DE3031327C2

DE3031327C2 - Absorber zur Aufnahme von Umgebungswärme

Info

Publication number: DE3031327C2
Application number: DE3031327A
Authority: DE
Inventors: Hugo 7892 Albbruck Binkert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-20
Filing date: 1980-08-20
Publication date: 1984-11-29
Also published as: DE3031327A1

Description

Schraube versetzte Absorberlamellcn (4), welche je- 15 Eine derartige Anordnung erfordert einen hohen In-

weils einen als Teil des Leitungssystems angeordne- stallationsaufwand. welcher vor allem die nachträgliche

ten Hohlraum (10) zur Aufnahme und Erwärmung Ausrüstung von Gebäuden mit entsprechenden AnIa-

dps Wärmeträgers aufweisen, derart angeordnet gen praktisch unmöglich macht Insbesondere ist es zu

sind, daß in Achsrichtung des Ständers (1) überein- tragbaren Kosten unmöglich, den Abmessungen der je-

ander angeordnete Absorberlamellen (4) mit glei- 20 weiligen Fensteröffnungen angepaßte Lamellenanord-

cher radialer Ausrichtung einen zur Vermeidung ge- nungen bereitzustellen. Im übrigen ist auch ein hoher

genseitiger Abschattung ausreichenden Abstand (A) konstruktiver Aufwand erforderlich, um die bewegli-

in Axialrichtung des Ständers (1) aufweisen. chen, von Flüssigkeiten durchströmten Lamellen hinrei-

2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekenn- chend dicht und dauerhaft mit Zu- und Ableitungen für zeichnet, daß die Absorberlamellen (4) jeweils paar- 25 die Flüssigkeiten zu verbinden.

weise einander gleichachsig gegenüberliegend am In der DE-OS 26 15 584 wird ein Sonnenkollektor mit

Ständer (1) angeordnet sind. einem plattenförmigen Absorbcrelement beschrieben,

3. Absorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- welches aus zwei miteinander verbundenen Platten bekennzeichnet, daß die Absorberlamellen (4) unter steht, die zwischen sich einen von einem Wärmeträgereiner für Lichtstrahlen durchlässigen und für War- 30 medium durchströmten Kanal einschließen, welcher in mestrahlen undurchlässigen Abdeckung angeordnet Form einer Schlangenlinie auf der Plattenfläche angesind. ordnet ist. Derartige Absorber lassen sich bei Wärme-

4. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3. pumpcnbelrieb nicht ohne weiteresauf Gebäudeaußendadurch gekennzeichnet, daß am oder im Ständer (1) flächen anordnen, da die Abkühlung der Absorber beim zumindest eine Vorlaufleitung (6). von der die Hohl- 35 Betrieb der Wärmepumpe zu Feuchtigkeits- oder Vereiräume (10) der Absorberlamellen (4) abzweigen, und sungsschäden an Gebäudeteilen führen kann. Eine nachzumindest eine Rücklaufleitung (7) angeordnet sind, trägliche Anordnung ist daher in der Regel nur mit groin die die Hohlräume (10) einmünden. ßem Aufwand möglich.

5. Absorber nach Anspruch 4. dadurch gekenn- Aus dem DE-GM 79 22 721 ist ein Absorber zu entzeichnet, daß Vorlauf- und Rücklaufleiiung als kon- 40 nehmen, welcher eine aus einem Stahlrohr bestehende zentrische, den Ständer (1) bildende Rohre angeord- Mittelsäulc besitzt. Daran sind in Höhenabständen von net sind. ca. 30 cm jeweils acht Rohre sternförmig als Tragarme

6. Absorber nach Anspruch 4, dadurch gekenn- angebracht, von denen zwei als Vorlauf bzw. Rücklauf zeichnet, daß der Ständer (1) als Rohr ausgebildet ist. für Kunststoffrohre dienen, welche als Absorberfläche dessen Innenraum mittels einer schraubenförmig, 45 schneckenförmig um die Mittelsäule herum zu Scheiben mit der Schraubenanordnung der Absorberlamellen aufgewickelt sind und auf den Tragarmen aufliegen. (4) entsprechender Steigung, verwundenen Wand (5) Auch wenn der Scheibendurchmesser der weiter oben in Vorlauf- und Rücklaufleitung (6,7) unterteilt ist. angeordneten Absorberflächen geringer ist, bleibt eine

7. Absorber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, vergleichsweise starke Abschattung der jeweils unteren dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (10) der so Absorberfläche unvermeidbar, so daß die Energie der Absorberlamellen (4) ein schleifenförmiges Lei- Sonneneinstrahlung nur unvollständig ausgenutzt wertungsstück ist, dessen einer Schenkel (10') mit einer den kann. Außerdem wird auch die Luftzirkulation be-Vorlaufleitung (6) und dessen anderer Schenkel (10") hindert, so daß die Umgebungswärme nur unvollständig mit einer Rücklaufleitung (7) verbunden ist. genutzt werden kann.

8. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 55 Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen einfach instaldadurch gekennzeichnet, daß die Absorberlamellen lierbaren Absorber zur Aufnahme von Umgebungswär-(4) aus Halbschalen (11,12) bestehen, deren Konkav- me mit hoher Leistung zu schaffen, der ohne einer seiten einander zur Bildung des Hohlraumes (10) zu- Zwangsventilation zu bedürfen problemlos auf Freiflägewandtsind. chcn oder Gebäuden — gegebenenfalls auch nachträg-

60 lieh — aufgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Da in Achsrichtung des Ständers benachbarte Lamel- Die Erfindung betrifft einen Absorber zur Aufnahme len zueinander unter einem Winkel bezüglich der Stän-

von Umgebungswärme, wie er im Oberbegriff des An- b5 derachse angeordnet sind, und da bei Achsansicht des

Spruches 1 angegeben ist. Ständers hintcreinandcrliegendc Lamellen einen hinrci- Ein derartiger Absorber ist aus dem DE-GM chendcn Abstand in Axialrichtung des Ständers aufwei-

27 235 bekannt. Dieser Druckschrift ist auch der Hin- sen. kann eine wirksame Luftzirkulation in der Urnuc-

bung jeder Lamelle ohne Behinderung durch andere Lamellen erfolgen, so daß der Wärmeinhalt der Umgebung wirksam ausgenutzt wird und auch bei relativ geringer Absorbergesamtfläche vergleichsweise hohe Wärmemengen zur Verfugung stehen. Außerdem wird eine gegenseitige Abschattung der Lamellen nahezu vollständig vermieden, so daß bei entsprechender Sonneneinstrahlung sehr hohe Absorbertemperaturen erreichbar sind.

Durch die Anordnung der Absorberlamellen an einem Ständer ist die nachträgliche Anordnung auf Gebäudedächern ohne weiteres möglich, auch wenn der Absorber zusammen mit einer Wärmepumpe betrieben wird, so daß die Absorberlamellen gegebenenfalls stärker unter die Umgebungstemperaturen abgekühlt werden. Schaden durch Kondenswasser oder Eisbildung am Gebäude sind dabei nicht zu befürchten, da ein hinreichender Abstand zwischen den Absorberlamellen und der Gebäudeaußenseitc vorliegt.

Die Absorberlamellen können paarweise einander gleichachsig gegenüberliegend am Ständer angeordnet sein und somit eine Doppelschraube bilden. Dabei können die Absorberlamellen eines Paares jeweils zu einem Teil zusammengefaßt sein, so daß die Ständerachse durch den Schwerpunkt dieses Teiles hindurchgeht und — abgesehen von Windkräften — von den Lamellen eines Paares keine Kippmomente auf den Ständer ausgeübt werden.

Gegebenenfalls ist es vorteilhaft, die Lamellen unter einer für Lichtstrahlen durchlässigen und für Wärmestrahlen undurchlässigen Abdeckung anzuordnen, so daß die Temperatur bei Sonneneinstrahlung innerhalb der Abdeckung, d. h. die Temperatur in der Umgebung der Lamellen, erheblich über die Temperatur der die Abdeckung umgebenden Atmosphäre ansteigen kann. Mit der Abdeckung bildet der Absorber einen sogenannten Sonnenkollektor, welcher bei Schönwetterperioden eine außerordentlich hohe Leistung hat und deshalb insbesondere für sonnenreiche Klimazonen geeignet ist.

In Klimazonen mit häufiger Bewölkung und entsprechenden Niederschlägen ist es dagegen in aller Regel vorteilhaft, auf eine Abdeckung der Absorberlamellen zu verzichten, um den Wärmeinhalt von Luftfeuchtigkeit und Niederschlägen, denen die Absorberlamellen dann vorteilhaft direkt ausgesetzt sind, ausnutzen zu können.

Zum Anschluß der Absorberlamellen sind am oder im Ständer zumindest eine Vorlaufleitung, von der die Hohlräume der Absorberlamellen abzweigen, und zumindest eine Rücklaufleitung angeordnet, in die die Hohlräume einmünden.

Vorlauf- und Rücklaufleitung können als konzentrische, den Ständer bildende Rohre angeordnet sein.

Konstruktiv besonders einfach ist es, den Ständer als ein Rohr aus/.ubilden, dessen Innenraum mittels einer schraubenförmig, mit der Schraubenanordnung der Absorberlamellen entsprechender Steigung, verwundenen Wand in Vorlauf- und Rücklaufleitung unterteilt ist. In diesem Falle genügen schraubenförmig angeordnete Bohrungspaare auf der Wandung des Ständers, um die Lamellen mit der Vorlauf- und der Rücklaufleitung verbinden zu können.

Der Hohlraum der Absorberlamellen kann als sehleifenförmiges Leitungsstück ausgebildet sein, dessen einer Schenkel mit einer Vorlaufleitung und dessen anderer Schenkel mit einer Rücklaufleitung verbunden ist.

Dabei ist es herstellungsmäßig besonders zweckmä

ßig, wenn die Absorberlamellen aus Halbsciialen bestehen, deren Konkavseiten einander zur Bildung des Hohlraumes zugewandt sind, wie es beispielsweise für die Lamellen eines Heizkörpers einer herkömmlichen

s Warmwasserheizung bekannt ist

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt F i g. I eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Absorbers,

ίο Fig.2 eine Draufsicht des Absorbers von oben in Achsrichtung seines Ständers,

F i g. 3 eine geschnittene Draufsicht auf ein Absorberlamellenpaar,
F i g. 4 ein Schnittbild einer Absorberlamelle entsprechend der Schnittlinie IV-IV in F i g. 3, und

Fi g. 5 eine Prinzipdarstellung der am Fuß des Absorbers in einem wasserdichten Gehäuse vorgesehenen Umschaltvorrichtung.
Gemäß den F i g. 1 und 2 besitzt der erfindungsgemäße Absorber einen vertikalen, pfahlartigen Ständer 1, dessen Fuß in einem Betonsockel 2 verankert ist, der zur Aufstellung des Absorbers etwas in den Erdboden 3 eingesenkt ist. Auf der Unterseite des Sockels 2 kann eine Erdsonde 2' angeordnet sein, die die Standfestigkeit erhöht und Anschlußleitungen für den Absorber aufnehmen kann.

Am Ständer 1 sind Absorberlamellen 4 in mehreren Radialebenen axial und radial zueinander versetzt angeordnet, wobei die Absorberlamellen 4 im dargestellten

ju Falle eine Doppclschraube bilden, da in einer Radialebene jeweils zwei zueinander gleichachsig angeordnete gegenüberliegende Lamellen 4' und 4" vorgesehen sind (F ig. 2).
In Achsrichtung des Ständer;, 1 gesehen hintereinan-

J5 der bzw. annähernd hintereinander angeordnete Lamellen weisen einen Abstand A auf, der ausreicht, um bei Sonneneinstrahlung eine Abschattung der jeweils unteren Lamelle durch die jeweils obere Lamelle zu verhindern (F ig. 1).

In Gebieten der gemäßigten Klimazone kann der Abstand A geringer sein als die Lamellenlänge. Allgemein kann der Axialabstand A der Lamellen um so geringer sein, je niedriger der höchste erreichbare Sonnenstand im Aufstellgebiet des Absorbers ist.

Die Schraubenanordnung der Absorberlamellen ermöglicht einen vom Sonnenstand und der Himmelsrichtung nahezu unabhängige Ausnutzung der Sonnenstrahlung und damit einen gleichbleibenden Erntefaktor.

so Bei einer Höhe des Ständers von 2 m, einer Länge der Lamellen zwischen 80 cm bis ca. 100 cm und einem Abstand A von ca. 80 cm kann bei der schraubenförmigen Anordnung der Lamellen eine wirksame Absorberfläche von 40 m² bis 50 m² erreicht werden.

Der Ständer 1 besteht aus einem Rohr (F i g. 3), welches mittels einer Wand 5 in eine Vorlaufleitung 6 und eine Rücklaufleitung 7 unterteilt ist, welche über öffnungen 8 und 9 und Hohlräume 10 in den Absorberlamellen jeweils miteinander verbunden sind. Die Wand 5

to ist schraubenförmig gewunden mit einer der Schraubenanordnung der Absorberlamellen 4 entsprechenden Steigung, so daß die Quererstreckung der Wand jeweils in Richtung der Absorberlamellen weist.
Die Absorberlamellen 4 bestehen aus zwei Halbscha-

b5 len 11 und 12, welche zur Bildung des Hohlraumes 10 entsprechende Auswölbungen aufweisen (Fig.4). Der Hohlraum 10 hat U-Form mit den Schenkeln 10' und 10", welche an die öffnungen 8 bzw. 9 angeschlossen

sind An ihren Rändern sowie zwischen den Schenkeln 10' und 10" des Hohlraumes IO sind die Halbschalen dicht miteinander verbunden, beispielsweise durch Klebung oder Schweißung.

Wie in der F i g. 1 erkennbar ist, ist oberhalb des Sokkels 2 ein wasserdichtes Gehäuse 13 angeordnet, welches eine Umschaltvorrichtung 14 aufnimmt, die in F i g. 5 genauer dargestellt ist.

Die Umschaltvorrichtung 14 besitzt einen Anschluß 15, welcher mit der Rücklaufleitung 7 des Absorbers verbunden ist, und einen Anschluß 16, der mit der Vorlaufleitung 6 verbunden werden kann. Vom Anschluß 15 führt eine Leitung 17 zu einem 3-Wege-Ventil 18, welches mit einem Anschluß 19 und einer Leitung 20 verbunden ist

An die Leitung 20 schließt sich ein 3-Wege-Ventil 21 an, welches einerseits mit einem Anschluß 22 und andererseits mit einem 3-Wege-Ventil 23 verbunden ist, das einerseits mit einem Anschluß 24 und andererseits mit einer Leitung 25 in Verbindung steht. Die 3-Wege-Ventile 21 und 23 können auch, wie durch eine punktierte Linie 26 angedeutet ist, zu einem 4-Wege-Ventil zusammengefaßt sein. Von einem Anschluß 27 führt eine Leitung 28 über eine Umwälzpumpe 29 zu einem Anschluß 30. An die Leitung 28 ist noch ein Leitungszweig 31 angeschlossen, der zu einem Expansionsgefäß 32 sowie einem Oberdruck-Sicherheitsventil 33 führt. Von einem Anschluß 34 führt eine Leitung 35 zu einem 3-Wege-Ventil 36, welches mit der Leitung 25 und über eine Leitung 37 mit dem Anschluß 16 verbunden ist. An die gegebenenfalls absperrbaren Anschlüsse 19 und 22 sind Heizkörper 38 angeschlossen, die beispielsweise zur Aufheizung eines Schwimmbassins dienen. An die Anschlüsse 24 und 27 ist ein Wärmespeicher 39 angeschlossen, während die Anschlüsse 30 und 34 mit einer Wärmepumpe 40 verbunden sind, die zum Betrieb einer Heizung 41 dient

Zur Auffüllung der Leitungen der Umschaltvorrichtung 14 mit dem Wärmeträger dient ein absperrbarer Anschluß 42, von dem aus eine Leitung 43 über eine Einfüllpumpe 44 zur Leitung 28 führt

Die 3-Wege-Ventile 21,23,36 können, wie durch eine strichlierte Linie angedeutet ist, zu einem Fünf-Wege-Ventil zusammengefaßt sein.

Die Umschaltvorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:

Der aus der Rücklaufleitung 7 kommende im Absorber erwärmte Wärmeträger wird bei entsprechender Stellung der 3-Wege-Ventile 18,21 und 23 zuerst durch die eine Wärmemenge Q abstrahlenden Heizkörper 38 und dann durch den Wärmespeicher 39 geführt, wo er jeweils einen Teil seines Wärmeinhaltes abgibt. Gegebenenfalls kann der Wärmeträger auch bei entsprechender Stellung der 3-Wege-Ventile 18 und 21 teilweise oder vollständig an den Heizkörpern 38 vorbeigeführt werden, so daß diese unwirksam sind

Aus dem Wärmespeicher 39 wird der Wärmeträger mittels der Umwälzpumpe 29 abgeführt und der Wärmepumpe 40 zugeleitet, welche die dem Wärmeträger bei einer Temperatur T₁ entnommene Wärme bei erhöhter Temperatur T₂ an die Heizung 41 abgibt Von der Wärmepumpe 40 gelangt der Wärmeträger über die Leitung 35 bei entsprechender Stellung des 3-Wege-Ventiles 36 in die Leitung 37 und damit über den Anschluß 16 in die Vorlaufleitung des Absorbers.

Gegebenenfalls kann das 3-Wege-Ventil 36 auch so geschaltet sein, daß der von der Wärmepumpe 40 kommende Wärmeträger in die Leitung 25 und von dort über das 3-Wege-Ventil 23 direkt in den Wärmespeicher 39 und von dort aus wiederum zur Wärmepumpe 40 fließt, so daß diese nur den Wärmeinhalt des Speichers 39 ausnutzen kann, beispielsweise wenn der Absorber aufgrund niedriger Umgebungstemperaturen keine Wärme aufnehmen kann und, falls er in den Kreislauf des Wärmeträgers eingeschaltet bliebe, sogar noch zu einer unerwünschten Abstrahlung von Wärme führen würde.

ίο Zur Steuerung der 3-Wegc-Vcntile 18, 21, 23 und 36 ist eine Regelvorrichtung 45 vorgesehen, die nur schematisch dargestellt ist und in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeträgers sowie der Umgebungstemperatur arbeitet.

Die in dem Gehäuse 13 angeordnete Umschalt vorrichtung 14 macht es möglich, die Heizkörper 38, den Wärmespeicher 39 und die Wärmepumpe 40 direkt an entsprechende Anschlüsse der Umschaltvorrichtung anzuschließen. Ein Leitungsnetz mit entfernt voneinander angeordneten Umschaltventilen, welche fernzusteuern wären, ist damit überflüssig.

Der erfindungsgemäße Absorber erfordert aufgrund der komplett am Sockel angeordneten Umschaltvorrichtung 14 auch bei komplizierten Systemen nur einen geringen Installationsaufwand. Zum Betrieb der Regelvorrichtung 45 sowie der 3-Wege-Ventile 18,21,23 und 36 und der Umwälzpumpe 29 ist lediglich ein Elektroanschluß notwendig, zum Anschluß der Wärmespeicher bzw. Wärmeverbraucher genügen einfache Rohrleitungen mit Wärmeisolierung.

Der erfindungsgemäß Absorber kann direkt über einem im Boden versenkten Wärmespeicher (Erdspeicher) angeordnet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 weis zu entnehmen, daß besonders große Bestrahlungs-Patentansprüche: flächen erreichbar sind, wenn als Wärmeabsorber Absorberrohre verwendet werden, die gegenüber dem

1. Absorber zur Aufnahme von Umgebungswär- pfahlartigen Ständer als radiale Strahlen angeordnet me mk pfahlartigem Ständer sowie radial zur Stan- 5 sind. Jedoch wird im übrigen keinerlei Hinweis auf eine derachse angeordneten Absorberflächen und einem entsprechende Anordnung bzw. deren konstruktive Leitungssystem für einen Wärmeträger, welcher Ausbildung gegeben.

nach Aufnahme von Luft-, Feuchtigkeits-, Strah- In der DE-OS 26 24 646 wird ein Kollektor dargc-

lungs- und/oder sonstiger Umgebungswärme im Ab- stellt, der aus einer Vielzahl von Lamellen besteht, die

sorber zur Wärmeabgabe einem Wärmeabnehmer 10 nach Art einer Jalousie an Gebäudefenstern verstellbar

zuführbar und von dort zur erneuten Erwärmung in angeordnet sind, so daß einerseits die dahinterliegenden

den Absorber rückführbar ist, dadurch ge- Räume gegen das Sonnenlicht abgeschattet werden

kennzeichnet, daß am Ständer (1) axial über- können und andererseits Umgebungswärme genutzt

einander und radial zueinander in Form einer wird.