DE3121623A1 - Fertigteil shed dachsystem mit eingebauten zylindrischen solarkonzentratoren zur gewinnung von sonnenwaerme - Google Patents

Description

• Fertigteil Shed Dachsystem mit eingebauten zylindrischen Solarkonzentratoren
• zur Gewinnung von Sonnenwärme Die Erfindung betrifft eine auf einem Dach angeordnete Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme durch Konzentrierung von Sonnenstrahlen mittels eines Spiegelsystems auf Absorber, deren Rohre von einem Wärmeträgermedium durchfassen sind, wobei die Vorrichtung im wesentlichen eine Oberfläche in Form eines sägeförmigen Dachaufbaus und zylindrische Spiegel aufweist, die in Ost-Westrichtung ausgerichtet sind.
• in der Entwicklung neuer Energiequellen sind auch die Möglichkeiten der thermischen Nutzung von Sonnenenergie fUr Heizung und Prozeßwörme zu beachten.
• Zur Gewinnung von Sonnenwdrme werden Solarkollektoren und Konzentratoren verwendet. Neben der Funktionsweise von Kollektoren und Konzentratoren ist eine sinnvolle Anbringung und Eingliederung dieser Geräte an Dächern und Außenwänden von Gebäuden von Bedeutung.
• Es ist bekannt, daß zur Gewinnung von Niedertempernturwörme (300C - 1000C) aus Sonnenenergie Flachkollektoren benötigt werden. Die Anbringung von Flachkollektoren an Dachflächen und Avßenwänden von Gebäuden ist problemlos und vielfach erprobt. Zur Gewinnung von Hochtemperaturwörme (1000C - 30000C) werden Konzentratoren benötigt, die die Sonnenstrahlen auf einen Absorber konzentrieren, der die Sonnenenergie in Wärmeenergie umsetzt. Es sind viele Konzentrationssysteme bekannt, wie Spiegel systeme (pyramidenförmige Spiegel, Trichter-und Seitenspiegel, zylindrische Parabelspiegel, konische Spiegel, feste Paraboloidspiegel mit Keliostat, bewegliche Paraboloidspiegel, punkt- und linienfokusierende Spiegel felder ) und Linsensysteme (DE-OS 2 552 092).
• Eine Anbringung von Flachkollektoren und Spiegel auf einem sägeförmigen Dach wird in US PS 40 20 827 vorgeschlagen, wobei es sich hier um einen Flachkollektor mit Hilfsspiegeln, ein niedrigkonzentrierendes System mit einer maximal 2, 5 -fachen Konzentration des Sonnenlichtes fur Niedertemperaturwärme, handeit.
• Weiters sind Sheddachkonstruktionen mit Dachschalen als Zylinderschalen und HP-Schalen bekannt (FR-PS 2 073 630; DE-OS 1 609 508) Eine Verbindung von Konzentrationssystemen mit Gebäudeteilen, wie großflächige Hallendächer, ist sehr schwierig, da die Räumlichkeit des Konzentrationssystems, dessen Orientierung und dessen bewegliche Teile (die die Konzentrierung der Sonnenstrahlen bei verändertem Sonnenstand ermöglichen) berücksichtigt werden mUssen und wurde bisher nicht zufriedenstellend gelöst.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eln Konzentrationssystem, das Sonnenwärme in Temperaturbereichen von 1000C - jooOc, wie sie fUr Kühlung und Prozeßwörme gebraucht wird, gewinnt, in ein wirtschaftliches Sheddachsystem in vorteilhafter Weise einzugliedern.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme durch Konzentrierung von Sonnenstrahlen mittels eines Spiegelsystems auf Absorber gemeinsam mit einem Sheddach, dessen nach Süden gerichtete Flächen von Schalen gebildet sind, die im wesentlichen konzentrisch zu den Flächen der zylindrischen Spiegel liegen und den zugeordneten Spiegel tragen, wobei die nach Norden gerichteten Shedfenster die Schalen benachbarter Spiegel verbinden und daß der jeder der Schalen zugeordnete Absorber aus je einem Absorberrohr besteht, wobei Absorberrohr und zugehöriger Spiegel gegeneinander beweglich sind, so daß bei einem unbeweglich auf der Schale angeordneten Spiegel das Absorberrohr und bei einem auf der Schale unbeweglich angeordneten Absorberrohr in an sich bekannter Weise der Spiegel um die Rohr achse drehbar gelagert ist Vorteile dieser Konstruktion, die hauptsöchlich im lndustriebau Verwendung finden soll sind die volle Ausnutzung der Dachfläche zur Gewinnung von Sonnenenergie bei gleichzeitiger blendungsfreier,gleichmäßiger Belichtung durch die nach Norden orientierten Oberlichtbdnder sowie die Verwendung einer selbsttragenden, wirtschaftlichen Dachschale als Träger- bzw. Halterungsstruktur für den Sonnenkonzentrator. Weitere Vorteile ergeben sich durch eine wirtschaftliche, dezentrale EnerU gieerzeugung ohne nachträgliche Übertragungs- und Umwandlungsverluste sowie eine positive Auswirkung auf das Kleinkiima, durch die teilweise Absorption der Sonnenstrahlen und die Vermeidung von Aufheizung auch bei sehr großen Dachflächen.
• Es können somit wertvolle Landflächen gespart werden, die sonst zur Aufstellung von Sonnenspiegeln nötig wären.
• Der Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt.
• Es zeigen: Fig. 1 die Dachaufsicht eines im Sinne der Erfindung geeigneten Shed-Dachsystems, das in wirtschaftlicher Weise nur aus selbsttragenden Schalen (-1-), Hauptträgern (=3 ) und Stützen (-2-) besteht. Das Bausystem ist Nord-Sud orientiert (Fertigteil achse Ost-West). Die nach Norden ausgerichteten Oberlichtbänder (-4-) ermöglichen eine blendungsfreie Belichtung, die durch Reflexwirkung an der Sdlen unterschicht sehr gleichmäßig Ist.
• Fig. 2 zeigt den zu Fig. 1 gehörenden Längsschnitt sowie ein Diagramm der gleichmäßigen Tageslichtverteilung (Tageslichtquotient TQ ca. 20 %) Fig. 3 zeigt den zu Fig. 1 gehörenden Querschnitt. Die Schale (-1-) kann eine Stichhöhe (-8-3 aufweisen.
• Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine entsprechende Schale (-1-) , die als Hyperboloid (HP)-Schale aus Stahlbeton mit entlang der Erzeugenden kreuzenden Vorspannbewehrung ausgeführt ist.
• Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine entsprechende Schale (-1-), die als Kreiszylinderschale aus Stahlbeton ausgebildet ist und aus statischen GrUnden eine Randverstärkung (-6-) und Zugbänder (-7-) in bestimmten Abständen aufweist. Es sind auch Zylinderschalen mit Parabelquerschnitt aus Stahlbeton, Holz, Kunststoff und Metallblechen möglich.
• Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine Schale (-1-) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehend aus unbeweglichem Absorberrohr (-9-), beweglichen Reflektoren (-10-) und einem Nachstellmotor (-16-).
• Fig. 7 zeigt einen zu Fig. 6 gehörenden Querschnitt.
• Fig. 8 zeigt den Fig. 7 entsprechenden Querschnitt in größerem Maßstab durch die Schale (-1-) mit Randverstärkung (-6-), Zugband (-7-) und Oberlichtband (-4-) und eine erfindungsgemäße Vorrichtung bestehend aus einem unbeweglichen Absorberrohr (-9-), daß von einem dunkel gefärbten Wdrmetrdgermedium durchflossen ist, und einem um dieses drehbar gelagerte Halterungsrohr (-12-), welches Uber Streben (-11-) mit dem eine Parabelform aufweisenden Spiegel (-10-) verbunden ist.
• Fig 9 zeigt einen Querschnitt durch den Absorber (-9a-) bestehend aus Absorberrohr (-9-) und Halterungsrohr (-12-), welches drehbar in Halterungsringen (-13-) gelagert ist, die mit Stäben (-14-) an der Schale (-1-) be festigt sind. Ein Nachstellmotor (-16-) dreht über Zahnräder (-17-) das Halterungsrohr (-12-) Fig. 10 zeigt einen zu Fig. 9 gehörenden Längsschnitt.
• Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch den Absorber (-9a-) bestehend aus Absorberrohr (-9-), Halterungsrohr (-12-) mit Streben (-11-) und einer dem Spiegel zugekehrten transparent abgedeckten Scheibe (-12b-),hinter der ein Sckundärreflektor (-12a-) mit zylindrischem Parabelquerschnitt liegt. Das unbewegliche Absorberrohr (-9-) wird in dem drehbar gelagerten Halterungsrohr (-12-) durch eine drehbare Lagerung (-18-) gehalten. Ein Sonnensensor (-15-) ist auf dem Halterungsrohr (-12-) angebracht.
• Fig 12 zeigt einen Querschnitt durch eine entsprechende Schale (-1-) mit Oberlichtband (-4-) und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehend aus beweglichen Absorber (-20-), der im Brennbereich (-21-) der sich enilang einer Kreisbahn, die einen Teil der Oberfläche eines Kreiszylinders (-22-) bildet, nachgefuhrt wird und aus einem unbeweglichen Reflektor (-19-) e der aus Spiegelstreifen (-29-), die fest auf der Schale (-1-), z.B. auf einer Wärmedämmschicht (PU-Fertigteil) angebracht sind, zusammengesetzt wird. Der Reflektor (-19-) weist eine durch die Längsachse des Kreiszylinders (-22-) gehende Symmetrieebene (-31-) und eine senkrecht dazu liegende Normalebene (-30-) auf. Die Symmetrieebene ist in einem von der geographischen Breite abhängigen Winkel zum Äquator geneigt.
• Fig 12 zeigt einen Querschnitt durch einen Absorber (-20-) bestehend aus sorberrohr (-23-) umgeben von einer hochtemperaturbeständigen Wärmeisolierung (-24-) und transparenter Frontisolierung aus einem Vakuumrohr (-25-). Ein U-Profil (-26-) gibt dem Absorber (-20-) die nötige Festigkeit. Durch einen Sekundärreflektor (-27-) in Form eines zusammengesetzten Parabelspiegels wird die Sonnenstrahlung für alle in einem Winkel von 630 auftretenden Strahlern konzentriert (Csec = 2,0) Fig. 14 zeigt einen Querschnitt durch einen Absorber wie in Fig. 13, der jedoch zusätzlich eine Sammellinie(-28-) aufweist, die eine weitere Konzentration (Ctert = 2,6) ermöglicht.
• Fig. 15 zeigt einen Längsschnitt durch eine Schale (-1-) und eine erfindungsgemdße Vorrichtung, wobei eine Sonnennachlaufsteuerung den Absorber (-20-) durch Halterungen (-29-) und Steuerstangen (-30-) und einem Nachsteilmotor (-31-) entlang einer Kreisbahn (-22-) nachführt.
• Fig. 16 zeigt einen zur Fig. 15 gehörenden Querschnitt.

Claims (5)

1. PATENTANSPRUCHE 1Auf einem Dach angeordnete Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme durch Konzentrierung von Sonnenstrahlen mittels eines Spiegelsystems auf Absorber, deren Rohre von einem Wärmeträgermedium durchflossen sind, wobei die Vorrichtung im wesentlichen eine Oberfläche in Form eines sägeförmigen Dachaufbaus und zylindrischem Spiegel aufweist, die in Ost-Westrichtung ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet daß diese Vorrichtung gemeinsam mit einem Sheddach, dessen nach SUden gerichtete Flächen von Schalen (-1-) gebildet sind, die im wesentlichen konzentrisch zu den Flächen der zylindrischen Spiegel (-10-, -19-) liegen und den zugeordneten Spiegel (-10-, -19-)tragen, wobei die nach Norden gerichteten Shedfenster (-4-) die Schalen (-1-) benachbarter Spiegel (-10-, -19-) verbinden und daß der jeder der Schalen (-1-) zugeordnete Absorber (-9a-, -20-) aus je einem Absorberrohr (-9-, -23-) besteht, wobei Absorrohr (-9-, -23-) und zugehöriger Spiegel (-10-, -19-) gegeneinander beweglich sind, so daß bei einem unbeweglich auf der Schale (-1-) angeordneten Spiegel (-19-) das Absorberrohr (-23-) und bei einem auf der Schale (-1-) unbeweglich angeordneten Absorberrohr (-9-) in an sich bekannter Weise der Spiegel (-10-) um die Rohrachse drehbar gelagert ist.
2. 2 Vorrichtung noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unbewegliche, mit dem Wärmeträgerkreislauf verbundenen Absorberrohr (-9-) in einem kreiszylindrischen Halterungsrohr (-12-), das eine dem Spiegel (-10-) zugekehrte transparent abgedeckte Scheibe (-12b-) aufweist, liegt, wobei der eine Parabelform aufweisende Spiegel (-10-) Uber Streben (-11-) mit dem Halterungsrohr (-12-) verbunden ist und das halterungsrohr (-12-) in Halterungsringen (-13-), die Uber halterungsstreben (-14") mit der Schale (-1-) verbunden sind, drehbar gelagert ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (-19-), der aus verschieden geneigten ebenen Spiegelstreifen (-29-) besteht, deren Längsachsen Erzeugende eines sich in Ost-Westrichtung erstreckenden Kreiszylinders (-22-) mit einer durch die Längsachse des Kreiszylinders (-22-) gehenden Symmetrieebene (-31-) des Reflektors (-19-) und einer senkrecht dazu liegenden Normalebene (-30-), wobei die Neigung der Spiegelstreifen (-29-) zur Normalebene (-30-) ein Viertel jenes Winkels beträgt, der zwischen der durch die Achse des Kreiszylinders (-22-) und der Achse des entsprechenden Spiegel streifens (-29-) gebildeten Ebene und der Symmetrieebene (-31-) liegt und daß die Spiegelstreifen (-29-) fest auf der als Trägerschale dienenden Schale (-1-) angebracht sind und der Absorber (-20-) entlang einer Kreisbahn, die dem Brennbereich (-21-) der ebenen Spiegelstreifen (-29-) nachgefUhrt ist und einen Teil der Oberfläche des Kreiszylinders (-22-) bildet und einen zusammengesetzten Parabelspiegel als Sekundärreflektor (-27-) beim Absorberrohr (-23-) aufweist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz im Halterungsrohr (-12-) durch eine Scheibe (-12b-) abgedeckt ist, hinter der ein Sekundärreflektor (-12a-) mit zylindrischem Parabelquerschnitt liegt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (-20-) einen trichterförmigen Sekundärreflektor (-27-) in der Form eines zusammgesetzten Parabelspiegels und eine Sammellinse (-28-) aufweist, die das dem Absorberrohr (-23-) zugekehrte Ende des Sekundtirreflektors (-27-) abschließt.