DE3027996A1 - Sonnenkollektor - Google Patents
SonnenkollektorInfo
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Description
3353 Bad Gandershelm, ρ3 Juli 1980
Postfach 129 HohenhSfen 5 Telefon: (05382) 2842 Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm
Unsere Akten-Nr. 2984/1
BRIELLA S.n.c. di Gabriella e Giulio FAVA
Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit einem Hohlraum, in dem eine Platte so angeordnet ist, daß sie von
der zu erwärmenden Luft bespült wird^bzw.^ daß die zu erwärmende
Luft an ihr vorbeistreicht, wobei der Hohlraum eine Öffnung zum Eintritt der Luft und eine Öffnung zum Austritt der Luft besitzt.
Sie betrifft insbesondere einen Sonnenkollektor, der insbesondere für die Fassaden von Wohnhäusern gedacht ist, und der selbst einen
Teil der Fassaden bilden kann und in der Lage ist, die Innenluft des Gebäudes auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen.
Es ist bekannt, daß man, um das Innere von Gebäuden mittels Solarenergie aufzuheizen, Solarkollektoren des Types Luft-Luft
mit zwei Öffnungen benutzt, die den Eintritt und den Auslaß der Luft gestatten, die in dem Kreis verwendet wird, in den die Sonnenkollektoren
eingesetzt sind. Diese Öffnungen sind normalerweise mit entsprechenden Öffnungen verbunden, die an zwei Kanälen gebildet
sind, die Luft mit erhöhten Temperaturen, also mit Gebrauchstemperaturen, aufnehmen bzw. die Luft mit niedriger Temperatur in den
Kollektor einführen.
130008/0765
Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandershelm, Kto.-Nr. 22.118.970 · Postscheckkonto: Hannover 66715
Diese Kanäle besitzen eine Reihe von Öffnungen, die dazu dienen, daß sie mit öffnungen entsprechender anderer Sonnenkollektoren
verbunden werden können. Man erhält daher mittels dieser Kanäle eine parallele Verbindung zwischen den Sonnenkollektoren.
Die Verwendung derartiger Sonnenkollektoren erfordert eine Trägerkonstruktion zum Einbau , ebenso wie eine übrige Installation.
Derartige Installationen besitzen eine Reihe von Nachteilen.
Zunächst bewirkt der komplizierte Aufbau der Installation eine sehr lange und ziemlich schwierige Montage. Hieraus folgt, daß die
Montagekosten einen bedeutenden Prozentsatz der Gesamtkosten der
Installation umfassen. Darüber hinaus muß die Fassade eines Gebäudes, in diman/die Installation einbauen muß, im allgemeinen
umgebaut und verstärkt werden, damit man die Konstruktion, die die verschiedenen Kollektoren und die Verbin dung skanäle , die Teil der
Installation sind, haltern kann.
Darüber hinaus nutzt man bei der Anwendung der eben beschriebenen
Verbindungsvorrichtungen und Verbindungsarten nicht
den gesamten, zur Verfügung stehenden Raum, weil es notwendig ist, um einen evtl. Austausch oder wartungsarbeiten zu erleichtern,
daß die benachbarten Kollektoren einen bestimmten Abstand voneinander
aufweisen, damit jeder Kollektor ausgebaut werden kann, ohne daß die daneben liegenden Kollektoren beschädigt oder in Mitleidenschaft gezogen
werden. Demzufolge ist die Summe der Flächen, die die Solarenergie auffangen, deutlich geringer als die gesamte, für die Einstrahlung der
Sonne auf die Fassade des Gebäudes verfügbare Fläche. Man benötigt auf diese Weise eine große Anzahl von Kollektoren und daher eine große,
zur Verfügung stehende Fläche auf der Fassade (entsprechend der gewünschten Temperatur imlnneren des Gebäudes ); andererseits erhält
man nur eine niedrige Temperatur, wenn die Anzahl der Kollektoren , die auf der Fassade angebracht werden können, sehr gering ist (was zu einem
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■fr-
niedrigen thermischen "Wirkungsgrad oder einer niedrigen^ schlechten
thermischen Wirkung führt). Wie man "weiter unten sehen wird, bewirkt das Vorhandensein von äußeren Kanälen bei Kollektoren
einen größeren Wärmeverlust aufgrund der größeren Berührungsfläche zwischen der Installation und der Umgebungsluft und demzufolge
ist es notwendig, eine erheblich wirkungsvollere thermische Isolation vorzusehen, um diesen Nachteil des Wärmeverlustes zu
vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sonnenkollektor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile vermieden
sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er
zwei weitere Hohlräume besitzt, welche jeweils in Verbindung mit dem ersten Hohlraum stehen, -wobei die weiteren Hohlräume
so ausgebildet sind, daß sie Kanalabschnitte für den Eintritt und
das Ausströmen der Luft im Sonnenkollektor bilden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt ist,sollendie Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Verbesserungen näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Elemente,
die den erfindungsgemäßen Sonnnenkollektor bilden, in Explosionsdarstellung,
Fig. 2 eine Schnittansicht des in Fig. 1 dargestellten
Sonnenkollektors entlang der Linie II -II der Fig. 3,
Fig. 3 eine perspektivische Teilschnittansicht mehrerer
Sonnenkollektoren ähnlich dem der Fig. 1, welche die Ausgestaltungen ihrer Zuordnung zeigt,
Fig. 4 eine perspektivische Teilschnittansicht einer
Gebäudekonstruktion, bei der einige erfindungsgemäße Sonnenkollektoren benutzt sind, von hinten,
und von vorn,
Fig. 5 eine teilweise Vorderansicht , mit der darge
stellt wird, wie die erfindungsgemäßen Sonnenkollektoren an der Vorderfront eines Wohngebäudes
angeordnet sein können.
Wie die Fig. 1 zeigt, besitzt ein erfindungsgemäßer Sonnenkollektor
1 eine Umhüllung oder ein Gehäuse 2 in Form eines Parallelepipedee,
welches mit einer Bodenwand 3 , zwei sich ge genübe rliegendenSeitenwänden
4 und zwei weiteren , sich gegenüberliegenden Seitenwänden 5, (siehe Fig. 1 und 4) versehen ist, welche mit der Bodenwand 3 einen
Aufnahmeraum in Form eines Parallelepipedes bilden. Die Seitenwand
5 besitzt zwei recheckige öffnungen 7, deren Umfang mit einer Randleiste 8 einer konstanten Dicke versehen ist, welche Randleiste
nach außen bezogen auf den Sonnenkollektor 1 gerichtet ist« bzw. vorspringt.
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Die Seitenwand 6 (Fig. 4) besitzt ebenfalls zwei reclieckige
öffnungen 7, deren Abmessungen größer sind als die eben beschriebenen
Öffnungen und deren Rand 8 ins Innere des Sonnenkollektors ragt, derart, um die Nebeneinander-Anordnung zweier
benachbarter Sonnenkollektoren 1 durch Ankuppeln oder Anschließen der Öffnungen 7 der Seitenwand 5 des einen Sonnenkollektors an die
der Wand 6 des daneben liegenden Sonnenkollektors 1 zu ermöglichen.
Das Gehäuse 2 ist aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit hergestellt, vorzugsweise aus plastischem Material
oder aus Kunststoff. Im letzterenFalle kann die Dichte des Materials
so gewählt sein, daß sie eine geringere Dichte zur Innenfläche und eine größere Dichte zur Außenfläche hat. Auf diese Weise erhält
man eine hohe mechanische Festigkeit des Gehäuses verbunden mit einem geringen Wärmeübertragungskoeffizientfvon innen nach außen.
Im Inneren des Gehäuses ist ein Chassisträger 11 vorgesehen, de s s en Abmessungen geringfügig kleiner sind als diejenigen des Gehäuses
2. Dieses Chassis ist durch eine Anzahl von Profilen entsprechend der Ausgestaltung , die in der Fig. 1 dargestellt ist, gebildet. Insbesondere
besitzen bestimmte Profile einen Quer schnitt, der es ermöglicht,
einen inneren, am Umfang herumlaufenden Anschlag 9 oder eine innen umlaufende Schulter 9 zu erhalten.
Das Chassis, welches aus einem metallischen Material hergestellt ist, hat im wesentlichen die Aufgabe, dem Solarkollektor
die notwendige mechanische Festigkeit zu verleihen und die Befestigung des Sonnenkollektors beispielsweise an einer ebenen ,
horizontalen Wand 33 im Inneren eines Gebäudes 34 (Fig. 4 und 5) zu ermöglichen. Im Inneren der Chassis 11 ist ein Körper 12 in Form
eines E aus einem expandierten Kunststoff (Schaumstoff) angeordnet.
Der Körper ist durch eine rechteckige Bodenwand 13 , zwei sich gegenüberliegende Seitenwände 14 , die an den kleinen Kanten der
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rechteckigen Bodenwand 13 angeordnet sind, und durch einen mittleren
Steg 15, der parallel zu den Wänden 14 in Form eines Parallelepipedes
angeordnet und bretter und niedriger als die Seitenwände 14 ist,
gebildet.
Der mittlere oder zentrale Steg 15 und die Seitenwände 14 besitzen^zwei
Vorsprünge 16, die senkrecht zu dem Steg 15 verlaufen. Die Vorsprünge 16 ermöglichen es, ein Element 17 an den Körper 12
anzulegen bzw. anzupassen, das aus einer Folie aus Kunststoff gebildet ist, die die gleiche Form besitzt wie die obere Fläche des
Körpers 12.
Der Körper 12 kann dadurch hergestellt werden, daß ein geeignetes Kunststoffmaterial in einer Gießform gegossen wird, die die Form des
Körpers hat, und zwar mittels bekannter Gießtechniken.
Dieses Schaumstoffmaterial (welches beispielsweise Polyurethan sein kann) besitzt eine sehr geringe thermische Leitfähigkeit und eine
geringe mechanische Festigkeit. Die letztere wird dadurch vergrößert, daß man den Körper 12 und das Element aus nicht expandiertem Kunststoff
(nicht aus Schaumstoff) miteinander verbindet, wodurch die mechanische Festigkeit erhöht ■wird.
Das Element 17kann dadurch hergestellt werden, daß man eine
Folie aus Kunststoffmaterial in eine Gießform einlegt bzw. einführt, die die Form besitzt, die für dieses Element vorgesehen ist. Bei
Vorhandensein von erhöhten, geeigneten Temperaturen lecjt
sich die Folie aus dem Kunststoff an der Fläche der Form an, um die gewünschte Form anzunehmen.
Der Körper 12 mit dem Element 17 können miteinander an dem Chassis 11 angebracht werden, in^dem sie in diesesohne die Schultern
9 (Fig. 1) eingeführt und dann an dem Chassis befestigt werden.
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Wohlverstanden kann man auch den Körper 12 in das Innere des Chassis 11 eingießen.
Der Solarkollektor 1 besitzt darüberhinaus eine rechteckige
Platte 18 aus einem expandierten Kunststoff (Schaumstoff), beispielsweise aus Polyurethan mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit,
die in ihrem mittleren Bereich der inneren Fläche eine Rinne 21 aufweist, die zum Befestigen bzw. zur Befestigung an dem
Steg 15 des Körpers 12 vorgesehen ist.
Die obere Fläche der Platte 18 ist gewellt, damit sie mit einer Platte 22 aus schwarzem Material, die in gleicher Weise gewellt ist,
verbunden werden kann.
Die Platte 22 ist aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit hergestellt, welches irgendein nichtmetallisches Material
sein kann,und das in der Lage ist, die Übertragung von beachtlichen Wärmemengen durch Leitung in der Richtung der Längsachse der
Platte zu verhindern und daher längs der " Achse und
auf eine Art, die weiter unten näher erläutert werden soll, einen erhöhten thermischen Gradienten zu erzeugen.
Der Schutz des Sonnenkollektors 1 gegen atmosphärische Einwirkungen
ist durch einen rechteckigen Rahmen 23 aus Kunststoff mit Schultern 24 und durch zwei durchsichtige Schutzplatten 25 beispielsweise
aus Glas sichergestellt, die gegen diese Schultern anliegen. Die innere Platte 25 , die mit der inneren Fläche des Rahmens 23
in Verbindung steht bzw. diese berührt, ruht auf der oberen Fläche der Schulter 9 des Chassis 11 (Fig. 2).
Die obere durchsichtige Platte 25 ist durch die Schulter 26 eines zweiten Rahmens 27 aus Kunststoff festgehalten, dessen Abmessungen
größer sind als diejenige des Rahmens 23 und der als Deckel für das Gehäuse 2 dient.
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Wie man deutlich aus der Fig. 2 entnehmen kann, ist die untere durchsichtige Platte 25 von der Platte 22 derart getrennt, daß ein
Hohlraum 20 gebildet wird, um die Luft durchströmen zu lassen, die die durch die Platte 22 aufgenommene Wärme absorbieren soll.
Darüber hinaus gestattet es die Kombination der Rinne 21 der Platte 18 mit dem Steg 15 des Körpers 12 , zwei Kanäle 28 zu bilden, die
mit dem Hohlraum 20 mittels zweier öffnungen 31 in Verbindung stehen.
Die Verbindung der Kanäle 28 benachbarter Sonnenkollektoren 1 wird dadurch realisiert bzw. bewirkt, daß man die öffnungen 7
der Wand 5 des einen Sonnenkollektors mit den Öffnungen der Wand 6 des benachbarten Sohnnenkollektors miteinander bzw. aneinander
ankuppelt und eine Dichtung einsetzt, deren Länge dem äußeren Umfang der Flächen entsprich^ mit denen die beiden Sonnenkollektoren
in Verbindung miteinander stehen.
Wenn man die Umrandungen 8 nicht vorsieht und dabei auch nicht für ein dichtes Zusammenwirken der Öffnungen 7 der beiden benachbarten
Sonnenkollektoren sorgt (was eine Variante zu der oben beschriebenen Ausgestaltung darstellt), dann wird die thermische
Isolation durch die Dichtung sichergestellt.
Die Kollektoren können ebenfalls mechanisch miteinander mittels einer ScU.ie.ne. 32 verbunden werden, beispielsweise mittels Schrauben,
wie man aus der Fig. 4 erkennen kann, wo sehr klar die Möglichkeit hervorgeht, daß man die Bailustrade einer Terasse dadurch bildet,
daß man mehrere Sonnenkollektoren miteinander und mit demebenen Boden 33 des Gebäudes verbindet.
Die Wirkungsweise des Sonnenkollektors ist wie folgt. Die Luft;
die im Inneren des Kollektors zirkuliert, durch den unteren Kanal 28 (Fig. i)AunQ durch die untere Öffnung 31 hindurchströmt,
strömt an der Platte 22 entlang, deren Temperatur
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erhöht ist, weil sie dem Energiefluß der Sonne ausgesetzt ist.
Die Luft, die dann in Richtung der Längsachse der Platte 22 weiterströmt -von der unteren öffnung 31 zur oberen öffnung- •wird
dabei mehr und mehr in Folge der Wärmemenge aufgeheizt, die sie bei ihrer Strömung aufnimmt. Es stellt sich dabei ein bestimmter
Temperaturgradient auf der Strömungsstrecke ein, wobei die
höheren Temperaturen im Bereich der oberen Öffnung 31 und die niedrigen Temperaturen im Bereich der entgegengesetzten öffnung
liegen, und wobei die Temperatur schrittweise von der letzteren öffnung zur ersteren öffnung ansteigt.
Aufgrund des geringen Wärmeleitkoeffizienten der Platte 22 ist die Übertragung der Wärme durch Leitung entlang dieser Platte
-von der Zone, die der oberen öffnung 31 {wo
die Temperatur der Luft maximal ist) benachbart ist, hin zu der Zone
der unteren öffnung 31-praktisch vernachlässigbar. Daher kann die
Temperatur der Luft, die durch die obere öffnung hindurch austritt,
beachtlich erhöht sein und deutlich größer sein als diejenige, die man erhalten würde, wenn das Element, das die Wärme der
Sonnenstrahlen aufnimmt und an die Luft abgibt (Platte 22),eine erhöhte thermische Leitfähigkeit hätte. Die erwärmte Luft strömt
durch die obere öffnung 31 und in den oberen Kanal 28, der in
das Innere des Gebäudes 34 entweder direkt oder durch Zwischenfügung eines Wärmetauschers einmündet.
Die erfindungsgemäßen Kollektoren ^ ermöglichen eine
schnelle Montage, und demzufolge sind die Montagekosten relativ
niedrig. Darüber hinaus kann die Fassade des Gebäudes 34
durch die Kollektoren selbst gebildet sein, was auch die Kosten des Ausmauerns bzw. Umbaift verringert.
-ιο
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Das Vorsehen der inneren Kanäle zum Eintritt und zum Austritt der zu erwärmenden Luft ermöglicht es, einen geringen Wärme verlust
aufrechtzuerhalten und demzufolge eine bessere thermische Ausnutzung der Installation zu erzielen, die mit den erfindungsgemäßen
Sonnenkollektoren realisiert ist.
Die Verbindung bzw. Kombination mehrerer Wärmetauscher in der oben beschriebenen Weise ermöglicht es, die ganze, einer
Sonneneinstrahlung ausgesetzten Fläche der Fassade eines Gebäudes auszunutzen.
Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose
Dipl.-Ing. Peter Kosel
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Leerseite
Claims (1)
- DlPL-ING. HORST ROSE DIPL.-ING. PETER KOSELPATENTANWÄLTE3353 Bad Gandershelm, 23. Juli 1980Postlacti 129 Hohenhofen S Telefon: (05382) 2842Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm Unsere Akten-Nr. 2984/1BRIELLA S.n.c. di Gabriella e Giulio FAVAPatentansprücheSonnenkollektor mit einem Hohlraum, in dem eine Platte so angeordnet ist, daß sie von der zu erwärmenden Luft bespült wird, bzw., daß die zu erwärmende Luft an ihr vorbeistreicht, wobei der Hohlraum eine Öffnung zum Eintritt der Luft und eine Öffnung zum Austritt der Luft besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Hohlräume (28) vorgesehen sind, die jeweils in Verbindung mit dem ersten Hohlraum (20) stehen, wobei die weiteren Hohlräume (28) so ausgebildet sind, daß sie Kanalabschnitte für den Eintritt und das Ausströmen der Luft im Sonnenkollektor bilden.2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gehäuse (2) in Form eines Parallelepipeds, in dessen Innerem die Platte (18,22) parallel zu den größten Wänden des Gehäuses angeordnet ist, und ein Trennelement (15) aufweist, welches zur Verbindung der Platte mit einer der größten Wände des Gehäuses dient, wobei die Länge der Platte derart ist, daß die weiteren Hohlräume (28) zwischen der Platte (18,22), dem Trennelement (15) und dieser Wand gebildet sind.3. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (31) für den Eintritt und Austritt der Luft zwischen gegenüberliegenden Stirnseiten der Platte (18,22) und des Geank, Filiale Bäd GandeVshBlrfl, Kre.-Nri22.fi8.9Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bäd GandeVshBlrfl, Kre.-Nri22.fi8.970 · Postscheckkonto: Hannover 66715 970ι häuses (2) jeweils als Verbindung eines der weiteren Hohli räume (28) mit dem ersten Hohlraum (20) ausgebildet sind.4. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) einen Körper (12) in Form eines E besitzt, der eine Bodenwand (13), zwei seitliche Wände (14) und einen mittleren parallel zu den seitlichen ¥änden (14) verlaufenden Steg (15) auf v/eist, der das Trennelement bildet wobei die Platte (18) in Berührung mit dem Steg (15) steht.;5. Kollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das j Gehäuse als Hohlkörper (2) in Form eines Parallelepipeds ausi gebildet ist, um den Körper (12) in Form eines E aufzunehmen, !wobei jede von zwei seitlichen, sich gegenüberliegenden Wänden .(5,6) des Hohlkörpers (2) zwei Öffnungen (7) aufweist, die mit .den beiden weiteren Hohlräumen (28) in Verbindung stehen.[ 6. Kollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der weiteren Hohlräume (28) eine rechteckige Kontur besitzt, woj bei die Öffnungen (7) einer (5 oder 6) der seitlichen Wände des !Hohlkörpers (2) des Kollektors (1) so ausgebildet sind, daß sie mit Öffnungen (7) einer (6 oder 5) der seitlichen Wände des !Hohlkörpers (2) eines benachbarten Kollektors (1) verbindbar 'sind, so daß sich die Kanalabschnitte aneinander anschließen..7. Kollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er Dichtungsmittel (8) zur Abdichtung der miteinander verbundenen Öffnungen (7) aufweist.8. Kollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel klappbare Ränder (8) der Öffnungen (7) umfassen.9. Kollektor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß : die Dichtungsmittel Dichtelemente aufweisen, die um die Öffnungen i (7) herum angeordnet sind.ί ί10. Kollektor nach einem der Ansprüche 4 bis 9» dadurch ge- jkennzeichnet, daß zwischen dem Körper (12) in Form eines E | unidem Hohlkörper (2) _ein Rahmen_ (H}._aus Metallprofilen ange-13 0 0 0 8/0765 -3-ordnet ist.11. Kollektor nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) in Form eines E einen Tragteil, der mit einem expandierten Kunststoff hergestellt ist, und einen Verkleidungsteil aufweist, der aus einer Folie (17) aus Kunststoffmaterial hergestellt ist.12. Kollektor nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch ge- ' ;kennzeichnet, daß die Platte (18,22) eine Kollektorplatte (22) und eine zwischen der Kollektorplatte (22) und dem Steg (15) ' des Körpers (12) in Form eines E angeordnete Platte (18) aus |•expandiertem Kunststoff aufweist. I13. Kollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die : Kollektorplatte (22) gewellt ist und daß die Platte (18) aus expandiertem Kunststoff eine Abstützoberfläche aufweist, die ebenfalls gewellt und mit der Kollektorplatte (22) ineinanderfügbar ist.I ι;14. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge- -kennzeichnet, daß die Kollektorplatte (22) aus nichtmetallischem j! jMaterial gebildet ist. j; ι■15. Kollektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Kollektorplatte (22) eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, damit ein stark erhöhter Temperaturgradient auf der Platte in Richtung der daran vorbeistreichenden Luft erzielt wird.16. Kollektor nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (2) aus Kunststoff besteht.'; Patentanwälte; Dipl.-Ing. Horst Rose! DIrI.-!ng. Peter Kosel130008/0765
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