DE2808814A1 - Verfahren und vorrichtung zum speichern und distribuieren von durch sonnenenergie aufgewaermter luft - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum speichern und distribuieren von durch sonnenenergie aufgewaermter luft

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DE2808814A1 DE19782808814 DE2808814A DE2808814A1 DE 2808814 A1 DE2808814 A1 DE 2808814A1 DE 19782808814 DE19782808814 DE 19782808814 DE 2808814 A DE2808814 A DE 2808814A DE 2808814 A1 DE2808814 A1 DE 2808814A1
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Description

Dipur-"^-;'"/.,^ ' - 28088 H
1 ΓοϊΓ«:· .->· 27. Februar 1978
Uelzci-iLv.srgo:- 'Mmiio 53 D/Ke
7ole?on 0S2 2Ο 63 '
Stich ting Bouwcentrum.
Rotterdam, Niederlande.
Weena 700
Verfahren und Vorrichtung zum Speichern und Distribuieren von durch Sonnenenergie aufgewärmter Luft.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erwärmen eines Gebäudes, insbesondere einer Wohnung, mittels Sonnenenergie, wobei die Strahlungswärme der Sonne durch einen Kollektor aufgefangen wird und mittels eines Luftstroms von dem Kollektor den zu erwärmenden Räumen zugeführt wird.
Zum Erwärmen eines Gebäudes, insbesondere einer Wohnung, mittels Sonnenwärme sind verschiedene Systeme bekannt. Wenn zum Transportieren der Wärme von dem Kollektor zu den zu erwärmenden Räumen Luft als Wärmetransportmedium angewendet wird, ist es möglich, die aufgewärmte Luft über Leitungen direkt den betreffenden Räumen zuzuführen, so dass die warme Luft in die Räume einströmen kann.
Oft ist es jedoch erwünscht, die durch den Sonnenkollektor aufgefangene Wärme nicht direkt den betreffenden Räumen zuzuführen, sondern vorläufig zu speichern. Die in dem Sonnenkollektor erwärmte Luft soll dann einer Wärme-
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Speichereinheit zugeführt werden, in der ein Speichermedium die Wärme während der erwünschten Zeitdauer festhalten kann. Als Speichermediuni kann eine Flüssigkeit, wie Wasser, ein Stoff, der unter Zufuhr von Wärme bei einer erwünschten Temperatur von einer festen in eine flüssige Phase übergeht, oder ein fester Stoff, wie Beton, Kies oder Steinschutt, angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System, bei dem in dem Kollektor aufgewärmte Luft den zu erwärmenden Räumen zugeführt wird und in diese Räume einströmt, und wobei es gleichfalls möglich ist, wenigstens ein Teil der von dem Sonnenkollektor aufgefangenen Energie zu speichern, damit während der Perioden, worin die Sonne nicht scheint, die gespeicherte Wärme zum Erwärmen der Räume angewendet werden kann.
Wenn ein solches System in einem Gebiet angewendet wird, in dem nur ein verhältnismässig kleiner Teil der für die Erwärmung benötigten Energie über einen Sonnenkollektor aufgefangen werden kann, ist es zumal wichtig, dass das dazu benutzte Sonnenenergie-Erwärmungssystem billig ist und praktisch keine Wartung erfordert.
Die Erfindung bezweckt ein Verfahren zum Erwärmen eines Gebäudes mittels Sonnenenergie, nach dem in wirksamer Weise Sonnenwärme distribuiert und gespeichert wird, und nach dem das Erwärmen der betreffenden Räume in vorteilhafter Weise erfolgt.
Dazu wird gemäss der Erfindung die Strahlungswärme der Sonne, die durch einen Kollektor aufgefangen und mittels eines Luftstroms von dem Kollektor den zu erwärmenden Räumen zugeführt wird, über eine an die zu erwärmenden Räume grenzende Wärmespeichereinheit transportiert. Dadurch, dass in dieser Weise die Distributionskanäle zu den verschiedenen Räumen in der Wärmespeichereinheit angeordnet werden, welche Einheit gleichfalls an die zu erwärmenden Räume grenzt, wird ein System eines sehr einfachen Aufbaus erhalten, wobei einerseits erwärmte Luft praktisch direkt den zu erwärmenden Räumen zugeführt werden kann, während andererseits ein Ueberschuss an Wärme gespeichert werden kann, und wobei die Räume sowohl durch einströmende Luft wie durch die
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Strahlungswärme der Wärmespeichereinheit erwärmt werden.
Wenn die Sonne zu scheinen anfängt, ist zunächst eine schnelle Benutzung der aufgefangenen Strahlungswärme der Sonne notwendig. Dies ist dadurch möglich, dass man eine verhältnismässig schnelle Luftzirkulation durch den Kollektor und die Speichereinheit zustande bringt, so dass die von dem Kollektor aufgefangene Wärme schnell durch Luft mit einer nicht all zu hohen Temperatur abgeführt wird, welche Luft den gewünschten Räumen zugeführt wird und dabei der Wärmespeichereinheit verhältnismässig wenig Wärme abgibt. Wenn in dieser Weise die gewünschte Temperatur des Raumes bzw. der Räume erreicht worden ist, kann die Umlaufgeschwindigkeit der Luft durch den Kollektor und die Speichereinheit vermindert werden, wodurch die Luft in dem Kollektor auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird und beim Passieren der Wärmespeichereinheit dieser Einheit verhältnismässig viel Wärme abgibt. Die Luftzirkulation kann unter Anwendung eines an sich bekannten Ventilators zustande gebracht werden, welcher Ventilator vorzugsweise regelbar ist und an jeder Stelle in dem System angebracht werden kann, z.B. in einer ergänzenden Lufterwärmungseinheit, die dem Luftstrom, bevor dieser in die Speichereinheit eintritt, zusätzliche Wärme abgeben kann.
Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung kann die Luft die Wärmespeichereinheit von oben nach unten, zentral durchströmen, und sodann über mehr nach aussen liegende Leitungen durch die Wärmespeichereinheit in die betreffenden Räume geführt werden. Der Effekt davon ist, dass die Speicherung der Wärme in der Wärmespeichereinheit in erster Instanz in deren zentralem Teil erfolgt und dass die Luft eine verhältnismässig lange Strecke durch die Speichereinheit zurücklegt. Die Luft kann dabei über regelbare Gitter in die betreffenden Räume einströmen, so dass die Luftzirkulation durch diese Gitter beeinflusst werden kann.
Vorteile des beschriebenen Verfahrens sind u.a. folgende. Die Erwärmung der Räume erfolgt sowohl durch Zufuhr von warmer Luft wie durch Strahlung. Nachdem die Sonne zu scheinen angefangen hat, kann die aufgefangene Wärme schnell dadurch benutzt werden, dass die erwärmte Luft den Räumen direkt zugeführt wird. Trotz der Einfachheit ist doch eine effektive Regelung
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der Menge direkt benutzter Wärme und gespeicherter Wärme möglich. Weil die Speichereinheit zentral in dem Haus und grenzend an die zu erwärmenden Räume angebracht ist, kann ein- sehr hoher Nutzeffekt erhalten werden. Dabei kann die Speichereinheit als ein integrierter Teil des Gebäudes betrachtet werden.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Transportieren und Distribuieren von in einem Sonnenwärmekollektor aufgewärmter Luft nach zu erwärmenden Räumen, welche Vorrichtung gemäss der Erfindung mit Mitteln zum Transportieren der erwärmten Luft von dem Kollektor zu einer Wärmespeiehereinheit versehen ist, welche Wärmespeichereinheit an die zu erwärmenden Räume grenzt und in die zu erwärmenden Räume mündende Leitungen aufweist. Dabei kann gemäss der Erfindung die Wärmespeichereinheit mit einem zentralen Kanal zum von oben urtlnach. unten Führen der Luft versehen sein und mehr nach aussen liegende Kanäle zum Führen der Luft zu den betreffenden Räumen aufweisen. Gemäss einem anderen Kennzeichen der Erfindung kann die Wärmespeichereinheit im wesentlichen aus Kiesbeton bestehen.
Weiter kann gemäss der Erfindung die Speichereinheit aus einer Anzahl auf— einander^geschichteter Elemente bestehen, wobei das oberste Element mit dem Anschluss für die Zufuhr der erwärmten Luft versehen ist. In dieser Weise ist es möglich, die Speichereinheit aus einer Anzahl zuvor hergestellter Bauelemente, die je mit den erforderlichen Leitungen versehen sind, zusammenzusetzen .
Ein grosser Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist, dass diese praktisch keine Wartung erfordert.
Zur Erläuterung der Erfindung wird unter Hinweis auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Wohnung im Schnitt;
Fig. 2 schematisch die in der Wohnung nach Fig. 1 vorhandene Speicher-
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Distributions-Einheit;
Fig. 3 und Fig. 4 Schnitte nach den Linien III-III und IV-IV in Fig. 2; und
Fig. 5 und Fig. 6 sind schematische Grundrisse einer Wohnung.
In den verschiedenen Figuren werden die entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern angegeben. Alle Figuren sind schematische Wiedergaben.
Die Wohnung nach Fig. 1 hat ein Steildach 1, das an der Südseite mit einem Kollektor 2 zum Auffangen der Sonnenstrahlung versehen ist. Dieser Kollektor 2 ist derart ausgebildet, dass die aufgefangene Sonnenwärme der Luft abgegeben wird, die Ober die Leitung 3 in den Kollektor strömt und diesen über die Leitung 4 verlässt. Die Leitung 4 führt die Luft einer Vorrichtung 5 zu, welche Mittel aufweist, der Luft erwünschtenfalls zusätzliche Wärme zuzugeben. Von der Vorrichtung 5 strömt die Luft zu der Wärmespeicherund Distributions-Einheit, welche Einheit aus einem oberen Teil 6, einem Zwischenteil 7 und einem unteren Teil 8 besteht. Die Teile 6, 7 und 8 bestehen aus Kiesbeton und weisen je einen zentralen Durchgang 9 zum Abwärtstransportieren der Luft auf. Die Teile 6, 7 und 8 sind, erwünschtenfalls unter Zwischenfügung eines Abdichtungs- oder Haftmittels, aufeinandergeschichtet. Der obere Teil 6 ist an die Vorrichtung 5 angeschlossen und der untere Teil 8 ist an der Unterseite mit einem Umkehrraum 10 versehen, in dem die über den zentralen Durchgang 9 zugeführte Luft ihre Strömungsrichtung umkehrt, welche Luft sodann über eine Anzahl Leitungen 11 aufwärts strömt und über Ausströmungsöffnungen 12 in die betreffenden Räume einströmt. Die Leitungen 11 liegen in bezug auf den zentralen Durchgang 9 etwas mehr nach aussen und münden in Sammelleitungen 13, die, wie aus Fig. 4 deutlich hervorgeht, um den zentralen Durchgang 9 herum angeordnet sind. Von den Sammelleitungen 13 kann die Luft über die Mündungen 12 in die Räume strömen. Die Speichereinheit kann, wie in Fig. 3 und 4 wiedergegeben, einen quadratischen Querschnitt von z.B. 90 cm χ 90 cm haben. Die Speichereinheit kann selbstverständlich jede andere Form haben und z.B. rund oder rechteckig sein.
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Mit den Pfeilen wird in den Figuren 1 und 2 die Luftströmung angegeben. Geraäss Fig. 1 strömt die Luft in der Nähe der Decke in jeden Raum 14 ein, während die Luft über die Leitung 3 die Räume verlässt, wie mit den Pfeilen 15 angegeben wird. Die Luftabfuhr aus den Räumen 16 kann gleichfalls über ein nicht wiedergegebenes Leitungssystem erfolgen.
Die Figuren 5 und 6 zeigen Grundrisse von Wohnungen, die mit der erfindungsgemässen Wärmespeichereinheit erwärmt werden. Dabei sind die Räume derart angebracht, dass jeder Raum an einen Teil von wenigstens einer Wärmespeichereinheit 17 grenzt, welche Einheiten schematisch durch schraffierte Quadrate wiedergegeben-sind. In dieser Weise werden die Räume auch durch Strahlungswärme erwärmt.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Sobald die Sonne zu scheinen anfängt, wird durch einen nicht in der Figur wiedergegebenen Ventilator Luft durch den Kollektor 2 geblasen. Die in dem Kollektor 2 aufgewärmte Luft passiert sodann die Vorrichtung 5, in der die Luft gegebenenfalls auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird. Sodann durchströmt die warme Luft die Speicher- und Distributionseinheit 17, zunächst von oben nach unten über den zentralen Durchgang 9 und danach über den Umkehrraum 10 und die Leitungen 11 in Aufwärtsrichtung. Von der Sammelleitung 13 strömt die Luft dann über Ausströmungsöffnungen 12 in die zu erwärmenden Räume. Diese Ausströmungsöffnungen können mit regelbaren Luftgittern versehen sein.
Nachdem die Sonne zu scheinen angefangen hat, ist es zunächst von Belang, dass die von dem Kollektor aufgefangene Wärme möglichst schnell zum Erwärmen der betreffenden Räume benutzt wird. Dazu kann verhältnismässig schnell Luft durch den Kollektor geführt werden, was zur Folge hat, dass die aufgefangene Wärme schnell mittels Luft mit verhältnismässig niedrigem Temperaturniveau, z.B. 35 C, abgeführt wird. Dabei wird beim Durchströmen der Wärme-Speicher- und Distributionseinheit dieser Einheit verhältnismässig wenig Wärme abgegeben, so dass die Räume "direkt erwärmt" werden. Nachdem die Räume in genügendem Masse auf Temperatur gebracht worden sind, so dass nur noch Wärme zur Aufrechterhaltung dieser Temperatur notwendig
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ist, kann die Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch den Kollektor vermindert werden, so dass der Luftstrom ein verhältnismässig hohes Temperaturniveau, z.B. 90 C erreicht, so dass anschliessend die Speicherund Distributionseinheit derart durchströmt wird, dass die Luft dem Beton der Einheit die Wärme zum grossten Teil abgibt. Die Luftzirkulation kann mit einem regelbaren Ventilator, gegebenenfalls in Zusammenarbeit mit regelbaren, in den Ausströmungsöffnungen 12 angebrachten Luftgittern, gesteuert werden. Mittels dieser Gitter kann der Wärmestrom je Raum geregelt werden.
Die Wärme kann erwünschtenfalls in Form von Strahlungswärme in die Räume eintreten, was dadurch erreicht werden kann, dass die Aussenwand der Einheit gegebenfalls, etwa stellenweise, mit einer Isolierschicht versehen wird. Auch ist es möglich, zur Regelung der Strahlungsmenge, die Isolation steuerbar zu beeinflussen, z.B. mit einem bewegbaren Isolationsschirm.
Wenn die Sonne nicht scheint, kann man die in der Speichereinheit vorhandene Wärme dadurch den Räumen zuführen, dass man eine gleiche Luftströmung, wie eher beschrieben, zustande bringt. Dabei braucht der Luftstrom nicht durch den Kollektor geführt zu werden.
Wenn die Erwärmungsvorrichtung 5 mit einem Ventilator zum Lufttransport versehen ist, kann dazu die Leitung 4 entkuppelt werden, so dass durch die Vorrichtung 5 direkt Innenluft angesaugt wird.
Es wird klar sein, dass erwünschtenfalls die Länge der Leitungen in dem Speichersystem geändert werden kann, z.B. durch Aenderung der von der Luft zurückzulegenden Strecke. Dabei kann die Luft z.B. die Einheit mehrmals in Vertikalrichtung durchströmen.
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Claims (1)

  1. 28088H
    ANSPROECHE
    1» !Vorrichtung zur Benutzung von Sonnenwärme zum Erwärmen eines Gebäudes, \_y umfassend einen Kollektor und eine Speichereinheit und versehen mit Mitteln zum Transportieren von erwärmter Luft von dem Kollektor zu der Speichereinheit, sowie mit Mitteln zum Transportieren und Distribuieren der in dem Kollektor erwärmten Luft nach zu erwärmenden Räumen in dem Gebäude, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart mit dem Gebäude zusammengebaut ist, dass die Wärmespeichereinheit an wenigstens eine Anzahl der zu erwärmenden Räume grenzt und mit Leitungen versehen ist, die in diese Räume münden, während die Mittel zum Transportieren und Distribuieren der in dem Kollektor erwärmten Luft derart konstruiert sind, dass im Betrieb der Transport zu den Räumen über die Speichereinheit erfolgt.
    . 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmespeichereinheit mit einem zentralen Kanal zum von oben und nach unten Führen der Luft und mit mehr nach aussen liegenden Leitungen zum Führen der Luft zu den Räumen versehen ist.
    3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmespeichereinheit im wesentlichen aus Kiesbeton besteht.
    4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichereinheit aus einer Anzahl aufeinandergeschichteter Elemente besteht, wobei das oberste Element mit einem Anschluss für die Zufuhr der erwärmten Luft versehen ist.
    5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Räume mündenden Leitungen mit regelbaren Gittern versehen sind.
    6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicher- und Distributionseinheit ein integrierter Teil des Gebäudes ist.
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    , 7. V7ärmespeichereinheit oder zusammensetzender Teil davon, zur Anwendung
    in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6.
    8. Verfahren zum Erwärmen eines Gebäudes, insbesondere einer Wohnung, mittels Sonnenenergie, wobei die Strahlungswärme der Sonne durch einen Kollektor aufgefangen wird und mittels eines Luftstroms von dem Kollektor den zu
    erwärmenden Räumen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der
    Transport über eine an die zu erwärmenden Räume grenzende Wärmespeichereinheit erfolgt.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft zentral durch die Wärmespeichereinheit von oben nach unten geführt wird und
    sodann über mehr nach aussen liegende Leitungen durch die Wärmespeichereinheit den betreffenden Räumen zugeführt wird.
    10. Verfahren nach den Ansprüchen 8-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft über regelbare Gitter in die betreffenden Räume geführt wird.
    809836/077S
DE19782808814 1977-03-04 1978-02-27 Verfahren und vorrichtung zum speichern und distribuieren von durch sonnenenergie aufgewaermter luft Withdrawn DE2808814A1 (de)

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