DE3007981A1

DE3007981A1 - Solarheizanlage fuer ein gebaeude

Info

Publication number: DE3007981A1
Application number: DE19803007981
Authority: DE
Inventors: Tadao Asahikawa Hokkaido Tatsumi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1980-03-01
Publication date: 1981-05-14
Also published as: JPS5666629A; CA1169319A; US4307708A; GB2062213B; GB2062213A

Description

- Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Solarheizanlage für ein Gebäude.

Bislang wurden zur Erwärmung der Räume von einem Gebäude, z.B. einem Wohngebäude oder dgl., separate Heizgeräte in den Räumen angeordnet,oder die Erwärmung der Räume erfolgte über eine HeisswasserrUmlaufanlage. Beide Möglichkeiten haben den Nachteil, dass sie mit einem relativ hohen Brennstoffverbrauch verbunden sind und daher die Wärmeausnutzung hinsichtlich der Kosten nicht sehr wirksam ist. Heisswasserzuführ- oder -bereitstellungssysteme wurden ebenfalls in den Räumen, in denen eine Heisswasserbereitstellung erforderlich ist, installiert, doch konnte bislang Wasser mit ausreichend hoher Temperatur in Bezug auf die für den betreffenden Brenner erforderlichen Brennstoffkosten nicht erhalten werden.

Zur Raumerwärmung oder Heisswasserbereitung wurde auch schon vorgeschlagen, frisches,durch Sonnenenergie erwärmtes Wasser direkt den Raumheizeinrichtungen oder dem Heisswasserbereitstellungssystem zuzuführen. Während der kalten Jahreszeit brachen jedoch gelegentlich die betreffenden Rohre, da das verwendete Frischwasser in dem im Gebäude vorgesehenen Rohrumlaufsystem gefror. Frisches Heisswasser mit der gewünschten Temperatur für die Raumheizeinrichtungen oder das Heisswasserbereitstellungssystera kann ebenfalls mit der bekannten Massnahme nur bedingt erhalten werden, da sich das durch Solarenergie erwärmte Wasser während des Umlaufes abkühlt und deshalb die Wassertemperatur nicht in ausreichendem Masse erhöht werden kann. Ausserdem ist die Bereitstellung einer grossen Heisswassermenge in kurzer Zeit infolge der schlechten Zuführverhältnisse schwierig, so dass man darauf angewiesen war, einen relativ grossen Brenner oder Ofen als Raumzusatzgerät oder Zusatzeinrichtung für die Heisswasserbereitstellung vorzusehen. Die Sonnenscheindauer

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während der Winterzeit in kalten Gegenden ist kurz, so dass sich die Temperatur von frischem Wasser nur geringfügig erhöhen lässt und Heisswasser mit der gewünschten hohen Temperatur durch solare Erwärmung nicht erhalten werden kann. Eine solche Solaranlage erweist sich daher als nicht geeignet, Brennstoff in nennenswertem Umfang einzusparen.

Durch die Erfindung sollen die vorgenannten Probleme gelöst werden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Solarheizanlage bzw. ein damit versehenes Gebäude zu schaffen, die unter Ausnutzung der Solarenergie zu einer wirksamen Einsparung an Brennstoff unter verbesserter Wirkungsweise hinsichtlich der Raumerwärmung und Heisswasserbereitstellung führt und von besonderer Zuverlässigkeit ist.

Bezüglich der Lösung dieser Aufgabe wird auf die Patentansprüche verwiesen.

Bei der Erfindung wird zur maximalen Energieeinsparung ein Gebäude vorgesehen, dessen Innenraum gegenüber der Aussenseite durch ein isolierendes Material vollständig gegen Wärmeverluste abgeschirmt ist. Erfindungsgemäss wird eine Gefrierschutzlösung durch das Rohrumlaufsystem geführt, die unter wesentlich tieferen Temperaturen als frisches Wasser einfriert und deren Temperatur durch Ausnutzung der Solarenergie leichter erhöht werden kann. Die Gefrierschutzlösung wird in die Raumheizeinrichtungen geleitet, von denen die gewünschte Warmluft in die Räume eingeblasen wird. Die erfindungsgemässe Anlage unterscheidet sich neben anderen Merkmalen von herkömmlichen Anlagen darin, dass anstelle der direkten Zuführung von Frischwasser zu einem Solarwärmesammler eine Gefrierschutzlösung verwendet wird. Diese durch Solarenergie erwärmte Gefrierschutzlösung erwärmt ferner indirekt das Wasser in einem Heisswasser-Vorrats- oder -Speicherbehälterfür die Bereitstellung von heissem Frischwasser, indem im Wärmesammler erhaltene Wärme auf den Heisswasser-Vorratsbehälter übertragen

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wird. Eine zusätzliche Erwärmung des Wassers kann mit einem kleinen sparsamen Hilfsbrenner oder Ofen erfolgen, wenn die Temperatur der Gefrierschutzlösung einen bestimmten Wert unterschreiten sollte. In der indirekten Erwärmung des Frischwassers für die Heisswasserbereitstellung liegt ein weiterer Unterschied zu den bekannten Systemen, bei denen das Wasser im Heisswasser-Vorratsbehälter direkt erwärmt wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht von einem mit einer erfindungsgemäss aufgebauten Solarheizanlage versehenen Gebäude,

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht des Gebäudes,

Fig. 3 eine vergrösserte geschnittene Detailansicht von einem Heisswasser-Vorratsbehälter, und

Fig. 4 den Vorratsbehälter nach Fig. 3 in Horizontalschnitt.

In der Zeichnung bedeuten: A das Gebäude, B der Solarwärmesammler , C die Warmluft-Raumheizeinrichtungen, D der Heisswasser-Vorratsbehälter, E das Heisswasser-Zuführsystem, 1 das Rohrumlaufsystem, 2 ein Wärmesammelrohr, 3 ein Warmluftrohr , 4 ein Heizrohr.

Gemäss der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung besteht das Gebäude A aus Holz oder Beton und ruht auf einem Keller- oder Tiefgeschoss a. In dem Tiefgeschoss a sind ein klein bemessener,mit nur geringen Brennstoffkosten verbundener Brenner 5 (bzw. ein Heizkessel), ein mit einem isolierenden Material 6 umgebener Heisswasser-Vorratsbehälter D, eine Umwälzpumpe 7, die eine Gefrierschutzlösung

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in einem Rohrumlaufsystem 1 in Umlauf hält, und ein Wärmespeicherbehälter 8 untergebracht. Der Behälter 8 hat eine die Abkühlung der im Rohrumlaufsystem 1 befindliche Gefrierschutzlösung verhindernde Wärmespexcherkapazität. Das Gebäude A ist so aufgebaut, dass die Seitenwände c des Tiefgeschosses a das Fundament darstellen. Zwischen der Deckenwand d des Tiefgeschosses a und dem Fussboden e befinden sich ein isolierendes Material 9, ein mit dem Heisswasserbehälter D verbundenes Rohrsystem 10 und der Wärmespeicherbehälter 8.Inseitig der Aussenwände f des Gebäudes A ist ebenfalls das isolierende Material 9 vorgesehen, um eine Ableitung der Wärme an die Aussenatmosphäre zu verhindern.

Ein Schacht 11, durch den sich das Rohrumlaufsystem 1 vertikal erstreckt, ist im Inneren des Gebäudes A vorgesehen, und längs des Schachtes 11 sind Warmluftpassagen 12 zu den Räumen b ausgebildet. In den Fussboden e der einzelnen Räume sind Austrittsöffnungen für die Warmluft in den Passagen 12 vorgesehen, wobei die einzelnen Räume durch Aufteilung des Gebäudes A durch Trennwände 14 gebildet sind. In den Räumen sind Warmlauft-Raumheizeinrichtungen C angeordnet, die mit dem Rohrumlaufsystem 1 in Verbindung stehen.

An der Sonnenseite der Dachfläche 13 des Gebäudes A ist ein Solarwärmesammler B unter einem Winkel von 60⁹ bis 65* gegenüber der Horizontalen angeordnet, um während der Winterzeit Solarwärme in wirksamer Weise zu absorbieren und während der Sommerzeit Solarwärme abzugeben.

Der Solarwärmesammler B kann an der der Sonne zugewandten Seite der Dachfläche 13 des Gebäudes A unter einem Winkel von 60° bis 65° gegenüber der Horizontalen oder an der sonnenseitigen Gebäudewand f vertikal angeordnet sein. Der Solarwärmesammler B umfasst einen kastenförmigen Rahmen 16 aus Holz, Kunststoff oder Metall, an dessen Vorderseite eine transparente Glas- oder Kunststoffplatte 17 befestigt ist. An dem

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Boden des Rahmens 16 ist eine mit einer schwarzen hitzebeständigen Farbe beschichtete Platte 18 befestigt, die zur Erhöhung der wärmeaufnehmenden Fläche gewellt ist. Auf der gewellten Platte 18 ist ein zick-zack-förmig verlaufendes Wärmesammeirohr 2, das ebenfalls mit einer schwarzen hitzebeständigen Farbe beschichtet ist, so verlegt, dass es sich im wesentlichen über die gesamte Bodenfläche erstreckt. Die Enden des Rohres sind mit dem Rohrumlaufsystem 1 verbunden, so dass die darin befindliche Gefrierschutzlösung auch durch das Wärmesammeirohr 2 zirkuliert. Damit enthält das Wärmesammelrohr 2 eine Gefrierschutzlösung und nicht wie herkömmliche Anlagen der in Rede stehenden Art Frischwasser. Die Temperatur der Gefrierschutzlösung kann während der Sonnenscheindauer unter Absorption von Solarenergie auf bis zu etwa 85°C bis 90⁰C ansteigen. Ein Bruch des Wärmesammeirohres 2 tritt nicht ein, da die Gefrierschutzlösung selbst dann nicht gefriert, wenn die Aussentemperatur auf -10⁰C abfällt und die Temperatur im Solarwärmesammler B auf etwa 1 ⁰C bis 2°C absinkt. Der Umlauf der Gefrierschutzlösung wird thermostatisch (der Thermostat ist in der Zeichnung nicht dargestellt) unterbrochen, wenn die Temperatur der Lösung absinkt, und die Umwälzpumpe 7 kommt automatisch in Betrieb, um die Gefrierschutzlösung durch das Wärmesamraelrohr 2 zu drücken, so dass die absorbierte Solarwärme wirksam zur Raumheizung und Heisswasserbereitung ausgenutzt werden kann.

Die Warmluft-Raumheizeinrichtungen C sind in den Räumen angeordnet, die eine Erwärmung erfordern, wobei in jeder Raumheizeinrichtung ein mit geeignetem Abstand zick-zack-förmig gebogenes Warmluftrohr 3 angeordnet und mit dem Rohrumlaufsystem 1 verbunden ist. Hinter dem Warmluftrohr 3 befindet sich ein Gebläse 20, das Luft gegen das heisse Rohr 3 und durch Austrittsöffnungen 22, die im Rahmen 21 jeder Heizeinrichtung C ausgebildet sind, in den Raum b bläst. Während der Sommerzeit wird der Zulauf der durch die Sonnenwärme erhitzten Gefrierschutzlösung zu den Warmluftrohren 3 durch nicht gezeigte

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am Rohrumlaufsystem 1 vorgesehene Ventile unterbrochen.

Der Heisswasser-Vorratsbehälter D kann aus verstärktem Kunststoff oder Edelstahl bestehen. Um die Aussen- oder Innenwand des Behälters ist ein Heizrohr 4 gewickelt, dessen Enden mit dem Rohrumlaufsystem 1 in Verbindung stehen. Von unten mündet in den Behälter D ein Zuführrohr 23 für Frischwasser ein, und von der Oberseite des Behälters geht ein Auslassrohr 24 für Warmwasser ab. Das wärmeisolierendes Material 6 ist so angebracht, dass das die Behälterwand umgebende Heizrohr 4 darin eingebettet liegt. Das Frischwasser im Heisswasser-Vorratsbehälter D wird somit indirekt durch die heisse, in dem umwickelten Heizrohr 4 zirkulierende Gefrierschutzlösung erwärmt und den Heisswasserzapfstellen E zugeführt.

Die Heisswasserzapfstellen E stehen mit dem Auslassrohr 24 des Heisswasser-Vorratsbehälters D über Zuführrohre 10 in Verbindung, die sich in die , eine Versorgung mit Warmwasser erfordernden Räume, z.B. in die Küche, in das Bad und dgl., erstrecken,und das heisse im Behälter D befindliche Wasser diesen Räumen zuführen.

Das Rohrumlaufsystem 1 kann ein Kunststoffrohr sein, das mit dem Wärmesammelrohr 2 im Solarwärmesammler B verbunden ist, so dass die in das System eingefüllte Gefrierschutzlösung durch das Rohr 2 zirkuliert und dann durch die Warmluftrohre 3 der Raumheizeinrichtungen C und durch- das Heizrohr 4 des Heisswasser-Vorratsbehälters D sowie durch das gesamte Gebäude A geleitet wird. Die heisse auf etwa 8O⁰C bis 9O⁰C durch die Sonneneinstrahlung bei Durchlauf durch das Wärmesammelrohr 2 erhitzte Gefrierschutzlösung wird somit durch die Umwälzpumpe 7 zum Heizrohr 4 zur Erwärmung des Frischwassers im Heisswasser-Speicherbehälter D und in die Warmluftrohre 3 der Raumheizeinrichtungen C gedrücktfum diese zu erwärmen und mittels der Gebläse 20

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Warmluft in die Räume zu führen. Von den Warmluftrohren 3 gelangt die Gefrierschutzlösung wieder in das Wärmesammeirohr 2 zurück, wodurch der Kreislauf geschlossen wird. Die heisse Gefrierschutzlösung sammelt sich im Wärmespeicherbehälter 8 an, von wo Warmluft den Räumen durch die Warmluftpassagen 12 zugeführt wird.

Wenn die Temperatur der Gefrierschutzlösung während der Stunden, bei denen die Sonne nicht scheint, unter 30⁰C absinkt,wird die Umwälzpumpe 7 abgestellt und der kleine sparsame Brenner 5 in Betrieb genommen, um das Wasser im Heisswasser-Vorratsbehälter D zu erwärmen und damit heisses Wasser den Zapfstellen E weiterhin zuführen zu können. Der Brenner erwärmt ferner die Gefrierschutzlösung im Wärmespeicherbehälter 8, so dass sie in die Warmluftrohre 3 der Raumheizeinrichtungen C über in der Zeichnung nicht dargestellte Ventile gelangt, um die Räume b zu erwärmen. Während der Zeit, bei der eine Raumheizung nicht erforderlich ist, d.h. während des Sommers, wird ein Zufluss der Gefrierschutzlösung zu den Warmluftrohren3 durch Ventile verhindert, die zwischen dem Rohrumlaufsystem 1 und den Warmluftrohren 3 vorgesehen sind. Während der Sommerzeit dient die Solarwärme daher nur zur Bereitstellung von Heisswasser.

Erfindungsgemäss ist das beschriebene Rohrumlaufsystem mit einer Gefrierschutzlösung gefüllt, die ein Einfrieren verhindert und die Temperatur des Rohres erhöht und aufrechterhält. Die Gefrierschutzlösung übernimmt dabei die indirekte Erwärmung des Frischwassers im Heisswasser-Vorratsbehälter, während bei den herkömmlichen Systemen das Frischwasser direkt erhitzt wurde. Bei der Erfindung ist daher das heisse Wasser aus dem Vorratsbehälter 1 vollkommen frei von irgendwelchen Verunreinigungen. Die erwärmte Gefrierschutzlösung wird ferner den Raumheizeinrichtungen zugeführt, die frische Warmluft in die Räume einblasen, so dass die Räume stets in einem angenehmen warmen Zustand verbleiben. Wenn die Temperatur

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der Gefrierschutzlösung unter 30⁰C abfällt, kommt ein kleiner sparsamer Brenner in Betrieb, der einen geringen Brennstoffverbrauch hat, da sich die Temperatur der Gefrierschutzlösung schon mit nur geringen Mengen an Brennstoff deutlich erhöhen lässt. Während der Sommerzeit, wo eine Raumerwärmung nicht erforderlich ist, wird dagegen das heisse Wasser im Heisswasser-Vorratsbehälter D ohne zusätzlichen Brennstoffverbrauch alleine durch den Solarwärmesammler B auf die gewünschte Temperatur gebracht und steht in Küche und Bad ohne zusätzliche Wärmezufuhr zur Verfügung.

Für die erfindungsgemässen Zwecke können eine Vielzahl von die beschriebene Eigenschaft und Wirkungsweise aufweisenden Gefrierschutzlösungen verwendet werden. Ein bevorzugtes Beispiel für eine solche GefrierSchutzlösung wird erhalten, wenn man Glykol und Alkohol zu Anteilen von jeweils 50 % untereinander vermischt und die erhaltene Mischung mit Wasser auf einen Verdünnungsgrad von 1/2 verdünnt.

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Leerseite

Claims

Tadao Tatsumi, Asahikawa, Hokkaido, Japan

Solarheizanlage für ein Gebäude

PATENTANSPRÜCHE

DE 269 Sch/ht.

AJ Solarheizanlage für ein Gebäude, gekennzeich η · t durch ein mit einer Gefrierschutzlösung gefülltes Rohruralaufsystern (1), das so ausgelegt ist, dass die Gefrierschutzlösung durch das gesamte Gebäude geführt wird, und das an einem Solarwärmesammler (B) zur Erwärmung der Gefrierschutzlösung , Warmluft-Raumheizeinrichtungen (C) zur Erwärmung der Gebäuderäume (b) und einem Rohr (4) angeschlossen ist, welche· sich um einen Heisswasser-Vorratsbehälter (D) erstreckt, um das im Behälter befindliche Wasser indirekt

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zu erwärmen und einen Vorrat an heissem Wasser für das Heisswasser-Zufuhrsystem (E) des Gebäudes bereitzustellen.
2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ebenfalls mit dem Rohrumlaufsystem (1) verbundenen Wärmespeicherbehälter (8) und einen im Gebäude vorgesehenen vertikalen Schacht (11), der die am Wärraespeicherbehälter erwärmte Luft den einzelnen Gebäuderäumen (b> zuführt.
3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichn β t durch einen kleinen Brenner (5) zur Erwärmung der im Wärmespeicherbehälter (8) befindlichen Gefrierschutzlösung und des Wassers im Heisswasser-Zufuhrsystem (E), wenn die Temperatur der im Solarwärmesammler (B) erwärmten Gefrierschutzlösung einen bestimmten Wert .unterschreitet.
4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (4) in einem den Heisswasser-Vorratsbehälter (D) umgebenden isolierenden Material (6) eingebettet ist.
5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Heisswasser-Voxratsbehälter (D), der Wärmespeicherbehälter (8) und der Brenner (5) zusammen mit einer Umwälzpumpe (7) für das Rohrumlaufsystem (1) im Keller oder Tiergeschoss des Gebäudes angeordnet sind.
6.* Anlage nach einem der vorhergeilenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Gefrierschutzlösung eine mit Wasser verdünnte Mischung aus jeweils gleichen Anteilen an Glykol und Alkohol ist.

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