DE3012569A1 - Verfahren und vorrichtung zur waermegewinnung fuer heizzwecke o.dgl. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur waermegewinnung fuer heizzwecke o.dgl.

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DE3012569A1 DE19803012569 DE3012569A DE3012569A1 DE 3012569 A1 DE3012569 A1 DE 3012569A1 DE 19803012569 DE19803012569 DE 19803012569 DE 3012569 A DE3012569 A DE 3012569A DE 3012569 A1 DE3012569 A1 DE 3012569A1
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Description

Bruno Riech
799o Friedrichshafen 5
Verfahren und Vorrichtung zur Wärmegewinnung für Heizzwecke od.dgl.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmegewinnung für Heizzwecke od.dgl. mit einem Sonnenkollektor, der in einem Gehäuse angeordnete Absorptionsrohre für ein Wärmeträgermedium aufweist, und mit einer dem Sonnenkollektor nachgeschalteten Wärmepumpe, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem bekannten Wärmegewinnungsverfahren dieser Art ist der Sonnenkollektor als hermetisch geschlossene Baueinheit ausgeführt. Dabei wird die durch den Strahlungseinfall zugeführte Energie von den Absorptionsrohren aufgenommen und über das Wäremträgermedium in den Heizkreislauf eingegeben. Hierbei ist es nachteilig, dass bei einem Nachlassen des Strahlungseinfalls nur noch verhältnismässig wenig Energie mittels der Wärmepumpe aus dem Kollektorsystem abgeführt werden kann, da sich bereits nach einer verhältnismässig kurzen Zeit ein zu niedriges Temperaturniveau im Bereich des hermetisch geschlossenen Kollektorsystems einstellt.
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Demgemäss besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Wärmegewinnung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass auch nach einem Ausbleiben der Strahlungsenergie und nach dem Ausschöpfen des Wärmeinhalts des Kollektorsystems eine weitere Wärmegewinnung über den Kollektor aus dessen Umgebungsbereich erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass nach einem Abkühlen des Sonnenkollektors unter die nutzbare Wärmeträgertemperatur das Gehäuse des Sonnenkollektors zum Einströmen warmer Aussenluft belüftet wird.
Hierbei ist es von Vorteil, zunächst die Belüftung des Sonnenkollektors einzuleiten und erst dann mit einer gewissen Zeitverzögerung die Wärmepumpe zuzuschalten, so dass vor der Wärmeabführung durch die Wärmepumpe erst ein genügend hohes Temperaturniveau durch die Zuführung der warmen Aussenluft am Kollektor erreicht wird.
Die Belüftung des Sonnenkollektors wird zur optimalen Oberflächennutzung der Absorptionsrohre zweckmässig so durchgeführt, dass die Aussenluft an einem Endbereich des Gehäuses eintritt, während an der gegenüberliegenden Endseite der Luftaustritt erfolgt.
Damit die Luftführung durch den Kollektor in entsprechenden Intervallen zum jeweils richtigen Zeitpunkt erfolgt, ist es günstig, die Belüftung des Sonnenkollektors elektronisch zu steuern, wobei es xur weiteren Steigerung der Wärmenutzung vorteilhaft ist, die Warmluftzugabe in Form einer steuerbaren Zwangsbelüftung durchzuführen. Dazu ist es auch günstig, die Stärke der Luftströmung durch das Gehäuse des Sonnenkollektors variieren zu können, so dass eine weit-
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gehende Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse bzw. Gegebenheiten möglich ist.
Um Verschmutzungen des Kollektors zu vermeiden, wird die zugeführte warme Aussenluft vorteilhaft gefiltert.
Nachdem die Wärmepumpe über das Kollektorsystem der zugeführten Warmluft genug Wärme entzogen hat und ausgeschaltet wird, bleibt die Belüftung des Kollektors zweckmässig noch eine Zeit lang bestehen und wird erst mit einer Zeitverzögerung geschlossen. Durch diese zeitverzögerte Nachbelüftung des Kollektors wird erreicht, dass etwaige Kondenswasserbildungen im Kollektor beseitigt werden, wobei die Steuerung hierzu zweckmässig durch einen Feuchtigkeitsfühler erfolgt.
Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens ist am Gehäuse des Sonnenkollektors mindestens eine Lüftungsklappe für die Warmluftzufuhr angeordnet. Dabei ist es besonders günstig, zwei Lüftungsklappen vorzusehen, wobei die eine Lüftungsklappe am einen Endbereich des Gehäuses angeordnet ist, während sich die andere Lüftungsklappe an der gegenüberliegenden Endseite des Gehäuses befindet. Durch die Lüftungsklappen ist es möglich, das Gehäuse zur Steuerung der Warmluftzufuhr zu öffnen oder zu schliessen.
Dazu sind die Lüftungsklappen zweckmässig an einer Seite mit einem Schwenkteil am Gehäuse des Sonnenkollektors scharnierartig angelenkt.
Das öffnen und Schliessen der Lüftungsklappe erfolgt vorteilhaft über einen Steuerteil, der am Gehäuse des Sonnenkollek-
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- Io -
tors geführt ist und an der Lüftungsklappe angreift. Damit die Lüftungsklappe nicht zu weit umschwenken kann, besitzt der Steuerteil zweckmässig einen den Schwenkweg der Lüftungsklappe begrenzenden Endanschlag. Zur einfachen Befestigung ist der Steuerteil in eine Hinterschnittnut der Lüftungsklappe eingeschoben und z.B. mittels einer Schraube festgelegt.
Für einen vollautomatischen Betrieb und zur Erreichung eines höchstmöglichen Nutzeffektes ist es günstig, zum Öffnen und Schliessen der Lüftungsklappe eine Temperatur- und/oder Zeitregeleinrichtung vorzusehen, die zudem mit der Wärmepumpe gekoppelt ist.
Zur Erzielung einer gleichmässigen und intensiven Warmluftzuführung wird dem Gehäuse des Sonnenkollektors vorteilhaft ein Lüftungsaggregat zugeordnet. Hierbei ist es günstig, das Lüftungsaggregat direkt über der Lüftungsklappe anzuordnen und mit einem elektrisch betriebenen Walzenlüfter od.dgl. auszuführen, wodurch eine gute Luftführung, ein geräuscharmer Lauf und eine problemlose Antriebs- und Steuermöglichkeit erreicht wird.
Zur Erzielung eines absolut ruhigen und vibrationsfreien Laufs wird das Lüftungsaggregat vorteilhaft über ein Schwingungsdämpfungselement am Gehäuse des Sonnenkollektors befestigt. Um Verschmutzungen im Innern des Gehäuses mit Sicherheit zu vermeiden, wird an der dem Lüftungsaggregat gegenüberliegenden Endseite des Gehäuses ein Filterelement angeordnet, das zweckmässig dicht über der Lüftungsklappe befestigt wird. Das Filterelement ist im Gehäuse des Sonnenkollektors leicht lösbar befestigt, so dass etwaige Reinigungsarbeiten im Bedarfsfalle jederzeit schnell und problemlos durchgeführt werden können.
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Mit der Erfindung wird der Vorteil einer zusätzlichen Wärmegewinnung aus der Umgebungsluft über den Kollektor erreicht, so dass ein sehr wirtschaftlich arbeitendes Wärmegewinnungeverfahren für den praktischen Einsatz zur Verfugung steht. Bei direkter Sonneneinstrahlung wird vorzugsweise ausschlieeslich die Strahlungsenergie für die Wärmegewinnung genutzt. Bei einem Absinken der Kollektortemperatur unter die nutzbare Wärmeträgertemperatur und bei noch erforderlichem Energiebedarf wird automatisch die Wärmepumpe hinzu geschaltet, welche die Restenergie aus dem Kollektorsystem entnimmt und zur Wärmenutzung umsetzt. Ist der Energiebedarf jedoch noch nicht gedeckt, so öffnen sich die vorzugsweise elektronisch gesteuerten, isolierten Lüfterklappen am oberen und unteren Ende des Kollektors bzw. Kollektordaches. Alsdann tritt eine Verzögerung in dem Steuerungssystem ein. Diese Verzögerung ermöglicht ein Erwärmen des Kollektors durch die schwerkraftbedingte Luftzirkulation, so dass die Wärmepumpe nach einer gewissen Aufheizzeit des Kollektors mit dem Energietransfer zum Nutzwärmetauscher in Funktion tritt.
Reicht die durch die Eigenluftzirkulati^n angebotene Energiemenge in einer vorprogrammierten Zeiteinheit nicht aus, so schaltet der komputergesteuerte Regler die Zwangsbelüftung des Kollektors hinzu. Die Lüfter ermöglichen stufenlos steuerbar einen bestimmten Luftdurchsatz pro Zeiteinheit, so dass die Wärmepumpe genügend Energie bei geringstraöglichem Stromverbrauch der Lüfter erhält. Sinkt die Temperatur aufgrund des Energieentzugs durch die Wärmepumpe weiter ab, so wird durch die stufenlose elektronische Differenzialsteuerung den Lüftungsaggregaten
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weitere Energie zugeführt und ein Ausgleich bis zum Maximum der Lüfterleistung heraufgeschraubt. Nach dem Abschalten der Wärmepumpe werden die Lüfter bzw. wird die Belüftung noch kurze Zeit weiter in Betrieb gehalten, bis der Kollektor von etwaigen Kondenswasserdämpfen befreit ist, wobei die Kontrolle zweckmässig durch einen hydrostatischen Fühler erfolgt.
Das erfindungsgemässe Kollektorsystem besitzt einen sehr hohen Wirkungsgrad, wobei im Jahresdurchschnitt weitaus mehr Energie aus der Umgebung entnommen werden kann, als dies bisher mit einem reinen, hermetisch geschlossenen Sonnenkollektor bzw. Energiedach möglich war, da zum einen die volle Strahlungsenergie genutzt wird und zum anderen zusätzlich eine wirkungsvolle Energienutzung aus der Umluft bei Tag und Nacht sowie Sommer und Winter über den Kollektor möglich ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform als Beispiel zeigt. Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer er-
findungsgemässen Wärmegewinnungseinrichtung mit einem belüftbaren Sonnenkollektor und
Fig. 2 eine Schnittansicht des Sonnenkollektors der Fig. 1 in grösserer Darstellung.
Die in der Fig. 1 dargestellte Wärmegewinnungseinrichtung weist einen Sonnenkollektor 2, eine Wärmepumpe 3, zu einem
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Kreislaufsystem gehörende Rohrleitungen 4 und eine elektronische Regeleinrichtung 5 mit entsprechenden Steuerleitungen 6 auf.
Der in der Fig. 2 grosser dargestellte Sonnenkollektor 2 besitzt ein Gehäuse 7, das mit einer Abdeckscheibe 8 versehen ist. Im Gehäuse 7 sind Absorptionsrohre 9 angeordnet, die mit Sammelrohren Io, 11 verbunden sind und in denen ein Wärmeträgermedium transportiert wird.
Am unteren Endbereich 12 des Sonnenkollektors 2 ist im Gehäuse 7 ein Lüftungsaggregat 13 angeordnet, das einen elektrisch angetriebenen Walzenlüfter 14 besitzt. Das Lüftungsaggregat 13 ist einerseits mit einer Schraube 15 und andererseits über ein Schwingungsdämpfungselement 16 am Gehäuse 7 des Sonnenkollektors 2 befestigt.
Direkt unter dem Walzenlüfter 14 weist das Gehäuse 7 des Sonnenkollektors 2 am Endbereich 12 eine Lüftungsklappe auf, die über einen Schwenkteil 18 scharnierartig am Gehäuse 7 angelenkt ist. Die Lüftungsklappe 17 besitzt einen Steuerteil 19, der in einer Hinterschnittnut 2o an der isolierten Innenseite der Lüftungsklappe 17 befestigt ist. Der Steuerteil 19 ist am Gehäuse 7 des Sonnenkollektors geführt und besitzt einen Endanschlag 21, durch den der Schwenkweg der Lüftungsklappe 17 begrenzt wird.
An der dem Lüftungsaggregat 13 gegenüber liegenden oberen Endseite 22 des Gehäuses 7 ist eine weitere, nach unten aufschwenkbare Lüftungsklappe 23 angeordnet, die ebenfalls über ein Schwenkteil 18 am Gehäuse 7 scharnierartig angelenkt ist und über einen Steuerteil 19, der in einer Hinterschnittnut 2o befestigt ist und einen Endanschlag besitzt, verschwenkbar ist.
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Ausserdem befindet sich im Bereich der Endseite 22 des Gehäuses 7 ein Filterelement 24, das im Gehäuse 7 im wesentlichen schnappartig befestigt ist, so dass es im Bedarfsfall zum Beispiel zur Reinigung schnell und problemlos aus- und eingebaut werden kann.
Die Lüftungsklappen 17, 23 sowie das Lüftungsaggregat 13 werden, wie auch die Wärmepumpe 3, über die Regeleinrichtung 5 gesteuert. Dabei wird insbesondere bei nicht ausreichender Sonneneinstrahlung warme Aussenluft durch den Sonnenkollektor 2 geführt, deren Wärme über die Absorptionsrohre 9 mit Hilfe der Wärmepumpe 3 zusätzlich dem Heizkreis zugeführt wird. Die Regeleinrichtung 5 arbeitet vollautomatisch, wobei nach den jeweiligen Erfordernissen die Lüftungsklappen 17, 23 unabhängig vom Lüftungsaggregat 13 und auch gemeinsam mit diesem gesteuert werden können und wobei zur Erzielung entsprechender Vorheizzeiten sowie zur Erreichung einer etwaigen Kondenswassertrocknung zweckmässige Zeitverzögerungen bei der Zu- und Abschaltung der jeweiligen Aggregate möglich sind. Im wesentlichen erfolgt der Auslösimpuls für die Belüftung des Sonnenkollektors 2 über eine entsprechende Temperaturmessung und Kontaktgabe, sowie gegebenenfalls eine Solarzelle zur Kontrolle der Sonneneinstrahlung. Diese kann - der übrigen Schaltung übergeordnet - verhindern, dass, solange Sonneneinstrahlung herrscht, der Sonnenkollektor 2 geschlossen bleibt, um Sonnenenergie zu nutzen. Selbstverständlich ist der Sonnenkollektor 2 so ausgelegt, dass im Falle einer überschüssigen Kondenswasserbildung letzteres behinderungsfrei abfliessen kann.
A 9oo6 e-m,
31. März
130041 /0348
L e e r s e i t e

Claims (21)

  1. Güid-o Engelhardt "^Patentanwalt
    17 Tel (07S41) 7?667 EWeraatr. 17 Tel lu/ D_7990 Friedrichshafen 1
    Bruno Riech
    799o Friedrichshafen 5
    Patentansprüche :
    [1/. Verfahren zur Wärmegewinnung für Heizzwecke od.dgl. mit einem Sonnenkollektor, der in einem Gehäuse angeordnete Absorptionsrohre für ein Wärmeträgermedium aufweist, und mit einer dem Sonnenkollektor nachgeschalteten Wärmepumpe,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach einem Abkühlen des Sonnenkollektors (2) unter die nutzbare Wärmeträgertemperatur, das Gehäuse (7) des Sonnenkollektors (2) zum Einströmen warmer Aussenluft belüftet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wärmepumpe (3) nach dem Beginn der Belüftung des Sonnenkollektors (2) zeitverzögert zugeschaltet wird.
    130041/0348 _
    ORIGINAL INSPECTED
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass bei der Belüftung des Sonnenkollektors (2) die Aussenluft an einem Endbereich (12) des Gehäuses (7) eintritt und an einer gegenüberliegenden Endseite (22) austritt.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Belüftung des Sonnenkollektors (2) elektronisch gesteuert wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Belüftung des Sonnenkollektors (2) als steuerbare Zwangsbelüftung ausgeführt ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Stärke der Luftströmung durch das Gehäuse (7) des Sonnenkollektors (2) veränderbar ist.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    13QCU1/0348
    dass die warme Aussenluft beim Eintritt in das Gehäuse (7) des Sonnenkollektors (2) gefiltert wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Belüftung des Sonnenkollektors (2) erst nach dem Abschalten der Wärmepumpe (3) mit einer Zeitverzögerung geschlossen wird.
  9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet«
    dass das Gehäuse (7) des Sonnenkollektors (2) mindestens eine Lüftungsklappe (17, 23) aufweist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
    dass die eine Belüftungsklappe (17) aiu einen Endbereich (12) des Gehäuses (7) angeordnet ist und die andere Lüftungsklappe (23) an der gegenüberliegenden Endseite (22) des Gehäuses (7) sich befindet.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder Io,
    \ dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lüftungsklappen (17, 23) jeweils über einen Schwenkteil (18) am Gehäuse (7) des Sonnenkollektors (2) gelagert sind.
    130041/0348
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lüftungsklappen (17, 23) jeweils über einen Steuerteil (19) am Gehäuse (7) des Sonnenkollektors (2) bewegbar sind.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Steuerteil (19) der Lüftungsklappe (17, 23) einen den Schwenkweg begrenzenden Endanschlag (21) aufweist.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Steuerteil (19) in einer Hinterschnittnut (2o) der Lüftungsklappe (17, 23) befestigt ist.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Lüftungsklappe (17, 23) zum Öffnen und Schliessen eine mit der Wärmepumpe (3) gekoppelte Temperatur- und/oder Zeitregeleinrichtung (5) zugeordnet ist.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet.
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    dass das Gehäuse (7) des Sonnenkollektors (2) ein Lüftungsaggregat (13) aufweist.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Lüftungsaggregat (13) direkt über der Lüftungsklappe (17) angeordnet ist und einen elektrisch betriebenen Walzenlüfter (14), eine Zwangsbelüftung, einen Flügellüfter, einen Düsenlüfter od.dgl. aufweist.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Lüftungsaggregat (13) über ein Schwingungsdämpfungselement (16) am Gehäuse (7) des Sonnenkollektors (2) befestigt ist.
  19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Endseite (22) des Gehäuses (7) über der anderen Lüftungsklappe (23) ein Filterelement (24) vorgesehen ist.
  20. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Filterelement (24) im Gehäuse (7) des Sonnenkollektors (2) lösbar befestigt ist.
    130041 /0348
  21. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 2o, dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Zuluftkanal vorgesehen ist, mittels dem
    das Gehäuse (7) des Kollektors (2) mit dem Abluftkanal des Gebäudes verbindbar ist.
    A 9oo6 e-m
    31. März 19*
    130041/0348
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