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Sonnenkollektor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenkollektor mit einer die
Sonnenstrahlen aufnehmenden oberen Fläche und einer unteren im Abstand hierzu liegenden
auf dem Dach aufliegenden Fläche, zwischen denen ein die Wärme ableitendes Mittel
wie Wasser angeordnet ist, das durch Leitungen einer Heizung oder einem Wärmespeicher
zugeführt wird, wozu in den Zwischenraum führende Zulauf- und Ablaufleitungen angeordnet
sind.
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Es sind bereits die verschiedensten Sonnenkollektoren dieser Art bekannt,
unter anderem können die Flächen hierbei auch aus elastischem, halbelastischem oder
steifem Kunststoff bestehen.
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Es hat auch nicht an Bemühungen gefehlt, diese bekannten Sonnenkollektoren
möglichst preisgünstig zu erstellen, damit die Rentabilität gegeben ist. Dabei war
aber stets erforderlich, eine große Anzahl von Leitungen zwischen der oberen die
Sonnenstrahlung aufnehmenden Fläche und der unteren Fläche anzuordnen oder in die
obere oder untere Fläche
zu integrieren. Dadurch sind erhebliche
Kosten entstanden, weil solche Rohrleitungen gemäß dem Stand der Technik immer für
einen bestimmten Leitungsdruck ausgelegt sein mußten.
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Außerdem ist man bestrebt, eine möglichst große Anzahl derartiger
Leitungen zu verlegen, weil zu . durch eine Vielzahl zwischen diesen Flächen verlegten
Leitungen natürlich mehr Wärme übertragen werden kann als durch weniger Leitungen.
Aus wirtschaftlichen Gründen war aber erforderlich, die Kollektorfläche zu begrenzen,
so daß in der Regel nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Daches mit einer Sonnenkollektorfläche
belegt gewesen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben,und
den Sonnenkollektor der eingangs erwähnten grt so zu verbessern, daß er ohne die
Anordnung von Druckleitungen zwischen den Kollektorflächen auskommt und daher äußerst
preisgünstig erstellt werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, daß im
wesentlichen nur eine Zulauf-Wärmetauscherleitung im Bereich des Dachfirstes des
Gebäudes zwischen den beiden Flächen angeordnet ist und daß der Ablauf drucklos
unter Verteilung der Flüssigkeit über den größten Teil der unteren Fläche geregelt
ist.
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Dadurch können die Flüssigkeitsleitungen im Bereich zwischen den Kollektorflächen
ganz entfallen, weil eine Druckbeaufschlagung im Bereich zwischen den Flächen gar
nicht erfolgt, sondern die Flüssigkeit läuft drucklos ab. Bekanntlich sollen die
Sonnenkollektorflächen einen Winkel von z.B. 600 aufweisen, und über einen so starken
Anstellwinkel kann natürlich die Wärmetauscherflüssigkeit ohne den mindesten Zufuhr-Leitungsdruck
abfließen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die untere
Fläche zur Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit und Verteilung der Flüssigkeit
aufgeraut ist.
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Falls die Unterfläche völlig glatt sein würde, würde die Flüssigkeit
nämlich zu schnell abfließen.
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Hierzu kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch noch vorgesehen
sein, daß die untere Fläche mit einem Muster von zahlreichen Vertiefungen wie kleinen
Sacklöchern versehen ist.
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Besonders vorteilhaft ist weiter, daß zwischen der oberen und unteren
Fläche eine flüssigkeitsdurchlässige aber den Durchlaß hammende Schicht angeordnet
ist.
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Dabei kann diese Schicht durch ein gitterförmiges Gewebe gebildet
sein. Z.B. kann es sich um ein Kunststoff-Vlies handeln. Dabei muß diese Zwischenschicht
nicht sehr stark ausgebildet sein, es kann sich z.B. um eine "Folie" handeln, die
lediglich 1 - 2 mm Stärke aufweist.
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Durch die Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Sonnenkollektor
aus endlosen Kunststoff-Bahnen gebildet ist, die an beiden Seiten miteinander verschweißt
sind. Hierbei können an den Seiten der Bahnen Befestigungsstreifen freigelassen
sein, um die Bahnen aneinander und/oder mit dem Dach zu befestigen, z.B. anzunageln,
Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Sonnenkollektor außerordentlich preisgünstig
erstellt werden, so daß in Jedem Falle möglich ist, die gesamte der Sonne zugewandten
Fläche des Daches mit dem erfindungsgemäßen Sonnenkollektor zu belegen. Die Verbilligung
tritt auch dadurch sehr wesentlich ein, daß der Sonnenkollektor gleichzeitig als
Dachbelag ausgebildet ist, so daß ein zusätzlicher Dachbelag entfällt.
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Schließlich kann auch der Antrieb der Förderpumpe für die Wärmeaustauschflüssigkeit
von der Temperatur der Flüssigkeit in der Rücklaufleitung beeinflußt sein. Dadurch
wird
unnötige Pumpearbeit vermieden, und es kann auch die Pumpe
ganz abgeschaltet werden, wenn die Sonneneinstrahlung ein bestimmtes Ausmaß unterschritten
hat.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung.
In dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht auf das Dach eines Hauses mit
dem Erfindungsgegenstand und Fig, 2 einen Schnitt durch den Sonnenkollektor, schematisch,
Fig, 1 zeigt ein Dach 12 eines Gebäudes, in dessen First nur eine Zulauf -Leitung
1 für die Wärmeaustauschflüssigkeit angeordnet ist. Durch die Steigleitung 13 wird
diese Flüssigkeit mittels der Pumpe 10 aus dem Behälter 14 in diese First-Leitung
1 gefördert.
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Von hier aus läuft die Wärmetauscherflüssigkeit zwischen den beiden
Flächen 2 und 3, nämlich durch die flUssigkeitsdurchlässige Schicht 4 nach unten
in die Auffangrinne 15, die vergleichbar einer Dachrinne ist, Jedoch mit den beiden
Flächen 2 und 3 dicht verschweißt ist. Gemäß der Erfindung
sind
in dieser Zwischenschicht 4 keinerlei Leitungen im herkömmlichen Sinne angeordnet,
wie später noch erläutert wird, Durch die Ablaufleitung 11 gelangt die Flüssigkeit
nun in Richtung des Pfeiles 16 in den Behälter 14 oder einen anderen Teil der Heizung
zurück.
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Die Fördergeschwindigkeit der Pumpe 10 ist durch einen Temperaturfühler
in der drucklosen Rücklaufleitung 11 geregelt.
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Wenn bei starker Sonneneinstrahlung eine höhere Temperatur zu verzeichnen
ist, wird mehr Flüssigkeit durch die Pumpe, lo gefördert. Wenn aber ein gewisses
Maximum an Sonneneinstrahlung unterschritten ist, dann wird die Pumpe entweder entsprechend
langsamer fördern oder ganz abgeschaltet werden. Regelvorrichtungen dieser Art sind
dem Fachmann geläufig und müssen daher nicht im einzelnen beschrieben werden.
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Der Einbau einer solchen Regelvorrichtung zeigt auch noch den weiteren
Vorteil, daß im Winter, wenn ein gewisses Minimum an Sonneneinstrahlung unterschritten
ist, unter Umständen ein Einfrieren der im wesentlichen aus Wasser bestehenden Wärmetauscherflüssigkeit
eintritt. Dies kann zumindest im Bereich zwischen den beiden Flächen 2 und 3 in
Kauf genommen werden, weil das Wasser bei entsprechender Sonneneinstrahlung
sofort
wieder auftauen wird und während des Gefrierens ohnehin nicht beabsichtigt ist,
die Anlage in Betrieb zu nehmen.
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Fig. 2 zeigt die Einzelheiten des erfindungsgemäßen Sonnenkollektors.
Er besteht ganz allgemein bei dieser Ausführungsform aus endlosen Kunststoffbahnen.
Die obere die Strahlung aufnehmende Bahn 2 ist in bekannter Weise gegen W-Strahlung
gesichert und in der Regel zur Aufnahme der Sonnenstrahlung schwarz gehalten. Die
untere Kunststoffbahn 3 ist nun an beiden Bahnseiten mit der oberen Bahn verschweißt.
Links und rechts sieht man in dieser Schnittdarstellung die Schweißstellen 5 a und
5 b. Dazwischen sieht man ein z,B. gitterförmiges Gewebe 4 wobei es sich um ein
Kunststoff-Vlies handeln kann. Zu beiden Seiten sind ferner Befestigungsstreifen
6, 7 und rechts 8, 9 der Bahnen 2 und 3 freigelassen, um die Bahn auf dem Dach z.B.
anzunageln. Natürlich ist auch Jede andere Befestigungsart möglich. Z,B. ist bekannt,
die Befestigung mittels Aluminiumprofilen vorzunehmen. Dies muß für den Fachmann
nicht im einzelnen erläutert werden. Die Bahnen werden in ihrer Längsrichtung vom
First 1 bis zu der Auffangrinne 15 in der Regel durchgehend angeordnet, so daß sie
sehr leicht Jeder beliebigen Dachgröße angepaßt werden können und dann das gesamte
der Sonne zugewandte Dach abdecken. Natürlich
können auch nur einige
Streifen vorgesehen sein.
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Dabei wird der Sonnenkollektor mit der Leitung 1 oben ebenso verschweißt
wie mit der Auffangrinne 15. Es genügt grundsätzlich, daß die Leitung 1 für jede
dieser Bahnen eine Öffnung aufweist. Es können aber auch mehrere Öffnungen in dem
Rohr 1 vorgesehen sein damit die Flüssigkeit von vornherein auf die Länge des Firstes
besser verteilt wird.
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Die gitterförmige Struktur des Kunststoffgewebes oder des Vlies 4
sorgt dann dafür, daß das Wasser in Folge seiner eigenen Schwerkraft nach unten
strömt und dabei den grbßten Teil der Zwischenschicht 4 zwischen den beiden Schweißstellen
5 a und 5 b benetzt. Wie schon erwähnt, ist durch die Regelung dafür gesorgt9 daß
hierbei die Flüssigkeit keinesfalls unter Druck in der Schicht 4 gefördert werden
darf.
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Es ist viel mehr von besonderem Vorteil, daß die Flüssigkeit völlig
drucklos nach unten fließt, damit die an ein ander geklebten Kunststoffbahnen 2
und 3 nicht unnötig belastet werden. Andererseits ist eine zu hohe Fließgeschwindigkeit
auch gar nicht erwünscht, weil genügend Zeit vorhanden sein soll, auf dem Weg über
das gesamte Dach genügend Wärme von den Sonnenstrahlen aufzunehmen. Durch die Struktur
und die Dichte der Zwischenschicht kann die optimale Durchflußgeschwindigkeit bei
einem bestimmten Neigungswinkel des Daches erreicht werden. Diese maximale Durchflußgeschwindigkeit
darf
durch die Pumpe 1o nicht überschritten werden, damit kein unnötiger Überdruck entsteht.
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Wenn die Zwischenschicht eine Folie mit einer Stärke von 1 - 2 mm
bildet, dann ist verständlich, daß die aufgenommene Wassermenge pro Längeneinheit
verhältnismäßig gering ist, so daß selbst bei der erwähnten maximalen Fließgeschwindigkeit
der.Druck an der Auffangrinne 15 immer nur sehr gering sein kann, so daß man von
einer völlig drucklosen Förderung sprechen kann. Es ist dann auch, wie dargestellt,
ein gewisses Gefälle zwischen der Rinne 15 und dem Behälter 14 vorgesehen, so daß
auch hier die Anordnung einer Pumpe entfallen kann. Die Pumpe lo hat somit ausschließlich
die Aufgabe, die Flüssigkeit von dem Behälter 14 zu der einzigen Zulaufleitung 1
im First des Daches zu fördern. Dadurch ist auch die Installation vereinfacht, weil
der Dachfirst verhältnismäßig leicht zugänglich ist, und weitere Montagearbeiten
im Bereich der Zwischenschicht 4 für die Installation von Rohrleitungen nicht erforderlich
ist.
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Die Breite der Bahnen kann beliebig gewählt werden.
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Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann die untere
Fläche 3 aufgeraut sein oder mit einem
Muster von Vertiefungen
wie Sacklöchern versehen sein, wodurch ebenfalls die Wirkung erreicht wird, daß
der Wasserdurchfluß gehemmt und eine möglichst große Benetzung der gesamten Fläche
erreicht wird. Bei derartigen Ausführungsformen kann dann auch die Zwischenschicht
4 ganz entfallen.