Anordnung ebenfalls mit geringen Kosten herstellbar ist. Dabei wird auch das Ziel angestrebt, die Dachziegel und die zugehörige Anordnung ohne allzu große Umrüstungskosten nachträglich an schon vorhandene Dächer anbringen zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung in erster Linie vorgeschlagen, daß die im Einbauzustand oben liegende Wand des Dachziegels zumindest auf einen Teil ihrer Fläche durchsichtig ist und daß die im Einbauzustand untere Wand des Dachziegels zumindest auf einem Teil ihrer Fläche an ihrer der oberen Wand zugekehrten Seite als Wärmeabsorber, z. B. geschwärzter Körper, ausgebildet ist, über den das Fluis läuft, wobei die durchsichtigen und wärmeabsorbenden Wandteile übereinander angeordnet sind. Ein solcher Dachziegel ist mit einem fabrikatorisch verhältnismäßig einfachen Aufwand und in den üblichen nachziegelformen (z. 6 Biberschwanzzi-egel, Falz- und Strangfalzziegel und "Mönch und Nonne") herstellbar. Die nahezu ungehindert durch den durchsichtigen oberen Wandteil durchströmende Sonnenenergie wird von dem absorbenden Teil der unteren Wand gespeichert und an das darüber fließende Fluid, z. B. Wasser, abgegeben. Hierdurch wird ein um ein Vielfaches höherer thermischer Wirkungsgrad als bei den erläuterten, vorbekannten Einrichtungen erzielt. Wärmeverluste durch Ausstrahlung nach außen treten praktisch nicht auf. Da das Fluid unmittelbar die wärmeabsorbende Fläche der unteren Wand berührt, ist ein direkter Wärmeübergang von dort auf das Fluid möglich. Das Fluid kann daher drucklos, aufgrund seines Eigengefälles von oben nach unten durch.die Ziegel und von einem Ziegel in den anderen fließen, da es nicht den gesamten Hohlraum des Ziegels ausfüllen muß, was wie erläutert die Erzeugung eines Druckes zwischen Fluid und Ziegel erfordern würde. Die hiermit entstehenden Dichtungsprobleme wären aber in der Praxis nicht lösbar, da die Ziegel nicht starr miteinander verbunden sein dürfen, sondern so zu verlegen sind> daß sie bei Temperaturschwankungen sich gegeneinander bewegen können.
Die erfindungsgemäßen Ziegel können auf eine schon bestehende oder eine neu geschaffene Verlattung verlegt werden, wobei sie die ganze Fläche oder auch nur die Teilfläche eines Daches bedecken können. Sie unterscheiden sich insoweit nicht von den herkömmlichen Dachbedeckungsarten. Werden bei Einbau einer Fläche aus erfindungsgemäßen Ziegeln in ein vorhandenes Dach Teilflächen dieses Daches in der bisherigen Ziegelabdeckung beibehalten, so müßte lediglich die alte Lattung an den Stellen aufgedoppelt werden, an denen die bisherigen Ziegel weiterverwendet werden sollen, da diese eine geringere Dicke als die Ziegel nach der Erfindung haben werden. Damit ist die Erfindung unter anderem für die Ausgestaltung schon vorhandener Häuser und vor allem auch kleinerer Häuser einsetzbar. Sie kann aber auch für die Aufbringung von Grundwärme in Wasserversorgungsanlagen und dergleichen verwendet werden. Die einzige Voraussetzung ist, daß eine schrägliegende, in der Sonneneinstrahlung liegende Dachfläche zur Verfügung steht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der durchsichtige Teil der oberen Wand als luftgefüllte Zelle ausgebildet, die von zwei übereinander liegenden durchsichtigen Wänden gebildet ist, wobei diese Wände bevorzugt einen geringen Abstand voneinander haben. Damit wird eine Art Strahlenfalle geschaffen, so daß ein möglichst großer Spektrumsbereich kurzwelliger Sonnenstrahlung durch die durchsichtigen Wände hindurchgelassen und vom Absorber aufgefangen wird, jedoch in umgekehrter Richtung die Wärmestrahlung im langwelligen Bereich an einem Wiederaustreten gehindert wird.
Darüberhinaus schafft diese Doppelwandung mit der dazwischen befindlichen Luftschicht eine zusätzliche Isolation gegen ein Abstrahlen der im Hohlraum zwischen diesen Wänden und der Absorberfläche befindlichen Wärme nach außen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der nachfolgenden Beschreibung und den dazugehörigen Zeichnungen von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1: Perspektivisch eine Teilfläche eines nach der Erfindung ausgestalteten Daches, Fig. 2: ebenfalls perspektivisch eine Innenansicht eines Dachstuhles mit Ziegel und Anordnung nach der Erfindung, Fig. 3: in einem Längsschnitt gemäß der Linie A-B in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 4: in einem Längsschnitt gemäß Fig.3, aber nur in einer Teildarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 5 weitere Ausführungsmöglichkeiten und 6: der Erfindung bei anderen Ziegelarten.
Die Dachziegel, in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis-4 in Form von sogenannten Biberschwänzen, sind gemäß Ziffer 1 wie übliche Dachziegel auf der Lattung 2 eines Dachstuhles 3 aufgelegt. Sie sind dabei zueinander beweglich, um Wärmedehnungen ausgleichen zu können. Die nach der Erfindung ausgebildeten Ziegel können entweder die ganze Dachfläche, oder nur einen Teil derselben bedecken. Der letztgenannte Fall ist in der Zeichnung dargestellt. Die gemeinsame Zufuhrleitung 4 destduelds, z.B.
Wasser, ist durch einzelne Zuleitungen 5 mitJesiner Öffnung 6 oder einem nicht dargestellten Einlaßstutzen eines nach der Erfindung ausgebildeten Ziegels 11 verbunden. Das Fluid fließt durch den Hohlraum 7' dieses Ziegels über einen Hohlzapfen 8'in den Hohlraum 7 des nächsten Ziegels usw., bis es schließlich aus dem Zapfen 8 des untersten Ziegels in eine Abflußleitung 9 gelangt und von dort in den gemeinsamen Abfluß 10, der zum Wärmespeicher führt. Dies könnte ein Boiler, eine Heizung, ein Energiesammler, eine Wärmepumpe und dergleichen mehr sein. Die Zufuhr des kalten Fluids zur Leitung 4 erfolgt mittels einer Pumpe. In den Leitungen 5 und in den Hohlräumen der Ziegel fließt das Fluid aber ohne Druck.
Die obere Wand bzw. ein Teil dieser oberen Wand 11 jedes Ziegels ist durchsichtig, z. 6. aus Glas. Die untere Wand 12 jedes Ziegels ist an seiner der oberen Wand 7 zugekehrten Fläche, zumindest unterhalb des durchsichtigen Teiles der oberen Wand, mit einem Absorber bzw. einer Absorberschicht 13 versehen, z. B.
geschwärztem Aluminium, das die Hitze der Sonnenstrahlung sammelt. Das vom Kaltwasserrohr 4 kommende Fluid fließt nun in einer dünnen Schicht über die heißen Absorber bzw. Absorberschichten 13 und gelangt entsprechend erwärmt in das Warmwassersammelrohr 10.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist die obere, durchsichtige Wand 11 einschichtig. Sie könnte aus einem besonders isolierenden Material oder aus Glas mit Lufteinschlüssen bestehen. Gemäß der in Fig. 4 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die obere Wand aus zwei Wänden 11a und lib, die voneinander einen verhältnismäßig geringen Abstand c aufweisen. Der Hohlraum 14 zwischen den beiden durchsichtigen Wänden oder Scheiben 11a, 11b isoliert den Hohlraum 7 besonders gut nach außen ab. In diesem Ausführungsbeispiel sind also innerhalb des Ziegels zwei übereinander befindliche Zellen vorgesehen. Der Ziegel kann in üblicher Weise aus Ton bestehen, wobei an seine Seitenwände 15 die durchsichtigen Wände 11, bzw. 11a und 11b fest angebracht sind. Der Dachziegel könnte aber auch aus anderem Material hergestellt sein, z. B. aus AIuminium.
Wie oben bereits erwähnt und aus Fig. 1 ersichtlich, wird man zweckmäßigerweise nur den freien, sichtbaren Ziegelteil 11 gemäß der Erfindung ausgestalten, nicht aber den weiter höher liegenden, vom jeweils darüber befindlichen Ziegel abgedeckten Ziegelteil 16.
Wie erwähnt, wird als bevorzugtes Fluid Wasser vorgesehen. Man könnte aber auch ein anderes Fluid nehmen, falls dies erwünscht ist. Auch besteht die Möglichkeit, die Menge der pro Zeiteinheit über die Absorberschichten fließende Flüssigkeit in Anpassung an die Außentemperaturen und das Ausmaß der jeweiligen Sonneneinstrahlung zu verändern.
Die Hohlzapfen 8 greifen in Schlitze oder Aussparungen 17 ein, die gegenüber dem Zapfen größer dimensioniert, z. B. langgestreckte Schlitze sein können. Diese Lochschlitze 17 ermöglichen eine Relativbewegung der aufeinanderliegenden Dachziegel nach oben und zur Seite hin. Eventuell könnte zur Schmutzabdichtung um die Zapfen jeweils Mogummiringe gelegt sein. Das Eigengewicht der aueinanderliegenden Dachziegel ergibt ein dichtes Dach, wobei sie aber mit den o.g. Bewegungsspielraum aufeinander liegen.
Das vorstehend am Beispiel von Dachziegeln in Form von Biberschwänzen geschilderte Prinzip der Erfindung kann sinngemäß in der gleichen Weise bei anders geformten Ziegeln verwirklicht werden. So zeigt Fig. 5 Ziegel in Form von "Nonne " 18 und "Mönch" 19, wobei durch Ein- oder Zweifachwände 11> bzw. 11a und 11b für eine durchsichtige Abdeckung des Hohlraumes der Nonnen und ebenfalls eine schwarze Absorber-7/gesorgt ist und ebenfalls schicht oder Fläche 13 vorgesehen ist. Fig. 6 zeigt schematisch einen Felzziegel 20 mit Absorberschicht 13 und einer durchsichtigen Wand 11) bzw. 11a, lib, die in die Falze eingesetzt ist. Auch diese Wand kann ein- oder zweischichtig sein. Der Hohlraum ist ebenfalls mit 7 beziffert; Im übrigen gelten die zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 geschilderten Vorteile, Merkmale und Anordnungen sinngemäß auch für die Ausführungsbeispiele der Fig. 5 und 6.
Die optische Wirkung nach der Erfindung ausgestalteter Dachziegel ist annähernd gleich der Wirkung von normalen Dachziegeln. Die durchsichtigen Dachziegelteile sind zwar etwas heller als die übrigen, nicht durchsichtigen Teile. Sie wirken åber nicht so hell oder durchsichtig wie ein üblicher Glasziegel, da die dunkle Fläche des Absorbers hindurchscheint.
- Ansprüche

Claims

Patent- und Schutzansprüche Dachziegel und zugehörige Anordnung für die Gewinnung der Sonnenenergie, wobei der Dachziegel hohl ausgebildet ist und mit einem Zu- und AbfluB für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluids versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die im Einbauzustand oben liegende Wand (11; Ila) des Dachziegels zumindest auf einem Teil ihrer Fläche durchsichtig ist und daß die im Einbauzustand untere Wand t12) des Dachziegels zumindest auf einem Teil ihrer Fläche an ihrer der oberen Wand zugekehrten Seite als Wärmeabsorber £13), z. B.

in Form einer dunklen oder schwarzen Beschichtung, ausgebildet ist, über den das Fluid läuft, wobei die durchsichtigen und die wärmeabsorbenden Wandteile übereinander angeordnet sind.
2. Dachziegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtige obere Wand, bzw. der entsprechende Wandteil als luftgefüllte Zelle (14) von bevorzugt geringer Stärke (-10) ausgebildet ist, die von zwei übereinanderliegenden durchsichtigen Wänden oder Wandteilen (11a, leib) gebildet ist.
3. Dachziegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daB die durchsichtige obere Wand oder Wandteil t11, ?la, 11b) mit der Seitenwand (15) des Ziegels fest verbunden ist, insbesondere in der Ausbildung des Dachziegels als Biberschwanz-Ziegel.
4. Dachziegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Dachziegeln in Form von "Mönch und Nonne" zwischen den oberen Kanten der "Nonne" (18) eine durchsichtige Wand (113 lla, 11b) vorgesehen ist, auf der sich der "Mönch" (19) abstützt, wobei die nach oben gewandte Seite der "Nonne" mit der Absorbtionsschicht (13) versehen ist.
5. Dachziegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Dachziegels aisytalzziegei durchsichtige Wand oder Wandteil (11J 11a, 11b) unter Bildung eines Zwischenraumes (7) sich in die Falze abstützt und die nach oben gekehrte Seite des Ziegels (2.0) mit der Wärmeabsorbtionsschicht (13) versehen ist.
6. Dachziegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellung des Dachziegels aus starren Werkstoff (Ton, Metall) die Dachziegel so übereinandergelegt sind, daß sie nach oben und zur Seite sichvrelativ zueinander bewegen können, wobei ein Ablaufzapfen (8) des jeweils oberen Dachziegels in eine dem gegenüber größere, z. B. schlitzförmige Einlaßöffnung (17) des jeweils darunter liegenden Dachziegels eingreift, wobei der jeweilige Ablaufzapfen (8) und die schlitzförmige Einlaßöffnung (17) mit dem zugehörigen Hohlraum (7, 7') des Ziegels verbunden sind.
7. Dachziegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere durchsichtige Wand, bzw. der Wandteil t wärmeisolierend ausgebildet ist, z. B. aus einem mit Luftblasen gefüllten Glas besteht.
8. Dachziegel und zugehörige Anordnung, bei der das Fluid in der Fallinie durch die Dachziegel hindurchläuft nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von einem gemeinsamen Kaltwasserrohr (4) Anschlußleitungen (5) an Zuleitungsöffnungen oder Stutzen (6) des jeweils höchst gelegenen Ziegels (1') einer in Fallinie verlaufenden Ziegelreihe führen und daß der Abfluß durch Leitungen t9) von einer Austrittsöffnung bzw. einem Austrittszapfen (8) des jeweils untersten Dachziegels der Ziegelreihe zu einem gemeinsamen Warmwasserrohr (10) geführt sind.
9. Dachziegel und zugehörige Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (4, 5, 9, 10) am Dachstuhl (3) angebracht sind.
10. Dachziegel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der in Einbaulage oberste Ziegel (1') im Bereich seiner oberen Kante die Anschlußöffnung (6) oder einen entsprechenden Stutzen aufweist und daß sich von hier aus der Hohlraum t7') bis zu seinem in der Nähe seiner unteren Kante gelegenen Auslaufzapfen t8') erstreckt.

Dachziegel nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch ge-'kennzeichnet, daß in der Fallinie der Ziegel betrachtet der zweite und die nachfolgenden Ziegel in ihrer oberen Wand die Zuflußöffnung (17) und an ihrer unteren Wand den Abflußzapfen (18) aufweisen, wqbei sich der Hohlraum (7) dazwischen erstreckt.