DE2929162A1

DE2929162A1 - Solarer wassererhitzer hoher leerlauffestigkeit

Info

Publication number: DE2929162A1
Application number: DE19792929162
Authority: DE
Inventors: Alfred Prof Dr Boettcher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-19
Filing date: 1979-07-19
Publication date: 1981-02-12
Also published as: JPS5623669A

Description

Patentbeschreibung
>ch immer werden für die üblich solare Wassererhitzung Flüssigitskollektoren verwandt, in denen entweder ein flüssiges Wärrtransportmedium über einen Wärmetauscher das Wasser erwärmt oder 1 seltenen Fällen auch das zu erwärmende Wasser direkt durch den >llektor strömt.
; ist auch schon vorgeschlagen worden, das Wasser über einen Luftsser-Wärmetauscher zu erwärmen, nachdem die Luft in einem gemauten oder einem Kunststoff-Kollektor solar erwärmt wurde.
e weitergehende Entwicklung hat schnell gezeigt, daß in diesem, Xuartigen Verfahren speziell angepaßte Kunststoffkollektorep entheizende Vorteile bringen. Die für die praktische Nutzung wichgsten Eigenschaften: Hoher Wirkungsgrad und Leerlauffestigkeit, innen in optimaler Weise von 3- und 4-lagigen Kunststoff-Folien-)Kollektoren erreicht werden, bei denen die Folien übereinandergejgt und an den Rändern verschweißt oder dicht verklebt werden.
br Wirkungsgrad solcher Luftkollektoren wird in erster Linie von zur thermischen Isolation des die Warmluft führenden Kanals von jr Außenluft und durch die Strömungsgeschwindigkeit der Luft beirnint. Um die luftführende Schicht nach oben thermisch zu isolie-In, wurde über ihr eine Kammer mit stehender Luft vorgesehen, die durch ein Ventil aufgeblasen wurde. Dies führt in der Praxis zu 1ei wesentlichen Schwierigkeiten: Einerseits muß für verschiedene :audrucke im luftführenden Raum (bedingt durch verschiedene Luftlrchsätze) der Luftdruck in der isolierenden, angrenzenden Luftimmer jeweils angepaßt werden, da bei zu ungleichen Drucken in iden Kammern diejenige mit dem niedrigeren Innendruck zu stark !rengt wird. Dies erfordert, insbesondere bei häufiger wechselnden irdermengen, sehr viel Bedienungsaufwand. Andererseits soll jeder mlarkollektor leerlauffest sein, d.h. auch bei Ausfall des Wärmeansportmediums (hier Luft) nicht durch überhitzung beschädigt werbn. Bei der relativ geringen Warmfestigkeit von Kunststoffen ist diese Forderung besonders schwer zu erfüllen. Bei Kunststoff-Folienkollektoren ist die Absorberfolle am stärksten gefährdet, um so meh je besser die Wärmeisolation ist. Ein vom Staudruck unabhängiges aufliegendes Luftpolster ist eine auch beim Ausfall des Wärmetransportmediums voll wirksame thermische Isolation, wodurch er etehrlagen-Folienkollektor im Leerlauffall stark gefährdet ist.
Eine überraschend einfache Lösung beider Probleme wurde dadurch erreicht, daß das wärmeisolierende Luftpolster nicht vollständig abgeschlossen und durch ein Ventil hindurch aufgeblasen wird, sondern bei dreilagigen Kollektoren in die mittlere, bei 4-lagigen in beide innen liegenden Folien je mindestens ein Loch gemacht wird. Dadurch entsteht in der isolierenden Luftkammer derselbe Luftdruck wwe im luftdurchströmten Raum an der Stelle des Loches. Ändert sich der Staudruck an dieser Stelle durch Änderung der Luft-Fördermenge, ändert sich auch der Druck im isolierenden Luftpolster. Bei iangen Ko lektoren mit über ihre Länge stark unterschiedlichem Staudruck kann entweder eine verbindende hoffnung auf halber Länge oder auch mehrere kleine Öffnungen über die ganze Länge gemacht werden. Der Anteil de durch das isolierende Luftpolster in diesem Fall strömenden Luft so: um den Wirkungsgrad nicht zu sehr zu verschlechtern, unter 20% lieg Im Leerlauf-Fall wird der Staudruck im Inneren und damit auch der Druck in der isolierenden Kammer Null, wodurch das isolierende Luftpolster verschwindet und damit die Wärmeableitung zur Außenluft entscheidend erhöht wird. Es wurde experimentell nachgewiesen, daß dadurch auch bei sehr hoher Sonneneinstrahlung die Absorberfolie nicht überhitzt wird.
Bei so angepaßten isolierenden Luftpolstern gewinnt der zweite, den Wirkungsgrad beeinflussende Faktor: die Luftgeschwindigkeit, volle deutung. Um günstige Wirkungsgrade (über 50%) zu erreichen, sind Luftgeschwindigkeiten über 6m/sec günstig. Andererseits muß, um ein hinreichende Temperaturerhöhung der durchströmenden Luft auch bei mittleren Einstrahlungen zu erreichen, die pro Zeiteinheit durchstr mende Luftmenge begrenzt bleiben. Dies ist nur dadurch zu gewährleisten, daß der Querschnitt des Luft führenden Kanals entsprechend klein gehalten wird. Da die Absorberfläche gleichzeitig groß bleibe: soll, muß die Höhe des luftführenden Kanals klein gehalten werden.
Jm dies Ziel zu erreichen, wurden verschiedene Maßnahmen gefunden: Um das Aufblasen des Sacks zu näherungsweise kreisfdrmigem Querschnitt zu vermeiden, müssen die verschweißten Längskanten in hinreichendem Abstand voneinander gehalten werden. Dazu werden in den verschweißten Längskanten Ösen aus Kunststoff oder Metall eingebracht und mit ihrer Hilfe der Kollektor auf der Unterlage so fixiert, daß er sich auch bei höherem Innendruck nicht mehr zu stark aufwölben kann.
Eine sehr nützliche weitere Einengung der Aufwölbung des Kollektors ist dadurch möglich, daß seine Aufwölbung nach oben mechanisch begrenzt wird, z.B. durch übergelegten Maschendraht oder darüber gespannte Drähte. Hierdurch wird zugleich ein zu starkes Flattern der Folien bei stärkerem Wind verhindert.
jcIiiiili kariii der luftführcnde Querschnitt dadurch bestimmt werden, daß in den luftführenden Kanal starre Abstandshalter für die beiden Längskanten eingeschoben werden. Sie ermöglichen eine Anpassung des Querschnitts bei konstanter Breite der Kollektor-Schläuche an die zu fördernden Luftmengen. Untersuchungen haben gezeigt, daß das Verhältnis der mittleren Höhe zur Breite des luftführenden Kanals zur Erzielung günstiger Wirkungsgradw nicht größer als 0,15 sein darf.
Eine besonders leerlauffeste Ausführung mit gleichzeitig hohem Wirkungsgrad ist dadurch möglich, daß in den den Hauptanteil der solar zu erwärmenden Luft führenden Querschnitt ein metallischer Absorber eingeschoben wird, dessen Oberseite mit einer hoch absorbierenden Schicht bedeckt ist, währeiid die Unterseite metallisch blank ist. Sol che eingeschobene metallische Absorber können zugleich als mechanische Abstandshalter für die Längskanten dienen.

Claims

SOLARER WASSERERHITZER HOHER LEERLAUFFESTIGKEIT Patentansprüche soiarer Wasserernitzer, bei dem Luft in einem Solarkollektor erwärmt und im Kreislauf durch einen Luft/Wasser-Wärmetauscher und zurück in den Luftkollektor geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Solarkollektor aus 3 oder 4 übereinander liegenden Kunststoff-Folien besteht, die an mindestens 2 Rändern miteinander verschweißt oder dicht verklebt sind.
2. Solarer Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei 3-lagigen Kollektoren die mittlere Folie, bei 4-lagigen Kollektoren beide innen liegenden Folien eine oder mehrere kleine Öffnungen haben und die zu erwärmende Luft zu 80-100% zwischen der von oben gesehen 2. und 3. Folie hindurchströmt.
3. Solarer Wassererhitzer nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwölbung des Luftkollektors durch den inneren Staudruck der Luft nach oben mechanisch begrenzt wird.
4. Solarer Wassererhitzer nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des vom Hauptanteil der solar zu erwärmenden Luft durchströmten, beiderseits von Folien begrenzten Raumes durch Einschieben starrer Teile so fixiert wird, daß das Verhältnis seiner mittleren Höhe zur Breite kleiner/gleich 0,15 wird.
5. Solarer Wassererhitzer nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in den den Hauptanteil der solar zu erwärmenden Luft führenden Querschnitt ein metallischer Absorber eingeschoben ist, dessen Oberseite mit einer hochabsorbierenden Schicht bedeckt ist, während er auf seiner Unterseite metallisch blank ist.