DE3001023A1

DE3001023A1 - Anlage zur nutzung der sonnenenergie

Info

Publication number: DE3001023A1
Application number: DE19803001023
Authority: DE
Inventors: Hermann 3201 Söhlde Burgdorf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-01-12
Filing date: 1980-01-12
Publication date: 1981-07-16

Description

Anlage zur Nutzung der Sonnenenergie
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzung der Sonnenenergie mit in Bahnen geführten, strömungsfähigen, durch die Sonne erwärmbaren Arbeitsmitteln,-wobei sich die Bahnen aussen am gebäudeartigen Gehäuse befinden.
Es ist bekannt, auf den Dächern von Gebäuden Sonnenkollektoren anzubringen, in denen das sich unter der Einwirkung der Sonne stehende Arbeitsmittel befindet und im Umlauf geführt wird Durch die geringe Ausdehnung dieser Kollektoren ist jedoch der Wirkungsgrad dieser Anlagen vergleichsweise klein.
Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, die obigen Anlagen so zu verbessern, dass eine wesentliche Steigerung der Nutzung der Sonnenenergie eintritt.
Zur Lösung dieser Aufgabe erstrecken sich erfindungsgemäss die Bahnen zumindest über den grössten Teil der oberen und der seitlichen, vozugsweise aber auch der unteren Flächen des Gehäuses, wobei diese Bahnen unmittelbar mit den Gehäusen vereinigt werden können, indem sie zur Bildung der Bahnen doppelwandig ausgeführt werden und die so entstandenen Hohlräume zur Leitung des Arbeitsmittels herangezogen werden.
Als Arbeitsmittel wird dabei vorzugsweise ein Gas, und zwar einfacherweise trockene Luft verwendet. Dieses Gas wird zweckmässigerweise verdichtet und dann um ein solches Mass entspannt, dass die Temperatur dieses Arbeitsmittels geringfügig unterhalb der Aussentemperatur liegt.
Die vorerwähnte Erstreckung der Bahnen ermöglicht es, nicht nur die Sonnenenergie von aussen aufzunehmen, vielder mehr kannyWon den Bahnen gewissermassen gebildete Mantel des Gehäuses auch dazu benutzt werden, Energieverluste auszuschalten oder zu mindern, also dafür Sorge tragen, dass vom Inneren des Gehäuses her Energie nach aussen abwandert. Aus diesen Gründen-können an der dem Inneren des Gehäuses befindlichen Seite der Wandungen ( oben und seitlich und ggfs. unten ) zusätzliche Bahnen für ein Arbeitsmittel vorgesehen sein, um so einen zusätzlichen Kreislauf bilden zu können, der funktionsmässig vom äussern Kreislauf getrennt ist und vorzugsweise auch gegenüber diesem isoliert, zumindest aber durch eine Luftschicht von diesem getrennt ist.
Die so umlaufenden Arbeitsmittel können direkt und indireckt genutzt werden. Es ist dabei fernerhin möglich, wiederum die durch die Verdichtung entstehende Wärme zu nutzen, indem sie einem der vorerwähnten Kreisläufe, aber auch - ebenso wie dies bei den vorerwähnten Arbeitsmitteln der Fall sein kann - besonderen, innerhalb des Gehäuses befindlichen Kreisläufen z.B. Hochtemperaturkreisläufen zum Betreiben vonTurbinen zuge- Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung dargestellt, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen Fig. 1 ein zweigeschossiges Gebäude im Querschnitt wobei die beiden Gebäudehälften zur Verwirklichung der Erfindung unterschiedlich ausgeführt sind, Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 an der Stelle bei a, Fig. 3 ein Gebäude- im Querschnitt mit einer darin befindlichen Anlage zur Stromerzeugung, Fig. 4 ein Kühlhaus im Querschnitt und Fig. 5 ein Gebäude im Querschnitt zusammen mit einer Anlage zur Entsalzung von Wasser.
Die Dachhaut, die Seitenwände und auch der Boden der Gebäude werden als Hohlkörper ausgeführt, die von festen oder geringfügig elastischen Wänden 1,2,3 und 4 begrenzt sind und eine Innenbahn 5 und eine Aussenbahn 6 bilden, zwischen denen sich eine Luftschicht 7 befindet.
6 Der Innenbahn 5 ist ein Verdichter 8 und der Aussenbahn/ ein Verdichter 9 zugeordnet.
Der Verdichter 9 saugt die als Arbeitsmittel wirkende trockene Luft aus der Aussenbahn 6 ab, verdichtet sie, entspannt sie und führt sie in die Aussenbahn 6 in der Weise zurück, dass die temperatur der Luft um wenige Grade kälter ist als die Umgeb#ungstemperatur. Aufgrund der Luftschicht 7 und der Innenbahn Etggfsa auch durch eine geeignete Werkstoffwahl für die Wände 1 - 4 nimmt das Arbeitsmittel der Aussenbahn 6 seine Energie vorwiegend von aussen, also der Aussentemperatur entsprechend auf. Um diesen Effekt zu erhöhen, kann die Wand 1 gewellt ausgeführt sein.
Dabei können die Wände 1 - 4 oberhalb des Erdreiches durchsichtig oder durchscheinend ausgehführt werden, um das Gebäude z.B. als Gewächshaus benutzen zu können.
Die Innenbahn 5 hat vorwiegend die Aufgabe, die aus dem Betrieb der Verdichter 8, 9 herrührende Wärme aufzunehmen und damit die Innentemperatur des Gebäudes zu beeinflussen.
Ggfs. kann bei einfachen ObJekten auf die Innenbahn 5 und die zugehörigen Betriebseinrichtungen verzichtet werden, Jedoch ist es aus Gründen der Isolation vorteilhaft, die Wände 3 und 4 beizubehalten.
Die rechte Hälfte des Gebäudes zeigt die Möglichkeit der Nutzung der Erd- und Grundwasserwärme.
Die Maschinenanlage ist zu einer Einheit bei lo zusammengefasst Sie übernimmt die Heizung, kann aber auch die überschüssige Energie in andere Energien wie z.B. Warmwasser, Strom umsetzen.
Bei dem Gebäude gemäss Fig0 3 mit der Stromerzeugungsanlage ist ebenfalls eine Innenbahn 5 und eine Aussenbahn 6 vorgesehen, die mit trockener Luft oder einem ähnlichen Gas betrieben werden. Zum Starten und Betrieb der Maschinenanlage - bis zum Heisslaufen eines besonderen Heisstemperaturkreises - wird Fresdenergie aus einer Antriebsmaschine 11 benötigt; sie liefert die Antriebsenergie für einen Verdichter 12, welcher einen Speicher 13 und eine Entspannungsturbine 14 speist, von der aus das Arbeitsmittel über eine Leitung 15 zu einem breiten Bodenabschnitt 16 gelangt. Damit wird die Aussenbahn 6 beschickt. Von dort aus gelangt das im Niedrigtemperaturbereich arbeitendeX Arbeitsmittel wieder zurück zum Verdichter 12. Je nach Temperaturerhöhung des Arbeitsmittels erfolgt eine Aufheizung des Kühlmittels bzw.
Kühlmantels des Verdichters 12. Dieses Kühlmittel gehört zu einem geschlossenen Kreislauf. Hat es genügend Energie auf genommen bzw. eine bestimmte Temperatur erreicht, so wird die Turbine 17 wirksam, da sie durch dieses Mittel beaufschlagbar ist. Diese Turbine 17 übernimmt dann schrittweise die Aufgabe der Antriebsmaschine 11.
Das in der Turbine 17 entspannte Arbeitsmittel wird im Wärmetauscher 18 auf die Kühltemperatur abgekühlt.
Die Restwärme des Heisstemperaturkreises wird von dem Arbeitsmittel der Aussenbahn 6-aufgenommen und dort -wie beschrieben - genutzt.
Sobald sich die Innentemperatur des Gebäudes erhöht hat, wird der Verdichter 19 der Innenbahn 5 zunächst mit Fremenergie in Betrieb genommen. Damit werden die vom Inneren des Gebd,gsss n0tn Energien vom Arbeitsmittel der Innenbahn 5 aufgenommen. Somit kann das Maschinensystem lediglich aufgrund der von aussen auf die Aussenbahn 6 gelangenden Energie arbeiten.
Der Verdichter 19 ist zusammen mit dem Verdichter 12 durch den Heisstemperaturkreis verbunden. Das zugehörige Arbeistmittel bezieht daher seine Energie von beiden Verdichtern , während die Innenbahn 5. und die Aussenbahn 6 für sich Kreisläufe bilden, die voneinander unabhägig sind.
Der Wärmetauscher 20 kühlt zusammen mit dem Wärmetauscher 18 den Ifeisstemperaturkreis. Über den Speicher 21 und die Entspannnugsturbine 22 wird das Arbeitsmittel der Innenbahn 5 in Umlauf versetzt. Bei intensiver Sonneneinstrahlung und Aussentemperaturen im Plus-Bereich kann bei entsprechenden Energieüberschüssen der Generator 23 zur Stromerzeugung in Betrieb genommen werden. Um Jedoch die chinenanlage auch bei Minus-Temperaturen betrieben zu können, ist es erforderlich, die Arbeitsmittel der beiden Bahnen 5, 6 zusätzlich zur Kühlung durch das Arbeitsmittel des Heisstemperaturkreises durch eine Zusatzkühlung für tiefere Bereiche aufzuarbeiten. Zu diesem Zweck sind in dem Kühlkreislauf ein Wärmetauscher 24 und ein Verdichter 25 angeordnet. Die Abwärme dieses Verdichters wird dabefvon dem Heisstemperaturkreis aufgenommen. Ein Teil der Verdichterarbeit wird zudem beim Entspannen durch die Entspannungsturbine 26 zurückgewonnen.
Bei sehr tiefen Aussentemperaturen kann zudem über einen Anschluss 27 Zusatzenergie z.B. Biogas in den Heisstemperaturkreis eingespeist werden, was auch durch Verbrennen und dgl. erfolgen kann, indem eine kesselartige Verbrennungsanordnung mit Brenner od. dgl. verwendet wird.
Das in Fig. 4 dargestellte, durch Sonnenenergie betriebene Kühlsystem arbeitet im wesentlichen nach der Methode gemäss Fig. 3. Lediglich der Standort der Maschinenanlage weicht von der Ausführung gemäss Fig. 3 ab. Sie wird nämlich ausserhalb der geschlossenen Innenbahn 5 angeordnet, während die Aussenbahn 6 den Maschinenraum umschliesst und auch dessen innere Bahn bildet, womit die Aussenbahn 6 im Bereich des Maschinenraumes gedoppelt ist. Zudem sind anstelle der Luftschicht 5 sowohl im Maschinenraum als auch im eigentlishen Kühlbereich Isolierungen geeigneter Dicke vorgesehen. Diese Isolierung ist schraffiert dargestellt und zwischen den Bahnen angeordnet ( im Bereich des eigentlichen Kühlraumes ) und auch zwischen der gedoppelten Aussenbahn 6 im Bereich des Maschinenraumes.
Da aus dem Betrieb der Innenbahn 5 keine wesentlichen Energiemengen infolge einfliessender Energie zu erwarten sind, kann die Innenbahn 5 auch von der Aussenbahn 1 völlig getrennt betrieben werden, wobei Jedoch die Antriebsenergie von der Aussenbahn 6 bezo g en werden müsste.
In Fig. 5 ist eine Sonnenenergieanlage zusammen mit einer Entsalzungsanlage vorgesehen Zur Aufnahme von Salzwasser dienenden Becken 30 werden durch lichtdurchlässige Dächer 31 abgedeckt, die aufgrund der Sonneneinstrahlung die Verdunstung begünstigen.
Unterhalb des Bodens 32, der durch ein kühles Arbeitsmittel - etwa nach dem Muster von Fig. 4 erzeugt -beeinflusst ist, kondensiert die feuchtigkeitsgesättigte Luft, die im Sinne der Pfeile 33 zirkulieren kann.
Das Kondensat wird in Rinnen 34 gesammelt#und kann einem Speicher 35 zugeleitet werden.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass der Begriff der Nutzung ie der Sonneneneg/sowohl die direkte als auch die indirekte Nutzung dieser Energie umfasst und demgemäss auch eine direakte Sonneneinstrahlung nicht voraussetzt. Bahnen im Sinne dieser Erfindung sind schmale und breite Hohlräume, die eine Leitung des Arbeitsmittels ermöglichen, und zwar so, dass auch an den Bodenflächen der Gehäuse und an den der Sonneneinstrahlung abgekehrten Flächen Energien ausgetauscht werden können. Die erfindungsgemäss Anordnung ermöglicht ferner eine Speicherung der Energie, zumal die erwähnten Bahnen auch eine erhebliche Isolationswirkung des Gehäuses bewirken.
L L e e r s e i t e e it e

Claims

Ansprüche Anlage zur Nutzung der Sonnenenergie mit in einer oder mehreren Bahnen geführten, strömungsfähigen, durch die Sonne erwärmbaren Arbeitsmitteln, wobei sich die Bahnen aussen an einem cleom gebäudeartigen Gehäuse befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen (6) zumindest über den grössten Teil der oberen und der seitlichen, vorzugsweise aber auch der unteren äusseren Flächen des Gehäuses erstrecken.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zur Bildung der Bahnen doppelwandig ausgebildet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aussen gelegenen Bahnen eine oder mehrere nahe dahinter gelegene Bahnen ( Innenbahn 5 ) überdecken, wobei die aussen gelegenen Bahnen ( Aussenbahn 6 ) und die innen gelegenen Bahnen durch einen Luftspalt (7) oder durch eine besondere Isolationsschicht voneinander getrennt sind.-
4. Anlage nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Bahnen begrenzenden und die Wandungen des Gehäuses bildenden Elemente zumindest oberhalb des Erdreiches durchsichtig oder durchscheinend sind.
5. Anlage nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmittel ein Gas, vorzugsweise Luft, ist.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen (5,6) Bestandteile von geschlossenen #reisläufen für das Arbeitsmittl sind, denen Verdichter (8,9) mit Entspannungseinrichtungen für das Verdichtete zugeordnet sind.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Verdichtung und Entspannung derart einstellbar sind, dass die Temperatur des entspannten Gases geringfügig unter die Aussentemperatur einstellbar ist.
8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlräume der Verdichter (8,9) Bestandteil eines oder mehrerer Arbeitsmittelkreisläufe mit strömungsfähigem, insb. gasförmigem Arbeitsmitteln sind, in die Antriebsmaschinen für Elektrogeneratoren od. dgl. oder beliebige andere Arbeitsmaschinen eingeschaltet sind.
9. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmittel in den Innenbahnen (5) dercmt z.B.

temperaturmässig so einstellbar sind, dass ein Energieabfluss vom Inneren des Gehäuses nach aussen oder in die Aussenbahn (6) zumindest im wesentlichen unterbunden ist.
10.Anlage nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kühlanlagen die Mschinenanlage ausserhalb des eigentlichen Kühlraumes angeordnet ist und die Aussenbahn (6) den Maschämnraum und den Kühlraum und die Innenbahn (5) lediglich den Kühlraum umschliesst.
11. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Verdichtern Entspannungsturbinen zugeordnet sind.
12. Anlage nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Kreisläufen mit den Bahnen (5,6) ein oder mehrere weitere EreisläuSe mit vorzugsweise strömungsfähigen Arbeitsmitteln zugeordnet sind, die durch Wärmetauscher mit den die Bahnen aufweisenden Kreisläufen in Verbindung stehen.
13. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihr eine Wasserentsalzungsanlage zugeordnet ist, wobei das Gehäuse Kondensationsflächen bildet ( Fig. 5 ).
14. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmittelkreisläufe Anschlüsse (27) für die Zufuhr von Fremdenergien haben.