DE3014445A1

DE3014445A1 - Energiedach zur nutzung von sonnen und umgebungswaerme

Info

Publication number: DE3014445A1
Application number: DE19803014445
Authority: DE
Inventors: Franz Xaver Prof. Dr. Tschagguns Eder; Friedrich 8034 Unterpfaffenhofen Müller
Original assignee: SES FRIEDRICH MUELLER GmbH
Current assignee: SES FRIEDRICH MUELLER GmbH
Priority date: 1980-04-15
Filing date: 1980-04-15
Publication date: 1981-10-22

Description

Energiedach zur Nutzung von Sonnen- und
r Umgebungswärme Die Erfindung betrifft ein Energiedach zur Nutzung von Sonnen-und Umgebungswärme, mit einer Dachhaut, einem darunter angeordneten, von einem zwangsumgewälzten Medium durchflossenen, mit der Dachhaut zusammenwirkenden Wärmetauscher mit Führungskanälen für das Medium und einem daran angeschlossenen Wärmetauscher des Gebäude-Brauchwasser- bzw. Heizungssystems.
Bei einem derartigen bekannten Energiedach ist unter derDachhaut ein Leitungssystem verlegt, das von einer Flüssigkeit durchflossen und durch Zusammenwirken mit der von der Sonneneinstrahlung erw'ärmten Dachhaut einen Wärmeaustauscher bildet.
Dieser ist angeschlossen an das Gebäude-Brauchwasser- -bzw.
Heizungssystem. Die Flüssigkeit wird zwangsumgewälzt.
Ferner ist es bekannt, die Dachhaut eines Gebäudes mit Sonnenkollektoren zu versehen, die gleichfalls von zwangsumgewälzter Flüssigkeit durchflossen werden, die ihre Wärmeenergie an das Gebäudeheizungs- bzw. Brauchwassersystem abgibt.
Das bekannte Solardach besitzt Nachteile. Sonnenkollektoren' sind relativ teuer und ihre Anbringung bringt ästhetische und baurechtliche Schwierigkeiten. OblicheFlachkollektoren können zudem meist nur die direkte und nur zum geringen Teil die indirekte Sonneneinstrahlung in fühlbare' Wärmeenergie umf-ormen. Das bekannte Energiedach bringt zwar keine ästhetischen und baurechtlicheh Schwierigkeiten. Es befriedigt aber heute noch nicht hinsichtlich ihres -Wirkungsgrades, so daß. das Verhältnis aus Preis pro m2 zu mittlerer Wärmeleistung pro m2 und Jahr höher als jenes für sorgfäitig konstruierte Flachkollek'toren ist. Hinzu kommt, daß ein über einen größeren Teil der Dachfläche verteiltes Rohrleitungssystem für die Ubertragungsflüss;igkeit mit dem erforderlich niedrigen Stockpunkt von etwa -300C notwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Energiedach hinsichtlich ihres Wirkungsgrades zu verbessern und zu verbilligen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß ein flüssiges Medium und damit verhältnismäßig teuere Rohrleitungen vermieden werden und zudem der Wirkungsgrad erheblich verbessert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der'Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen scheinatischen Vertikal-Teilschnitt druck das Ernergiedach nach der Erfindung, Fig. 2 einen Teilschnitt wie in Fig. 1, von einer geänderten Ausführungsform, Fig. 3 einen weiteren Teilschnitt nach einer anderen Ausführungsform, Fig. 4 einen horizontalen Teilschnitt des Energiedaches nach Fig;2, Fig. 5 eine schematische Ansicht des Gesamtsystems nach der Erfindung; und Fig. 6 ein vertikaler Teilschnitt des Energiedaches im Firstbereich.
Bei einer ersten Ausführungsform nach Fig. 1 sind auf einer Dachschalung 1 von der Dachtraufe zum Dachfirst hin laufende, vorzugsweise parallel dicht nebeneinander, der ßachschalung1befestigte Führungskanäle 2 angeordnet. Die Führungskanäle können aus einem U-förmig gezogenen Kunststoff-oder Blechprofi-l bestehen.
Sie können aber auch aus Einzel abschnitten zusammengeset-zt sein. Vorzugsweise erstrecken sie sich über die ganze Dachbreite.
Die flachen Führungskanäle 2 werden durch eine Dachhaut 3 abgedeckt. In den von dr Dachhaut 3 und den Führungskanälen 2 begrenzten Räumen 4 wird als Medium Luft in der angegebenen Pfeilrichtung zwangsumgewälzt. Die Temperatur des Luftstromes wird durch die Wärmeabgabe der Dachhaut 3 bestimmt.
Die Dachhaut 3 kann z.B. aus dicht gelegten Dachpfannen bestehen. In Fig. 1 ist die Dachhaut 3 von einer lichtundurchlässigen Platte 5 gebildet, die auf der Kanalseite zur Luftrichtung parallele Rippen 6 aus gut wärmeleitendem Material, z.B. in Form von Blechrippen besitzt.. Durch diese Rippen wird die Wärmeübertragung an die Luft verbessert. Die Dachhaut 3 erwärmt sich unter der direkten und diffusen Sonneneinstrahiung auf eine Gleichgewichtstemperatur, die in komplizierter Weise von den Strahlungseigenschaften (Absorptions- und Emissionsgrad) der Dachschalung, der Außentemperatur, der Windgeschwindigkeit und der Wärmeabfuhr durch die Luftströmung in!den Luftführungskanälen abhängt.
Bei maximaler Sonneneinstrahlung, Süd-Orientierung der Dachfläche und Windstille kann die Temperatur in den Luftführungskanälen 60 0C und mehr erreichen. Es können ca. 250W/m2 Wärmeleistung genutzt werden.-Besteht die Platte 4 z.B. aus Asbestzement, können'die Biechrippen 6, wie strichliert~angedeutet, teilweise mit in die Platte 5 eingegossen sein. Die Blechrippen können auch als Lochbleche 6' ausgebildet sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind wiederum auf der Dachschalung 1 Luftführungskanäle 2 dicht nebeneinander angeordnet.
Als Dachhaut 3 werden jedoch durchsichtige Platten 5' aus organischem oder anorganischem Glas verwendet, durch die das direkte und diffuse Sonnenlicht dringt.
Es fällt auf unter der Platte 5' -über kurze Stege 7 im Abstand gehaltene Absorberplatten 8 aus gut wärmeleitendem Material. Die Absorberplatten 8 können über die Stege 7 an der Platte 5' befestigt sein. Die Absorberplatten 8 bilden zur Verbesserung der Wärmeübertragung metallische Blechrippen g, die in Richtung der Luftströmung ausgebildet sind. Das auf die Absorberplatte 8 fallende Licht erwärmt diese. DieWärme wird dann über die Rippen 6 an die in den Luftführungskanälen 2 strömende Luft abgegeben. Aus Gründen optimaler Ausnutzung der Solar-Energie kann die Absorberplatte 8 auf der Außenseite mit einer selektiven Schicht 9 versehen sein.
Bei einer dritten Ausführungsform nach Fig. 3 sind auf einer Dachschalung 1 wiederum die flachen Luftführungskanäle 2 wie in Fig. 1 und 2 ang-eordnet. Da diese Luftführungskanäle 2 hier selbst die Strahlungsauffänger bilden, sind sie unter Zwischenschaltung einer thermischen Isolierschicht. 10 auf der Dachschalung 1 montiert. Zur besseren Wärmeübertragung an die in den Führungskanälen 2 zwangsumgewälzte Luf,tströmung' sind sie mit angeschweißten oder vernieteten Blechrippen 11 versehen.-Die Dachhaut 3 ist wieder transparent und sollte für den infraroten Strahlungsanteil wenig durctlässig sein.
Für die Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 3 ergeben sich folgende Vorteile: Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird die Absorberplatte 8 mit den Blechrippen 6 unter der Einwirkung der Sonnenstrahlung infolge der sehr geringen ther'mischen Trägheit die Gleich gewichtstemperatur ohne Verzögerung erreichen und kann daher auch kurzzeitige Intensitätsmaxima an das Medium Luft in den Führungskanälen 2.übertragen. Bei der Anordnung nachFig. 1 hingegen wirkt als Absorber die lichtundurchlässige Abdeckplatte 5 mit großer thermischer Trägheit, deren Gleichgewichtstemperatur über die eingegossenen Blechrippen 6 auf die Luft in den Luftführungskanälen 2 übertragen wird. Auch ohne Sonneneinstrahlung, also in warmen Nächten, wird sich die in dt Führungskanälen 2 strömende Luft während der erzwungenen Konvektion erwärmen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn die Dachhaut 3 für das Energiedach sich nicht merklich von eine gewöhnlichen Dach unterscheidet und auch nachtränlich die Abänderung in ein die Sonnenstrahlung nutzendes Dach ermöglicht.
In Fig. 4 ist eine, praktische Ausführung eines der Fig 2 entsprechenden Energiedaches dargestellt. Auf der Dachschalung 1 sind unter Zwischenlage einer relativ dünnen Isolierplatte 12 die flachen, offenen Luft'führungskanäle 2 montiert, deren Seitenstege 15 zur Längsunterstützung der'Dachpfannen 13 dienen.
Die Nasen der Dachpfannen sind in Querprofile 14 (Fig, 5) einge hängt, die in regelmäßigen Abständen vorgesehen sind. Die Dachpfannen 13 bestehen z. B. aus Akrylglas und können in den üblichen Dachsteinformen "Frankfurter Pfanne", 11Römerpfanne11, "Doppel-S", "Tegalit" und Biberschwanz ausgeführt werden. Auf der Innenseite jedes Dachsteins ist die Absorberplatte 8 aus Aluminium oder Kupfer mit einer äußeren selektiven Schicht 9 befestigt, an welcher Blechkühlrippen 6 zur Vergrößerung der .Wärmeübertragung angeschweißt oder angenietet sind, die bis zum Boden der Führungskanäle 2 reichen.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind am oberen Ende in Firstnähe die Luftführungskanäle 2 über kurze Rohrstutzen 16'durch die Dachschalung 1 geführt und an einen Sammelkanal 17 angeschlossen, der 1 längs des Firste innerhalb des Daches verläuft. Im Sammelkanal 17 wird ein Zwangsluftstrom erzeugt. Alle Luftführungsknaäle sind am oberen Ende durch eine Wand 18 mit angesetztem U-Profil 19 abgeschlossen, in dem die Nase 20 der jeweils obersten Dachpfanne 13 dicht verankert ist.
Wie ersichtlich, sind die-einzelnen Dachpfannen 13 zwar regendicht, jedoch nur unvollkommen gegen äußeren Luftdruck abgedichtet. An jeder Dachpfanne 13 kann somit etwas Frischluft durch die unvermeidlichen Spalte zwischen den einzelnen Pfannen 13 angesaugt, aber ebenfallsran den wärmeren Blechrippen 6 entlanggeführt, erwärmt werden.
Es ist auch möglich, daß mehrere Dachpfannen:13 mechanisch durch Verkleben, Verschrauben oder anderweitig unter Zwischenlage von Dichtschnüren oder Streifen zu einem Großziegel verbunden werden, wodurch weniger und b-reitere Luftführungskanäle 2 und eine geringere Nebenluftströmung erreicht werden.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die unmittelbar nebeneinander liegenden Luftführungskanäle 2 mit den Seitenwänden 15 aneinanderstoßend angeordnet. Die firstseitigen Enden der Luftführungskanäle 2 sind über Rohrstutzen 16 an den'Sammelkanal 17 angeschlossen. Der Sammelkanal 17 ist mit einem Gebläse 21 verbunden, dessen druckseitiger Ausgang an einen Wärmetauscher 22 angeschlossen ist, der über Zulauf 23 und Ablauf 24 an das Gebäudeheizungs- bzw. Brauchwassersystem angeschlossen ist. Der Ausgang 25 ist mit einem Abluftkanal 26 mit dem Freien verbunden. Mit der im Abluftkanal 26 angeordneten Drosselklappe 27 läßt sich druckseitig der Luftdurchsatz und damit die Lufttemperatur derart einstellen, daß fühlbare Wärme an einen mit dem Wärmeaustauscher 22 verbundenen Speicher oder andere, direkt angeschlossene Verbraucher abgegeben werden kann. Gleiches gilt für den Nachtbetrieb, wo die geringe Einstrahlung auf das Dach keine oder Aufnahme von Außenluft kleine'Luftgeschwindigkeiten in den Luftführungskanälen empfehlenswert machen.
Ein zusätzlicherVorteil besteht in der gegenüber üblichen Dächern besseren Wärmedämmung infolge der isolierenden Luftschicht zwischen Dachhaut und Dachschalung. Die Luftführungsschächte ergeben eine einfache und billige Konstruktion. Sie könnten auch durch hochkant befestigte Holzlatten gebildet werden, die auf der Isolierplatte anstelle der. Luftführungskanäle befestigt werden.
Besonders. einfach ist die Anwendung auf plattenförmige Dachpfannen, wie Eternit-oder Schieferdächer. Diese Dachplatten wer den aus Gründen einer regensicheren Abdeckung überdeckt auf den Dachplatten befestigt. Vorzugsweise werden nun diejenigen Innenflächen der Dachplatten mit wärmeübertragenden Rippen versehen, die in die Luftkanäle reichen und von der Zirkulationsströmung umströmt werden.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich und strichliert dort angedeutet, können die zur Dachtraufe hin bisher offenen Enden der Luftführungskanäle 2,zum Ansaugen von Außenluft auch verschlossen sein. Diese Enden der Luftführungskanäle sind dann an einen weiteren Sammelkanal 28 angeschlossen, der zum Abluftkanal 26 geführt ist. In diesen Sammelkanal 28 kann eine weitere Drossel klappe 29 eingeschaltet sein, durch die dieser Sammelkanal teilweise verschlossen werden kann. Bei dieser Betriebsweise strömt die umgewälzte Luft im wesentlichen in einem gesthlossenen Kreislauf, wird jedoch laufend durch Nebenluft ergänzt, die durch Spalte zwischen den einzelnen Dachpfannen einströmt.

Claims

Energiedach zur Nutzung von Sonnen- und Umgebungswärme P a t e n t a n s p r ü c h e Energiedach zur Nutzung von Sonnen- und Umgebungswärme, mit einer Dachhaut, einem darunter angeordneten, von einem zwangsumgewälzten Medium durchflossenen, mit der Dachhaut zusammenwirkenden Wärmetauscher mit Führungskanälen für das Medium und einem daran angeschlossenen Wärmetauscher des Gebäude-Brauchwasser- bzw. Heizungssystems, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle Luftführungskanäle (2) sind, die saugseitig an ein Gebläse (21) angeschlossen sind, dessen druckseitiger Ausgang mit dem Wärmetauscher (22) des Gebäude-Brauchwasser- bzw. Heizungssystems verbunden ist.
2. Dach nach Anspruch 1, mit einer im Abstand von einer Dachschalung angeordneten Dachhaut, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Dachhaut (3) und Dachschalung (1) U-fQrmige Luftführungskanäle (2) ausgebildet sind, deren Boden an der Dachschalung befestigt ist und auf deren Steten (15) die Dachhaut aufliegt.
3. Dach nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachhaut (3) von Dachplatten, Pfannen, Ziegeln oder dgl. gebildet ist, und zum Befestigen derselben durch Einhängen quer zu den Luftführungskanälen (2)~verlaufende Profile (14) vorgesehen sind.
4. Dach nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungskanäle (2) Querprofile (15) zum Einhängen der Dachplatten (13) bilden.
5. Dach nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungskanäie (2) parallel nebeneinander zum Dachfirst führend angeordnet sind.
6. Dach nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die firstseitigen Enden der Führungskanäle 2 abgeschlossen und zu einem Sammelk'anal (17) zusammengefaßt sind, der mit der Saugseite des im Dachinneren angeordneten Gebläses (21) verbunden ist.
7. Dach nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom First abgewandten Enden der Luftführungskanäle (2) zur Außenluft hin offen sind.
8. Dach nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom First abgewandten Enden der Luftführungskanäle (2) abgeschlossen und ebenfalls an einen Sammelkanal (28) angeschlossen sind, der mit der Ausgangsseite des Wärmetauschers'(22) des Gebäudebrauchwasser- bzw. Heizungssystems verbunden ist.
9. Dach nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungskanäle (2) zur Dachschalung (1) thermisch isoliert sind.
lo. Dach nach den Ansprüchen 1 bis 9,. dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungskanäle (2) in Firsthöhe durch eine Abschlußwand (18) mit U-Profil begrenzt sind, in das die oberste Dachziegel, Pfannenoder dgl. mittels Nasen (20) passend einsetzbar sind.
11. Dach nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenozeichnet, daß in Firsthöhe die einzelnen Luftführungskanäle (2) mit Rohrstutzen (16) durch die Dachschalung (i) geführt und an einen isolierten Sammelkanal (17) angeschlossen sind, der mit der Saugseite des Gebläses (21) verbunden ist.
12. Dach nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachhaut (3) innenseitig Wärmeaustauschrippen (6) besitzt.
13. Dach nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (6) aus gut wärmeleitendem Material sind.
14. Dach nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen aus Metall, Lochblech oder dgl. sind.
15. Dach nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschrippen (6) senkrecht zur Dachhaut (3 ausgebildet sind, in die Luftführungskanäle (2) ragen und die Höhe der Luftführungskanäle aufweisen.
16. Dach nach den Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß die Wärmeaustauschrippen (6) in die die Dachhaut (3) bildenden Elemente eingegossen, zwischengebettet oder dgl.

befestigt sind.
17. Dach nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachhaut (3) aus undurchsichtigen Dachziegeln, Pfannen, Eternitplatten oder dgl.

besteht, mit denen die metallischen Rippen (6) fest verbun den sind.
18. Dach nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachhaut (3) aus durchsichtigen Ziegeln besteht, die auf der Innenseite Metallflächen (8) mit Blechrippen (6) auf der Rückseite besitzen.
19. Dach nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, da'ß die Metallfläche (8) auf der Außenseite mit einer dunklen Deckschicht (9) versehen ist.
20. Dach nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungskanäle (2) in %5trömungsrichtung der zwangsumgewälzten Luft Blechrippen (6) bis etwa zur Innenfläche der Dachhaut besitzt, daß die Dachhaut (3) durchsichtig ist und daß der Boden der Luftführungskanäle mit einer selektiven Deckschicht geschwärzt ist.
21. Dach nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Anzahl von Dachziegeln (13) zu einem Großziegel zusammengefaßt sind.
22. Dach nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansp-rüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ggf. selbsttätig steuerbare Drosselklappe (27) im Abluftkanal (26) vorhanden -ist.
23. Dach nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dachtraufenseitigen Enden der Luftführungskanäle (2) dicht an einen Sammelkanal (28) angeschlossen sind, der mit dem Abluftkanal (26) verbunden ist und daß in diesen Sammelkanal eine weitere, ggf. selbsttätig steuerbare Drosse-lklappe (29) vorhanden ist.
24. Fassade nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch'gekennzeichnet, daß das Gebäude-Heizungs- bzw. Warmwassersystem eine Wärmepumpe einschließt.