DE3214421A1

DE3214421A1 - Lichtdurchlaessige bauplatte mit aktivem waermefilter

Info

Publication number: DE3214421A1
Application number: DE19823214421
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim 3084 Wabern Dietzsch; Otto 8260 Stein Dietzsch; Jürgen 6380 Bad Homburg Gerlach
Original assignee: DIVENO KAPILLAR-TECHNIK GmbH; Diveno Kapillar Technik 7710 Donaueschingen GmbH; DIVENO KAPILLAR TECHNIK GmbH
Current assignee: Okalux Kapillarglas 8772 Marktheidenfeld De GmbH
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1983-10-20

Description

Lichtdurchlässige Bauplatte mit aktivem Wärme filter
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Ausgestaltung, Herstellung und verfahrensmäßigen Verwendung einer lichtdurchlässigen Bauplatte, welche den Wärmeanteil der Sonneneinstrahlung im wesentlichen abschirmt.
Die Bauplatte kann als Bedachungselement, als Fenster, als Wandfläche oder als ähnliches Bauteil verwendet werden.
Das Verfahren zur Verwendung der Bauplatte kennzeichnet sich dadurch, daß die Bauplatte Anteile des sichtbaren Lichtes der Sonneneinstrahlung durchläßt, daß sie den Infrarotteil der Sonneneinstrahlung im wesentlichen absorbiert und daß sie die absorbierte Wärmeenergie an ein durch sie bewegtes Fluidum abgibt, welches sich dabei aufheizt und welches in diesem aufgeheizten Zustand an die Umgebung oder an Wärmeenergie verbrauchende Aggregate weitergeleitet wird.
(Unter Infrarotstrahlung kann hier und im folgenden auch ein Frequenzanteil der Sonneneinstrahlung verstanden sein, welcher im langwelligen sichtbaren Bereich liegt.) Das genannte Fluidum ist ein Gas oder eine Flüssigkeit, vorzugsweise Luft.
Das Fluidum fließt von der der Sonne abgewandten Seite der Bauplatte zu der der Sonne zugewandten Seite der Bauplatte.
Die Übergabe der Wärmeenergie an das Fluidum innerhalb der Bauplatte geschieht dadurch, daß ihr Material eine feingliedrige, fluidumsdurchlässige Struktur aufweist, an welcher das Fluidum entlanggeleitet wird und welche für die Wärmeabgabe an das Fluidum eine hohe Wärmetauschfläche aufweist.
Diese fluidumsdurchlässige Struktur kann ein offenporiger Schaum sein.
Im stationären Zustand sind die durch die Sonneneinstrahlung aufgenommene Wärmeenergie und die durch die Bauplattenstruktur auf das Fluidum abgegebene Wärmeenergie gleich.
Vorzugsweise hat die wärmeaustauschende Oberfläche der feingliedrigen Struktur der Bauplatte eine Größe, die mehr als das Zehnfache der Flächenausdehnung der Bauplatte ist.
Die Verteilung und die Bewegung des Fluidums durch die Bauplatte geschieht durch Anordnung von Verteilerräumen auf mindestens einer Seite der Bauplatte und durch Anwendung eines Druckgefälles auf das Fluidum von der einen zur anderen Rauplattenseite.
Das als feingliedrige Struktur ausgestaltete Bauplattenmaterial kann ein Thermoplast sein, wie zum Beispiel Polycarbonat, Polymethacrylat oder Polyvinylfluorid oder auch ein anorganisches Material, insbesondere Glas. Vorzugsweise sind diese Materialien gefärbt.
Diese Plattenmaterialien können durch Zugabe von absorptionsverstärkenden Mitteln (bei Glas zum Beispiel Selen- oder Eisenverbindungen) eine erhöhte Fähigkeit zur Absorption des infraroten Anteils des Sonnenlichtes erhalten.
Eine besondere, wertvolle Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die feingliedrige Struktur der Bauplatte als Aneinanderreihung von parallel zueinanderliegenden, kurzen Kapillarenstücken mit offenen Enden ausgebildet ist, wobei die Achsen der Kapillarenstücke quer zur Oberfläche der Bauplatte stehen. Die Kapillarenachsen können geradlinig, oder auch im Sinne eines weiter unten dargestellten Merkmals der Erfindung gekrümmt sein. Die Kapillarenstücke sind untereinander verbunden, vorzugsweise an ihren Enden. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Länge der Kapillarenstücke zum Innendurchmesser der Kapillarenstücke größer als 20.
Die Verbindung kann durch Verklebung oder Verschweißung der aneinanderliegenden Nachbarbezirke der Kapillarenstücke ausgestaltet sein.
Durch diese Ausgestaltung als Kapillarenstückeqerüst ist es möglich, mit extrem geringem Materialaufwand außerordentlich hohe Wärmeaustauschflächen innerhalb der Bauplattenstruktur und gute Festigkeiten dieses Plattengerüstes zu erzielen.
Die lichtdurchlässige, wärmeabschirmende Bauplatte und ihre Verwendung weisen im Sinne der Erfindung eine aktive Wärmefilterung bei Lichtdurchlaß durch folgende Vorgänge auf: Absorption von Wärmestrahlung bei Lichtdurchlaß, Abgabe der so absorbierten Wärmeenergie entlang der feingliedrigen Struktur der Bauplatte an ein diese Struktur durchfließendes und damit die Oberfläche umfließendes Fluidum und Weiterleitung dieser an das Fluidum abgegebenen Wärmeenergie an die Umwelt oder an angeschlossene Aggregate.
Durch die Ausgestaltung der feingliedrigen Struktur der Bauplatte zu einer großen Wärmeaustauschoberfläche ist es erfindungsgemäß gewährleistet, daß die aufgefangene Wärmeenergie mit außerordentlich geringen Temperaturdifferenzen auf das vorbeiströmende Fluidum abgegeben werden kann. Vorzugsweise liegt diese Temperaturdifferenz zwischen Bauplattenstruktur und Fluidum in allen Schichttiefen der Bauplatte in der Größenordnung von einigen Zehntelgrad Celsius.
Außerdem wird der Effekt einer wirkungsgradverschlechternden Wärmeleitung im Material der Bauplatte extrem niedrig gehalten, da die Feingliedrigkeit dieses Materials nur geringe Querschnitte der Strukturelemente (insbesondere Kapillarenwände) zuläßt.
Mit diesen Maßnahmen ist es möglich, eine sehr hohe Temperaturdifferenz zwischen dem Eingang des Fluidums in die Bauplatte und dem Ausgang des Fluidums aus der Bauplatte zu erzielen. In der Praxis können bei hoher Sonneneinstrahlung auf diese Weise Temperaturdifferenzen von mehr als 100 oC erzielt werden.
Der Aufwand an Primärenergie zur Förderung des für die Kühlwirkung durch die Bauplatte zu transportierenden Fluidums ist extrem gering im Vergleich zu einer konventionellen Kühlungsmethode bei gleicher Kühlleistung. Zusätzlich ist durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Bauplatte ein Minimum an apparativem Aufwand und Material erforderlich und schlußendlich kann das durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Bauplatte erzeugte heiße Fluidum zur Nutzung seiner Wärmeenergien eingesetzt werden, beispielsweise zur Beheizung von multi-flash-Systemen zur Meerwasserentsalzung, Trocknung von Lebensmitteln, Betrieb von Absorptionskältemaschinen und dergleichen.
Im Falle der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung der Bauplatte als Aneinanderreihung von Kapillarenstücken ist es vorteilhaft, diese Kapillarenstücke nicht geradlinig, sondern einfach oder mehrfach gekrümmt oder geknickt aneinanderzureihen.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß selbst der geringe Anteil einer entlang gerader Kapillarenachsen verlaufenden Infrarotenergie der Sonneneinstrahlung zwangsläufig auf die Kapillarenwand geführt und dort absorbiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Richtung der Kapillarenstücken auf der nördlichen Hemisphäre schräg zur vertikalen nach Norden gerichtet sein (auf der südlichen Hemisphäre entsprechend nach Süden), sodaß die Sonneneinstrahlung bei jeder Sonnenstellung die Kapillarenwände durchkreuzen muß.
Das Material der Bauplatte kann zusätzlich reflektierende Eigenschaften für Infrarot und langwelliges sichtbares Licht aufwei- Die Figuren 1 bis 6 und ihre Erläuterungen vertieferl das Gesa(lte und enthalten weitere Merkmale der Erfindung: Die Figuren sind der Übersichtlichkeit halber nicht naßstabsgetreu dargestellt.
Figur 1 zeigt im Schnitt und perspektivisch eine Platte, deren plattenförmige Struktur 1 aus offenporigem Schaum besteht. Von oben strahlt die Sonne 2 ein. In der Plattenstruktur 1 wird der Infrarotanteil der Sonnenstrahlung 2 absorbiert. Gleichzeitig fließt von der Kammer 3 durch die Plattenstruktur 1 Luft 4, welche die Plattenstruktur kühlt, dabei die in der Plattenstruktur 1 aufgenommene Wärmeenergie ab führt und in Richtung der Pfeile 4 an die Atmosphäre abgegeben wird.
Figur 2 zeigt das gleiche wie Figur 1 jedoch mit der Änderung, daß die Plattenstruktur 1 nicht aus einem Schaummaterial, sondern aus aneinandergereihten, kurzen Kapillarenstticken 5, deren Achsen parallel zueinander gerichtet sind, besteht.
Figur 3 zeigt. das gleiche wie Figur 2, wobei jedoch beiderseits der Plattenstruktur 1 zwei Kammern 3 und 6 anordnet sind, obei in die Kammer 3 dir Luft 4 einströmt und nach ihrer Erwärmung in Richtung des Pfeiles 4 aus der Kammer 6 ausströmt.
Insbesondere sind diese Kammern 3 und 6 als an die Plattenstrriktur 1 angelegte Stegdoppelplatten 7, 8 ausgebildet (siehe Figur 4, welche wie die folgenden Figuren nur Schniltdarstellung zeigt), welche auf der Seite der Plattenstruktur 1 oeffnungen 9 aufweisen. Das Gefüge aus diesen drei Platten 1, 7 und 8 eist eine sehr gute Festigkeit und Gebrauchssicherheit auf. Die Platten können durch Nieten 10 zusammengepresst und verbunden sein.
Die Stegdoppelplatten 7 und 8 und die Plattenstruktur 1 bestehen vorzugsweise aus Polycarbonat.
Figur 5 zeigt ein weiteres Erfindungsmerkmal: hier ist die Plattenstrukur 1 streifenfijrmig in eine Stegdoppelplatte 12 unter Abstandswahrung von den beiden Begrenzungswänden 13 und 14 der Stegdoppelplatte 32 eingeschoben. Die Abstandswahrung kann durch Erhebungen 15 an der Plattenstruktur 1 oder durch besondere Formgestaltung (Vertiefungen 16) der Stegdoppelplatte 12 durchqeführt sein. Die Abstanoswahrung dient der Erzeugung von Verteilerräumen für das Fluidum innerhalb eines jeden Steodoppelplattenstrei fens.
In Figur 6 s sind n d m e brei' r (3) P1 at:tenst rikt uren 1, 3 und 1 in einer Schicht übereinander angeordnet und in ihren Kapillarstücken-Anor(inungen unterschiedlich ausgerichtet. Ei ne sol che Ausgestaltunq verhindert auch die direkte Durchstrahlung von Teilen des Sonnenlichtes bis zur Kammer 3.
In den Figuren 4 und 5 sind die Räume 3 und 6 ebenfalls als Zuführungs- und Abführungsräume für das Fluidum vorgesehen.
Infolge des Charakters der Stegdoppelplatten sind diese Räume langgestreckt, schmal und nebeneinanderliegend. Vorteilhafterweise können diese Räume an ihren Stirnseiten zu Sammelleitungen zusammengefaßt werden, insbesondere auf der der Sonne abgewandten Seite, also die Räume 3.

Claims

Patentansprüche Patentanspruch 1 Verfahren zur Verwendung einer Bauplatte dadurch gekennzeichnet, daß die Bauplatte Anteile des sichtbaren Lichtes der Sonneneinstrahlung durchlaßt, daß sie den Infrarotteil der Sonneneinstrahlung im wesentlichen absorbiert und daß sie die absorbierte Wärmeenergie an ein durch sie bewegtes Fluidum abgibt, welches sich dabei aufheizt und welches in diesem aufgeheizten Zustand an die Umgebung oder an Wärmeenergie verbrauchende Aggregate weitergeleitet wird.

Patentanspruch 2 Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidum vorzugsweise Luft ist.

Patentanspruch 3 Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidum von der der Sonne abgewandten Seite der Bauplatte zu der der Sonne zugewandten Seite der Bauplatte fließt.

Patentanspruch 4 Verfahren nach Patentanspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabe der Wärmeenergie an das Fluidum innerhalb der Bauplatte dadurch geschieht, daß ihr Material eine feingliedrige, fluidumsdurchlässige Struktur aufweist, an welcher das Fluidum entlanggeleitet wird und welche für die Wärmeabgabe an das Fluidum eine hohe Wärmetauschfläche aufweist.

Patentanspruch 5 Bauplatte nach Patentansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ihre fluidumsdurchlOzsige Struktur ein offenporiger Schaum ist.

Patentanspruch 6 Bauplatte nach Patentansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ihre fluidumsdurchlässige Struktur aus einer Aneinanderreihung von parallel zueinanderliegen kurzen Kapillarenstücken mit offenen Enden besteht, wobei die Achsen der Kapillarenstticke quer zur Oberfläche der Bauplatte stehen.

Patentanspruch 7 Bauplatte nach Patentansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeaustauschende Oberfläche ihrer feingliedrigen Struktur eine Größe aufweist, die mehr als das Zehnfache der Flächenausdehnung der Bauplatte ist.

Patentanspruch 8 Bauplatte nach Patentansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ihre feingliedrige Struktur aus einem Thermoplasten besteht, insbesondere aus Polycarbonat Polymethacrylat oder Polyvinylfluorid.

Patentanspruch 9 Bauplatte nach Patentansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ihre feingliedrige Struktur aus Glas besteht.

Patentanspruch 10 Bauplatte nach Patentansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daO sie aus mindestens drei Schichten besteht, wovon die beiden äußeren aus gelochten Stegdoppelplatten qebildet sind.

Patentanspruch 11 Bauplatte nach Patentansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Stegdoppelplatte besteht, in deren Kammern unter Abstandhaltung zu den Wänden der Stegdoppelplatten zum Zwecke der Ausbildung von Verteilerräumen für das Fluidum Streifen aus feingliedrigem Strukturmaterial eingeschoben sind.

Patentanspruch 12 Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitergeleitete Fluidum zur Beheizung von muJti-flash-Systemen zur Meerwasserentsalzung, zur Trocknung von Lebensmitteln oder zum Betrieb von Absorptionskältemaschinen eingesetzt wird.