DE3207750A1

DE3207750A1 - Absorber fuer waermepumpenanlagen

Info

Publication number: DE3207750A1
Application number: DE19823207750
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr.-Ing. 7814 Breisach Schmid
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1983-09-15

Description

Absorber für Wärmepumpenanlagen
Die Erfindung betrifft einen Absorber zur Aufnahme von solarer Strahlungsenergie und von Wärmeenergie durch Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft.
Derartige Absorber werden als wärmeaufnehmende Systeme in Verbindung mit Wärmepumpen eingesetzt.
ts ist bekannt, daß Absorber-Systeme zur einseitigen Aufnahme von Strahlungs- und Umgebungswärme-Energie eingesetzt werden. Diese haben den Vorteil, daß sie direkt auf Dächer oder Fassaden montiert werden können. Für den Wärmeaustausch mit der Ungebungsluft kann dabei nur eine Oberflächenseite der Struktur herangezogen werden, was zu einer geringeren Aufnahmeleistung führt. Es sind weiterhin Absorber mit beidseitigen Wärmeaustauschflächen bekannt, welche die zuvor erwähnten Nachteile nicht besitzen. Diese Absorber müssen aber von einem Haltegerüst in einem gewissen Abstand von der Dach- oder Fassadenoberfläche getragen werden. Diese Haltegerüste sind relativ teuer und sie vermindern die auf einem Dach oder an einer Fassade zur Verfügung stehende Nutzfläche durch die Fläche des Rahmens, der neben seiner statischen Tragefunktion auch so groß ausgelegt werden muß, daß die thermischen Dehnungen des Absorber-Elements sicher aufgenommen werden. Die Ausbildung einer starken Strömung durch Naturkonvektion, die an windstillen Tagen zur Vergrößerung des Wärmeübergangs zwischen der Umgebungsluft und dem Absorber wünschenswert wäre, ist bei den bekannten Ausführungen (RWE-Information Nr. 176, Stand und Trend der Entwicklung von Wärmeabsorber-Systemen, Sonderdruck zur DEUBAU '81) wegen der zu kleinen Spalten zwischen Absorber und Unterdach und wegen fehlender seitlicher Abdeckungen der Strömungskanäle nur bedingt möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine beidseitige Umstromung des Absorbers durch Umgebungsluft zu gewährleisten, ohne Halterahmenkonstruktionen dafür zu verwenden, die nutzbare Fläche durch Vermeidung von Dehnfugen zu vergrößern und durch geeignete Gestaltung von Strömungskanälen eine optimale Naturkonvektion zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Absorberquerschnitt satteldachförmig ausgeführt und der Absorber an seinen Längskanten längsverschieblich auf dem Dach oder an der Fassade befestigt wird. Die sich am oder im Absorbermaterial befindlichen Strömungskanäle, in denen eine geeignete FlüssigReit für den Abstransport der aufgenommenen Energie sorgt, sind einer weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß so ausgeführt, daß sie gleichzeitig die Funktion einer Berippung zu Erhöhung der Steifigkeit des Absorbers insbesondere gegen Schneelast übernehmen. Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Absorbers sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen; Fig. 1 Den Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels des Absorbers.
Fig. 2 Das Kanalmuster zur Durchleitung der Sole und zur Versteifung der Kollektorfläche für ein Ausführungsbeispiel des Absorbers.
Fig. 3 Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit transparent abgedeckten Absorbern.
In Fig. 1 ist der spitzdachförmige Querschnitt des Absorbers 1 dargestellt. Der Absorber wird mit der Abstützfläche 2 in geeigneter Weise mit der Unterstruktur 3 verbunden. Pfeil 4 zeigt den Verschiebungsweg des Absorbers bei thermischem Spiel. Man erkennt sofort, daß damit weitere Absorber 5 ohne Dehnungsfuge aneinander gereiht werden können.
Die Stabilität des Absorbers gegen Durchbiegen z.B. infolge Schneelast nird in Absorberlängsrichtung durch die gewählte Spitzdachform und in der Querrichtung dazu durch die Ausbildung der Strömungskanäle für die Sole 6 als Verrippung erhalten ( s. auch 8 in Fig. 2). Weiter erkennt man den sich infolge der Dachform ergebenden inneren Strömung kanal 7 mit großem hydraulischen Durchmesser für eine möglichst widerstandsarme Durchströmung. Zur Verminderung thermischer Abstrahlverluste ist die den Kanal 7 mitbildende innere Oberfläche so behandelt, daß wegen ihres kleinen Emisssionswertes keine Abstrahlung des Absorbers an die Tragstruktur 3 erfolgt.
Wenn bei hoher solarer Einstrahlung und geringem Wärmebedarf die Absorbertemperatur über der Umgebungstemperatur liegt, kann die dann auftretende Strömung infolge Naturkonvektion durch den Kanal 7 mit Hilfe von z.B. Klappen blockiert werden. Konvektive Verluste treten dann an der Absorber-Innenfläche nicht mehr auf.
Fig. 2 zeigt an einem Ausführungsbeispiel die als Berippung ausgebildeten Strömungskanäle 8 in der Draufsicht und die lösbare Rohrverbindung 9 an der höchsten Stelle des Kanalsystems. Durch Uffnen der lösbaren Rohrverbindung wird eine sichere Entlüftung des Sole-Kanal systems gewährleistet.
Fig. 3 zeigt an einem weiteren Ausführungsbeispiel die über mehreren Absorbern angeordnete transparente, wärmeisolierende Abdeckung 10. illit dieser Abdeckung erfüllt der Absorber bei beidseitigem Abschluß der inneren und der sich durch die Abdeckung bildenden äußeren Strömungskanäle die Funktion eines Solarkollektors. Die Minimierung der Abstrahlverluste wird durch bei Kollektoren übliche selektive Beschichtung der Absorberoberfläche 11 oder durch Beschichtung der transparenten Abdeckung mit einer die infrarote Strahlung reflektierenden Schicht 12 erreicht. Diese tlaßnahmen zur Verkleinerung von Abstrahlverlusten sind auch beim Betrieb als Absorber vorteilhaft, insbesondere, wenn bei geöffneten Ströhmungskanälen 13, 14, 15 Umgebungsenergie durch Wärmeaustausch mit der Luft während der Nacht aufgenommen wird. Für diesen Betriebsfall werden die Abstrahlverluste der vorgeschlagenen Konstruktion gegenüber üblichen Absorbern deutlich verringert.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1./Absorber adsorber mit selbsttragender, dehnungsfugenloser Aufstellmöglichkeit auf Dächern oder an Fassaden zur einseitigen Aufnahme von solarer Strahlungsenergie und zur beidseitigen Wärmeaufnahme durch Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft insbesondere für Wärmepumpenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberquerschnitt zur Vergrößerung der Widerstandsfähigkeit gegen z.B. Schneetasten, zur elastischen Aufnahme von thermischen Dehnungen quer zur Absorber-Längsrichtung und zur Ausbildung eines inneren Strömungskanals für den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft satteldachförmig ausgebildet ist.
2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im oder am Absorber befindlichen Strömungskanäle, in denen eine geeignete Flüssigkeit den Abtransport der aufgenommenen Wärmeenergte übernimmt , so ausgebildet werden, daß die Kanalstruktur gleichzeitig die Funktion einer Berippung zur Vergrößerung der Steifigkeit des Absorbers übernimmt.
3. Absorber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch schräge oder senkrechte Aufstellung eine Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft auch bei Windstille durch die im inneren Kanal bei Temperaturungleichheit zwischen Absorber und Umgebungsluft auftretende Naturkonvektion möglich ist.
4. Absorber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auch zur Aufnahme solarer Strahlungsenergie vorgesehene Außenfläche gleichzeitig hohes Absorptionsvermögen für die einfallende Strahlung und gutes optisches Aussehen für die optimale architektonische Einbindung des Absorbers in die Gebäudestruktur besitzt.
5. Absorber nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen zeigende Absorberoberfläche zur Verminderung thermischer Abstrahlverluste an die Unterstruktur einen kleinen Emissionsfaktor besitzt.
6. Absorber nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der konvektiver Verluste in Zeiten hoher Einstrahlung, in denen die Absorbertemperatur über der Umgebungslufttemperatur liegt, der innere Strömungskanal mit Hilfe von z.B.

geeigneten Klappen blockiert werden kann.
7. Absorber nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß, zur weiteren Verringerung thermischer Verluste über der Absorberaußenfläche eine transparente, thermisch isolierende Abdeckung angebracht werden kann und die sich zwischen dieser Abdeckung und der Absorberfläche dann ausbildenden Strömungskanäle ebenfalls blockiert werden können.
8. Absorber nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung für den inneren Strömungskanal während heißer Perioden im Sommer so eingestellt werden kann, daß die sich ausbildende Naturkonvektion zwischen dem heißen Absorber und der kühleren Umgebungsluft sich im laminaren Strömungszustand befindet und damit die Kühlung des Absorbers bei gleichzeitig optimaler Isolation der Unterstruktur gegen einfallende Wärme gewährleistet.
9. Absorber nach Anpsruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanalstruktur mit Hilfe des Rollbandverfahrens erzeugt wird.
10. Absorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einer Aluminiumlegierung besteht, welche die Herstellung von farblich auf das Gebäude abgestimmten Oberflächen mit gleichzeitig hohem Absorptionsvermögen für die einfallende Sol arstrahl ung durch Verwendung geeigneter Farb-Eloxalverfahren gestattet.
11. Absorber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen zeigende Fläche mit niedrigem Emissionsgrad mit Hilfe chemischer oder elektrochemischer Glänzverfahren erzeugt wird.
12. Absorber nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Abdeckung zur Verhinderung von Abstrahlverlusten mit einer infrarot-reflektierenden Schicht versehen ist.