DE3036998A1

DE3036998A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE3036998A1
Application number: DE19803036998
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. 5043 Burscheid Eibl; Karl-Heinz 5000 Köln Seifer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-10-01
Filing date: 1980-10-01
Publication date: 1982-06-03

Description

Wärmetauscher
Gegenstand der Anmeldung ist eine Solar-Absorberanlage in Form einer "Wärmekuppel" Von den Möglichkeiten Wärme aus der Umwelt, für die mit Wärmepumpen ausgestatt:ten Heizungsanlagen, zu entziehen werden nach dem Stand der Technik genutzt: 1. Der Solarkollektor, welcher durch Sammlung der Sonnenstrahlung durch Holspiegel- oder Linsenwirkung auch in vereinfachter Form der Fresnelsche linse in dem Flüssigkeit (Wasser) führende Rohr eine Temperatur, die höher als die Umgebungstemperatur liegt, erzeugt. Es ist in diesem Fall eine Wärmeisolierung des flüggiskeits-führenden Systems und auch eine Abdeckung der Kollektoren mit Glas u.a.m. erforderlich.
2. Dcr Wärmeabsorber (Absorberdach ). In diesem Fall wird das Wärmetauschersystem unter ein Metalldach verlegt. Die Dachausührung und Neigung sowie die Größe bestimmen die Wärmekapazität, Die Sonnenstrahlung vird zuar schlechter ausgenützt als bei der Solarkollektoren es wird aber die Umgebungstenpe ratur der Luft und der Niederschläge wirksam. Die Temperatur des Austauschsystemes liegt grundsätzlich niedriger als beim Sonnenkollektor.
3. Grundwasser- Fluß- oder Seewasser, auch in den Boden getriebene Doppelrohrsysteme dienen dem Wärmeentzug, wobei das abgekühlte Wasser zurückgeführt wird.
4. Der Luftwärmetauscher, hier müssen erhebliche Luftmengen bewegt werden.
Es wurde nun gefunden, daß eine besonders gute Energienutzung erreicht wird, wenn ein gemeinsamer und gleichzeitiger Wärmeentzug aus der Umgebung mittels einer Konstruktion, die im folgenden als "Wärmekuppel" bezeichnet wird, erreicht wird.
Sie besteht aus einer auf einem Trägergestellt kuppelartig aufgewundenen Rohrspiral, die so angeordnet ist, daß zwischen dem Rohren ein Spalt für den Luftdurchtritt erhalten wird.
Die Rohre können grundsätzlich aus den verschiedensten Materialien - Metall, Kunststoffe usw. - bestehen. Bevorzugt, wegen der Gewichtsauflage, aber aus mit Russ mattiertem, mit Antioxydantien versehe ni Hochdruck-Polyethyl en.
Die Vorteile der beschriebenen Konstruktion gegenüber den üblichen Kollektoren bestehen darin, daß 1. bei einfallendem Sonnenlicht immer ein nicht unbeträchtlicher Teil der Kuppel bzw. der aufgewundenen Rohroberfläche im günstigsten (900) EinfalBwinkel liegt, 2. die Rohrkrümmung längs der ganzen beschxnen Oberfläche für Wärmestrahlen wie eine Sammellinse wirkt (Fresnellinse), 3. die gesamte Oberfläche gegenüber der Auflageflåche erheblich vergrößert wird (Beispiel), 4. durch Grdßenvariationen der Kuppel bzw. der aufgewundenen Rohrlänge und des Rohrdurchmessers, die Wärmekapazität der Leistung der Wärmepumpe angepaßt wird, 5. die Konstruktion, in ihrer leichten Bauweise mit Wasserbefüllung eine Flächenbelastung von 40-60 kg/m2 gibt und so auf Flachdächern und Garagendächern installiert werden kann (Beispiel), 6. schließlich können auch mehrere kleine Kuppeln im Verbund geschaltet werden, 7. der nachträgliche Aufbau ist außerdem eine architektonisch tragbare Lösung und die Möglichkeiten einer nachträglichen Installation auf Garagen und Flachdächern völlig problemlos.
Beispiel: Auf einem Trägergestell mit kreisförmiger Grundfläche, 2,40 m Durchesser mit einer uppelhöheivon ca. 9o cm wird ein Polyethylenrohr mit den Maßen: Innendurchmesser di = 1,2 cm Außendurchmesser da = 1,6 cm Gewicht pro 1 m Rohrlänge loo g so aufgewunden, daß die Spirale eine Länge von ca.
400 m hat. Die Rohre liegen immer- 5 Lagen dicht aneinander und dann wird ein kleiner Spalt von ca. 4 mm freigelassen.
Die Rohrspirale hat ein Gewicht von ca. 40 kg.
Die Wasserfüllung (=Innenvolumen) wiegt pro Meter 113,1 g für die gesamte Spirale also 45,2 kg. Die Leichtmetallbügel und die Bodenkonstruktion haben ein Gewicht von ca. 25 kg.' Die Auflagefläche beträgt 4,5 m2, so daß eine Flächenbelastung von 24,5 kg/m2 entsteht.
Durchflußmessungen ergeben eine Dauerleistung dieser Wärmekuppel von 24ovo kcal/h. Diese Leistung wird ständig mit einer Temperaturerhöhung des eintretenden Wasser (Wasser-Glycolgemisch) von 4 0C bei lo 1/Minute erbracht solange die Luft der Umgebung einige Grade über der Eintrittstemperatur der Wämretauscherflüssigkeit liegt. Bei Sonneneinstrahlung kann sich die Leistung auf fast das Doppelte erhöhen.
Auf die Anlaqefläche der Kuppel bezogen entspricht die Energieaufnahme pro 1 m2 je Sekunde ca. 530 Watt, was außerordentlich günstig ist (Himmel bedeckt, Luft 2o0C).
Die halbe Oberfläche des Rohres beträgt rund lo m2, wovon ca.
50 % günstige Einfallswinkel für Strahlen haben. Für den Austausch mit der Umgebung kommen 20 m2 in Betracht, woraus der günstige Wärmeaustausch auch mit der Umgebungsluft resultiert.l

Claims

Anspruch: 1. Wärme-Solarkollektor-Absorber-Konstruktion gekennzeichnet durch eine auf ein Trägergestell kuppelartig aufgewundenen Rohrspirale, die so angeordnet ist, daß die Abstände zwischen den Rohrlagen einen Luftdurchtritt ermöglichen.
2. Konstruktion gemäß Anspruch 1, daß ein Russ-mattiErtes Rohr verwendet wird.
3. Konstruktion gemäß Anspruch 1, daß die Oberfläche;des Rohres durch Rillen oder ähnliches vergrößert wird.
4. Konstruktion gemäß Anspruch 1, daß über Temperaturfühler und Regelung der Durchflußmenge der Wämretauscherflüssigkeit eine optimale Leistung der Wärmepumpe erreicht wird (möglichst hohes - \ T zwischen dem Eintritt und Austritt der Tauscherflüssigkeit).
5. Konstruktion gemäß Anspruch 1, daß die Konstruktion ein geringes Auflagegewicht pro 1 Quadratmeter hat (40-70 kg).
6. Konstruktion gemäß Anspruch 1, daß Dvmmension der Kuppel mit Rohrdurchmesserp und Rohrlänge und damit wirksame Oberfläche, entweder für eine Kuppel odor dom Verbund mohror Kuppel dem effektiven Höchstbedarf der Wärmepumpe entsprechend eingerichtet werden.