DE2932799A1 - Combined solar collector and heat absorber - has insulated casing and front cover formed of pivoted transparent lamellae and acting as collector or heat-exchanger - Google Patents

Combined solar collector and heat absorber - has insulated casing and front cover formed of pivoted transparent lamellae and acting as collector or heat-exchanger

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Abstract

The solar collector and heat absorber has an insulated casing with a transparent front cover which can be selectively opened and closed, so that when it is closed it acts as a normal solar collector panel and when it is open it acts as a heat exchanger cooperating with the surrounding air. The opening and closing is effected by forming the front cover as a series of parallel glass or plastics lamellae which are pivoted into the required position under control of an electronic control logic responsive to the solar radiation and/or the ambient temp., the wind velocity and the humidity.

Description

Kombinierter Sonnenflachkollektor und UmgebungsluftabsorberCombined flat solar collector and ambient air absorber

Die Entwicklung von Solarenergiesystemen im Bereich der Brauchwasser- und - Heizungsarmwasserproduktion in Mitteleuropa während de rletzten Jahre hat auf der Sammelrseite im wesentlichen zu folgenden zwei Elementen geführt: - dem Flachkollektor - dem Strahlungsabsorber mit gleichzeitiger Fähigkeit des Wärmetausches mit der Umgebungsluft, kurz "Absorber" genannt.The development of solar energy systems in the field of domestic water and - Has heating hot water production in Central Europe for the past few years on the collective side essentially led to the following two elements: - the Flat plate collector - the radiation absorber with simultaneous heat exchange capability with the ambient air, called "absorber" for short.

Der Sonnenkollektor kann als großflächiger Strahlunq-swarrnetauscher anqesehen erden. Ein im Inneren eines gut wermeisolierten, vorderseitig ein oder mehrfach transparent abdeckten Gehäuses lieqender schwarzer Absorber schluckt einen Großteil der einfallenden Solarstrahlung, wandelt diese in Wärme um und tauscht diese mit einem Nutzkreislauf.The solar collector can be used as a large-area radiation heat exchanger view earth. One inside a well thermally insulated, front one or The black absorber lying in several transparent covers swallows you Most of the incident solar radiation converts it into heat and exchanges it this with a useful cycle.

Solche Flachkollektoren in aug Grund ihrer Betriebsdaten hervorragende Sonnenenergiesammler wenn: - die benötigten Temperaturen nicht zu hoch liegen ( ca. # 60° C) - die Einstrahlungsenergie der Sonne pro Flächeneinheit möglichst hoch liegt.Such flat plate collectors are excellent because of their operating data Solar energy collector if: - the required temperatures are not too high ( approx. # 60 ° C) - the solar radiation energy per unit area is as high as possible lies.

Der "Absorber" besteht aus einer großflächigen, möglichst schwarzen Platte die frei von dr Umgebungsluft umströmt wird, ist also ein Flachkollektor ohne Isolation. Er kann bei guter Einstrahlung mit guten Wirkungsgraden Temperaturerhöhungen gegenüber der Umgebungsluft von ca. 15 K bringen und bei mangelhafter bzw. fehlerder Einstrahlung so betrieben werden, daß er Energie aus der Umgebungslift-allerdings auf niedrigem Temperaturniveau - aufnimmt.The "absorber" consists of a large, black if possible The plate around which the ambient air flows freely is therefore a flat plate collector without isolation. With good irradiation, it can increase temperature with good efficiency bring it to the ambient air of approx. 15 K and if it is defective or faulty Irradiation can be operated in such a way that it can lift energy from the surrounding area at a low temperature level - absorbs.

Diese Niedertemperaturenergie kann anschließend sinnvollerweise über eine Wärmepumpe, auf das benötigte Temperaturniveau angehoben werden.This low-temperature energy can then usefully over a heat pump can be raised to the required temperature level.

Auf diesen Gründen liegt der EInsatzbereich von Flachkollektoren von allem in der Warmwasserproduktion im Sommer und den übergangsmonaten, der der Absorberelemente in der wärmepumpenunterstützten Weizwärmeproduktion in @inter.These are the reasons why flat-plate collectors from especially in hot water production in summer and the transitional months, that of the absorber elements in the heat pump-assisted wheat heat production in @inter.

Sowohl Flachkollektoren als auch Absorber sind Stand der Technik und in vielfältigen Formen auf dem qarkt.Both flat-plate collectors and absorbers are state of the art and in various forms on the qarkt.

@ie vorliegende Erfindung hat es sich zu@ Aufgabe gemacht einer kombinierten Flachkollektor und Umgebungsluftabsorber, im Folgenden kurz Ganziabreskollektor genannt, zu realisieren.@The present invention has made it @ the task of a combined Flat-plate collector and ambient air absorber, hereinafter referred to as the Ganziabres collector called to realize.

Ein solcher, erfindungsgemäßer Ganzjahrestkollekter hat gegenüber den bekannten Flachkollektoren folgende Vorteil: - @errschen günstige Solareinstrahlungsbedingungen arbeitet er wie letzere (direkte Produktion @@p nutzbarer thermischer Energie), werden die Sor@eneinstrahlungswerte zu gering, arbeitet@@@ als Umgebungsluftwärmetauscher und führt die so erzeugte @iedertemperaturwärme dem Verdampfer einer Wärmepumpe zu.Such a year-round collector according to the invention has opposite the known flat-plate collectors have the following advantage: - Favorable solar radiation conditions prevail it works like the latter (direct production @@ p usable thermal energy), if the source irradiation values are too low, @@@ works as an ambient air heat exchanger and leads the low-temperature heat generated in this way to the evaporator of a heat pump to.

Gegenüber dem Absorber hat der Ganzjahreskollektor also folgende Vorteile: - Bei ungünstigen Mitterungsbedingungen arbeitet en wie dieser als Umgebungsluftwärmetauscher, kann aber, sobald die Einstrahlungsbedingungen günstig sind, unter Umgebung der Wärmepumpe direkt @rauchbare thermische Energie erzeugen. Compared to the absorber, the year-round collector has the following Advantages: - In unfavorable mean conditions, s like this one works as an ambient air heat exchanger, but can, as soon as the irradiation conditions are favorable, under the environment of the Heat pump directly @ generate smokable thermal energy.

Erfindungsgemäß besteht ein @anziahreskollektor aus folgenden Komponenten: - Einem klassischen, seitlich und rückseitig gut wärmeisolierten, transparent abgedeckten Kollektorkasten, in dessem Inneren freischwebend ein Absorber aufge-@ängt ist. Im Gegensatz zum klassichen Kollektor sind am Ganziahreskollektor jedoch technische Mittel angebracht, die den Zugang der Außenluft an den Absorber wahlweise öffnen oder s@e@@en. According to the invention, an @anziahreskollektor consists of the following components: - A classic, with good thermal insulation on the sides and back, transparently covered Collector box in whose interior an absorber is suspended. in the In contrast to the classic collector, however, the all-year collectors are technical Means attached that open the access of the outside air to the absorber selectively or s @ e @@ en.

- Einen mechanischen oder elektronischen Regelmechanismus, der in Funktion der Außentemperatur und/oder Sonnenglobalstrahlung die außenluftsteuernden Mittel am Ganjahreskolektor öffnet oder schließt, und das durch den Absorber zirkulierende Wärmeträgerfluid mittels eines Steuerelementes entweder dem Verbraucher respektive Speicher, oder dem Verdampfer einer Wärmepumpe zuführt, und die Wärmepumpe ein- und - ausschaltet. - A mechanical or electronic control mechanism that is used in The function of the outside temperature and / or global solar radiation controls the outside air Means on the annual collector opens or closes, and that circulating through the absorber Heat transfer fluid by means of a control element either to the consumer, respectively Storage tank, or the evaporator of a heat pump, and the heat pump starts and - turns off.

Die technischen Mittel zur Steuerung des Außenluftstromes an dem Absorber können erfindungsgemäß alle geei@-neten Arten von Klappen und Schiebern sein. Denkbar sind beispielsweise folgende Versionen: - Vorder- und - Rückwand des Ganzjahreskollektorkastens sind mit schwenkbaren Lamellen vorsehen. (Abb. 1) Fs bedeuten: 1 = Drehachse 2a = Lamelle geschlossen 2b = Lamelle o;en - Die transnarente Stirnseite besteht aus drehbaren Glas- oder Kunststofflamellen (Abb. 2) Es bedeuten: 7 = Drehachse = = Lamelle geschlossen 8b = Lamelle geöffnet Alle an einer geeigneten, der Außenluft gut zugänglichen Stelle angebrachten Mittel zum Öffnen und Schließen des Kollektorkastens sind im erfindungsgemäßen Prinzpi enthalten. The technical means for controlling the flow of outside air to the According to the invention, absorbers can contain all suitable types of flaps and slides be. For example, the following versions are conceivable: - Before the- and - the rear wall of the year-round collector box is provided with swiveling slats. (Fig. 1) Fs mean: 1 = axis of rotation 2a = slat closed 2b = slat o; en - The transparent face consists of rotatable glass or plastic slats (Fig. 2) The following mean: 7 = axis of rotation = = slat closed 8b = slat open All means installed in a suitable location easily accessible to the outside air to open and close the collector box are in the principle of the invention contain.

Erfindungsgemäß kann auch zusätzlich zu den außenluftsteuernden Mitteln zur Vergrößerung der Lufttauschrate ds Absorbers ein Gebläse einqesetzt werden. According to the invention, in addition to the means controlling the outside air a fan can be used to increase the air exchange rate of the absorber.

Die Abbildung 3 zeigt den erfindungsgemäßen elektronischen zum Ganzjahreskollektor gehörenden Regelmechanismus. Dabei bedeuten: 4 = der Ganzjahreskollektor 5 = das motorisch angetriebene Lamellendrehgelenk 5a = Lamelle geschlossen 5b = Lamelle offen 6 = der Fluidkreislauf durch den Absorber 7 = die zugehörige Pumpe 8 = der Wärmetauscher zum Brauchkreislauf 9 = der Brauchkreislauf 10 = der Wärmetauscher zum verdampfer der Wärmepumpe 11 t die Wärmepumpe 12 = Magnetventile 17 = ein Rückschlagventil 14 = den Prozeßrechner 15 = mit einem Außentemperaturfühler 16 = und einer Solarzelle zur Messung er Globalstrah lima 17 = die Befehlsleitung vom Rechner zu den Lamelle motoren 18 = die Befehlsleitung vom Rechner zu den Magnetventilen 19 = die Befehlsleitung vom @echnsr zur Pumpe (Durchflußregulierung) 20 = die Befehlsleitung vom @echner zur Wärmepumpe Erfindungsgemäß funktionert die @egelelektronik folgendermaßen: Im Prozeßrechner (34) sind die Kennlinienscharen des Ganzjahreskollektors sowohl in seiner Arbeitsweise als Sonnenkollektor als auch als Absorber in Funktion der Einstrahlung Qs und der Außentemperatur T eingespeichert. Der Prozeßrechner errechnet aus den über externe Meßfühler ermittelten Größen der Umgebungstemperatur ind der Solaralobnleinstrahlnncr (15, 16) un4 eventuell anderen Pa-@ametern wie Luftgeschwindigkeit, relative Feuchte usw. ob der als Flachkollektor betriebene Ganzjahreskollektor die vom Verbraucher benötigte Mindesttemperatur Tv erreichen würde und ob dies mit einem als Schwellwert eingestellten Mindestwirkungsgrad # min cteschieht. Sind diese zwei Bedingungen erfüllt, gibt der @echner Beehl zum Schließen der Lamellen (17) reguliert den ontimalen Durchfluß über die Pumpe (7), öffnet den Brauchkreislauf (9) und schließt len Wärmepumpenkreislauf (10). Figure 3 shows the electronic year-round collector according to the invention associated control mechanism. The following mean: 4 = the year-round collector 5 = that motor-driven lamella swivel joint 5a = lamella closed 5b = lamella open 6 = the fluid circuit through the absorber 7 = the associated pump 8 = the Heat exchanger to the service circuit 9 = the service circuit 10 = the heat exchanger to the evaporator of the heat pump 11 t the heat pump 12 = solenoid valves 17 = a check valve 14th = the process computer 15 = with an outside temperature sensor 16 = and a solar cell for measuring he Globalstrah lima 17 = the command line from the computer to the lamella motors 18 = the command line from the computer to the solenoid valves 19 = the command line from @echnsr to pump (flow regulation) 20 = the command line from @echner to the heat pump According to the invention, @egelelektronik works as follows: Im Process computer (34) are the family of characteristics of the year-round collector both in its functioning as a solar collector as well as an absorber in function of the radiation Qs and the outside temperature T are stored. The process computer calculates from the Ambient temperature and solar radiation values determined by external sensors (15, 16) and possibly other parameters such as air speed, relative humidity etc. whether the year-round collector operated as a flat-plate collector is used by the consumer required minimum temperature Tv and whether this would be achieved with a threshold value The set minimum efficiency # min ct takes place. Are these two conditions fulfilled, the @computer gives the command to close the slats (17) regulates the ontimal Flow through the pump (7), opens the utility cycle (9) and closes the heat pump cycle (10).

ermittelt der Rechner, daß die Minimalbedingungen zur direkten Fin-@peisung in den Brauchkreislauf nicht erfüllt sind, gibt er Befe@@ zum Lamellenöffnen (17), öffnet den Wärmepumpenkreislauf (10) auf @aximalen Durchfluß. Der nun luftumströmte Absorber wird auf Grund eines Kontaktes mit dem Verdampfer der Wärmepumpe unter die tlrnaeungstemperatur abgekühlt und absorbiert dementsprechend Umgebungsuftenergie.the computer determines that the minimum conditions for direct financing are not fulfilled in the service cycle, he gives Befe @@ to open the slats (17), opens the heat pump circuit (10) to the maximum flow rate. The air now circulated The absorber is under due to a contact with the evaporator of the heat pump the air temperature is cooled down and accordingly absorbs ambient air energy.

rfindungsgemäß kann diese Regelung jedoch mit geringerer Genaui@-eit auch ohne Prozeßrechner erfolgen. Beispielsweise kann ein hotovoltaikriannel einen Gleichstrommotor verscraen, der aeaen den efinierten Andruck einer ruder die Lamellen erst hei einer bestimmen Sonneneinstrahlung es schließt. According to the invention, however, this regulation can be implemented with less accuracy can also be carried out without a process computer. For example, a hotovoltaikriannel can be a DC motor verscraen that aeaen the defined pressure of a rudder the slats it only closes when there is a certain amount of sunlight.

rundsätzlich ist das erfindungsgemäße Prinzip der zum Ganzjahresollektor gehörenden Regelung folgendermaßen definiert: as Öffnen und Schließen der Lamellen, die Reaeluna des Fluiddurchlußes durch den Absorber sowie die Schaltung der Fluidkreisläufe eschieht in Funktion der eingespeicherten Kollektorkennlinien (ideal: Prozeßrechner, angenähert; @. definierte @ederkraft) und von den mäßgeblichen Umwelparametern wie z. B. Einstrahlung, Lufttemperatur, @@uchte, @indgeschwindigkeit usw. Basically, the principle according to the invention is that for the year-round collector related regulation is defined as follows: as opening and closing of the slats, the reaeluna of the fluid flow through the absorber and the switching of the fluid circuits It takes place in function of the stored collector characteristics (ideal: Process computer, approximated; @. defined @ederkraft) and the relevant environmental parameters such as B. Irradiation, air temperature, light, wind speed, etc.

Die Abbildung 4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßer Ganzjahr@skollektors, die insbesondere als @assadenelement mit @e@-zusätzlichen Eingenschaft der nachträglichen Wärmeisolation von @assader, gee@@net ist. Dabei bedeuten: @@ = einen Querschnitt durch den als Profil,@@@@@ und @inten offenen Kollektor @@ = eine @raufsicht auf des als Vorder- und Rückseite auf den offenen Kollektor aufzubrigende @al@@sierklappenelement 23 = Eine Seitenansicht des am Kollektor angebrachten @alousienk@a@@enelementes.Figure 4 shows an embodiment of the year-round @ collector according to the invention, which is in particular as @assade element with @e @ -additional property of subsequent thermal insulation from @assader, gee @@ net. The following mean: @@ = a cross section through the as Profile, @@@@@ and @inten open collector @@ = a top view of the @ al @@ sierklappenelement, which is to be opened on the front and back of the open collector 23 = a side view of the @ alousienk @ a @@ element attached to the collector .

Im Einzekne@ bedeuter: 24 = den Absorber 25 = die wärmeisolierte Aufbängung des Absorbers 26 = den Kollektorkasten 27 = die transparente Abdeckung 28 = Mittel um die Kollektoren miteinander zu verbinden 29 = die @rehachse der Lamellen 30 = den Lamellenmotor 31 = die Lamellen in geschlossener Stellung 32 = die Lamellen in geöffneter Stellung.In a single @ meaning: 24 = the absorber 25 = the heat-insulated suspension of the absorber 26 = the collector box 27 = the transparent cover 28 = medium to connect the collectors to each other 29 = the axis of rotation of the lamellas 30 = the vane motor 31 = the slats in the closed position 32 = the slats in the open position.

Des geschilderte Prinzip des Ganzjahreskollektors kann unter Beibehaltung der geschilderten erfindungsmäßigen Fubktionsweiser auch in anderen Bauformen, z. B. speizel für @lachdach,- Schrändach oder - @eländeaufstellung konziert werden.The principle of the year-round collector can be maintained while maintaining the described inventive Fubktionsweiser also in other designs, z. B. speizel for @ lachdach, - Schrändach or - @ site installation.

Das erfindungsgemäß Neue bei jeder denkbaren Bauform nach diesem Prinzip liegt jedoch in der Fähigkeit des Ga@zjahreskollektors, zu jeder @ahrezeit bei günstigen Außenparametern ohne @remdenergie direkt brauchbare Wärme zu liefern und andererseits während der übriden Zeit die Versorgung des mit ihm ausgerüsteten Gebäudes über die Wärmepumpe vorzunehmen.What is new according to the invention for every conceivable design based on this principle is however in the ability of the Ga @ zjahrskollector, at any time of the year with favorable To deliver directly usable heat to external parameters without @ external energy and on the other hand during the rest of the time, the supply of the building equipped with it make the heat pump.

Der Ganziahreskollektor stellt somit gegenüber den bekannten Flachkollektoren und Absorben eine wesentliche @erbesserung des Standes der Technik dar.The all-year collector is thus compared to the known flat-plate collectors and absorbency represent a significant improvement in the state of the art.

Claims (8)

Patentansprüche 1.) Kombinierter Sonnenkollektor und Umgebungsluftwärmeabsorber, im Folgenden Ganzjahreskollektor genannt, d a d u r c h g e k e n n æ e i c h n e t, daß sich im Inneren eines mit Lamellen oder ähnlichen technischen Mittels zu öffnenden und zu schließenden aut isoliertem, vorderseitia transparent abgedeckten Kasten, ein Sonnenenergieabsorber befindet, so daß bei geschlossenen Lamellen der Ganzjahreskollektor wie ein normaler Flachkollektor arbeitet, bei geöffneter Lamellen jedoch als umgebungsluftwärmetauscher.Claims 1.) Combined solar collector and ambient air heat absorber, hereinafter referred to as the year-round collector, d a d u r c h e k e n n æ e i c h n e t that inside one with slats or similar technical means too Can be opened and closed on insulated, transparently covered front Box, a solar energy absorber is located, so that when the slats are closed Year-round collector works like a normal flat-plate collector with the fins open but as an ambient air heat exchanger. 2.) Ganzjahreskollektor nach Ansnruch rl a d u r c h r e k e n n -z e i c h n e t, daß die Steuerung er Lamellen oder sonstigen Mitteln (z. B. Klappen, Schieber usw.) über eine mechanische oder elektronische Steuerlogik erfolgt, die die Stelluna dieser Mittel in Funktion der Außenparameter Sonneneinstrahlung, und/oder Temperatur, und/oderWindgeschwindigkeit und/oder Luftfeuchte reguliert. 2.) Year-round collector upon request - signs that the control of the slats or other means (e.g. flaps, Slide valve, etc.) takes place via a mechanical or electronic control logic that the position of these means as a function of the external parameters solar radiation, and / or Temperature, and / or wind speed and / or humidity regulated. 3.) Ganziahreskollektor nach Ansprüchen (1! + (9) d a d u r c h a e k e n n z e i c h n e t, dAR die Steuerung über einen Prozeßrechner erfolgt, der die Betriebskennlinienschar des Ganzjahreskollektors sowohl in seiner Version als Flachkollektor als auch als Umgebungsluftabsorber jeweils in funktion der Außennarametor einaesneichert enthält, und mit TTi.lfe der über die Außensensoren erhaltenen Informationen errechnet, ob der Ganzjahreskollektor als Flachkollektor (geschlossene Lamellen) oder als Absorber (offene Lamellen) am günstigsten arbeitet. 3.) All-year collector according to claims (1! + (9) d a d u r c h a e k e n n n z e i n e t that the control takes place via a process computer that the family of operating characteristics of the year-round collector both in its version as Flat-plate collector as well as an ambient air absorber, each in function of the external parameter anaesneichert contains, and with TTi.lfe the information received via the external sensors calculates whether the year-round collector is a flat collector (closed lamellas) or as an absorber (open lamellas) works best. 4.) Ganzjahrkollektor nach Anspruch (3) d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Prozeßrechner einer entsnrechende Vefehlsleitungen das Öffene oder Schließen der Lamellen befiehlt, bei geöffneten Lamellen den Fluidkreislauf des Ttsorbers an den Verdampfer der Wärmepumpe führt, bei geschlossenen Lamellen den Kreislauf mit dem direkten Verbraucherkreislauf konnelt und die Umdrehungszahl der Umwälzpumpe so reaelt, daß im jeweiligen Betriebszustand optimale Wirkungsgrade erreicht werden. 4.) Year-round collector according to claim (3) d a d u r c h g e -k e n It is not clear that the process computer has a corresponding error line Opening or closing the slats commands the fluid circuit when the slats are open of the Ttsorber leads to the evaporator of the heat pump, with the fins closed the circuit with the direct consumer circuit and the number of revolutions the circulating pump so realelt that in the respective operating state optimal efficiency can be achieved. 5.) Ganzjahreskollektor nach Ansprüchen (1) + (?) d a d u r c h q e k e n n z e i c h n e t, daß die Steueruna der Lamellen nur in Funktion der Sonneneinstrahluna erfolat, wobei ein Sonnenzellenpannel einen Gleich.strommotor mit Strom versorgt, der die über eine definierte Federkraft qeschlossenen Lamellen erst ab einer gewissen Sonneneinstrahlung öffnnen kann. 5.) Year-round collector according to claims (1) + (?) D a d u r c h q It is not noted that the slats can only be controlled as a function of the sun's rays success, whereby a solar cell panel supplies a DC motor with power, the slats closed by a defined spring force only from a certain point Can open to sunlight. 6.) Ganzjahreskollektor nach Ansprüchen (1) - (5) d a d u r c h q e k e n n z e i c h n e t, daß der Absorber im Inneren des Kastens an gut wärmeisolierenden Trägern freihängend installiert ist. 6.) Year-round collector according to claims (1) - (5) d a d u r c h q It is not noted that the absorber inside the box has good thermal insulation properties Supports is installed freely hanging. 7.) Ganzjahreskollektor nach Ansprüchen (1) - (6) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kollektor als beidseitig offenes Kastenprofil ausgeführt ist an das die mit Lamellen versehenen Endstücke ammontiert werden.7.) Year-round collector according to claims (1) - (6) d a d u r c h g It is not noted that the collector is a box profile that is open on both sides is carried out on which the end pieces provided with lamellas are ammounted. 8.) Ganzjahreskollektor nach Ansprüchen (1) - (7) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einzelkollektoren miteinander über entsprechende Mittel hintereinander und nebeneinander zu verbinden sind, und die rckseiticie Isolation so ausgebildet wird, daß neben dem Energiesammeleffekt die Wärmeisolation bestehender Gebäudeteile gewährleistet wird.8.) Year-round collector according to claims (1) - (7) d a d u r c h g e k e n n n n e i n e t that the individual collectors with each other via corresponding Means are to be connected one behind the other and side by side, and the rear insulation is designed so that in addition to the energy-collecting effect, the thermal insulation is existing Building parts is guaranteed.
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