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Verfahren und Vorrichtung zur
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technischen Nutzung von Sonnenenerc Beschreibung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 4.
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Zur technischen Nutzung von Sonnenenergie sind Systeme bekannt, in
denen ein Energieübertraungsmedium an einem Sonnenenergiekollektor unter Energieaufnahme
vorbeigeführt wird. Dieses primäre Medium, das während des Vorbeiströmens am oder
im Kollektor absorbierte Sonnenenergie aufnimmt, wird normalerweise über einen Wärmetauscher
mit einem Sekundärkreis in Verbindung gebracht. Im Wärmetauscher wird dabei mindestens
ein Teil der aufgenommenen Energie auf das sekundäre Medium übertragen.
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Als primäres Ubertragungsmedium wird in bestimmten Fällen Wasser verwendet,
das um beispielsweise Kalkablagerungen in Rohrleitungen zu verhindern oder zur Beseitigung
anderer im Wasser enthaltene Elemente, chemisch vorbehandelt wird.
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Das Wasser zirkuliert dabei in einem in der Regel geschlossenem primären
Kreislauf.
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Sofern der Sonnenenergiekollektor mit einer schwarzen Absorberfläche
ausgestattet ist und z.B. eine halbrinnenförmige Konfiguration aufweist, die zur
Sonnenseite hin mit einer transparenten Platte abgeschlossen ist, wird das Wasser
am tiefsten Punkt unter Pumpwirkung dem Kollektor zugeführt. Durch die Wärmeaufnahme
vom Kollektor steigt das Wasser zwar nach oben, was jedoch häufig durch Pumpwirkung
noch unterstützt wird.
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Im sekundären System ist nach dem Wärmetauscher vom Primärkreislauf
auf den Sekundärkreislauf ein größerer Zwischenspeicher vorgesehen. Dieser kann
als Warmwasserspeicher ausgebildet sein. Um beispielsweise eine Raumerwärmung bei
diesem System zu erreichen, wird das gespeicherte Warmwasser entsprechenden Heizkörperenzugeleitet,
die sozusagen in einem tertiären Kreislauf die Luft durch Konvektion erwärmen.
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Der Nachteil des vorgenannten Systems ist, daß es relativ aufwendig
zu installieren ist und normalerweise zur Raumerwärmung dreier Kreisläufe bedarf.
Zum anderen wird der dadurch erzielte Energiegewinn durch die für die Pumpleistung
erforderliche Energie, z.B. Stromverbrauch, reduziert. Die Pumpaggregate sind jedoch
störanfällig, so daß hierdurch das System beeinträchtigt wird und bei Ausfall dieser
Aggregate nicht verwendbar ist.
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Det Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges
und sehr universell einsetzbares einfaches Verfahren
sowie eine
entsprechend Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die relativ störungsfrei arbeitet
und bei Bauwerken gut integrierbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch das Kennzeichen
des Anspruchs 1 und bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch das Kennzeichen
des Anspruchs 4 gelöst.
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Grundgedanke der Erfindung ist es, mindestens al.s )primäres Energieübertragungsmedium
ein Medium zu verwenden, das nicht vorbehandelt werden muß, das aber andererseits
in ausreichendem Maße zu Verfügung steht. Darüber hinaus wurde angestrebt, von zusätzlichen
Hilfsaggregaten zumindest im primären Kreislauf unabhängig zu werden und diese vollständig
zu eliminieren. Hierbei ging man den Schritt vom geschossenen Kreislauf auf einen
quasi offenen Kreislauf.
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Verfahrensmäßig wird daher die in der Umgebung vorhandene Außenluft
als Energie- bzw. Wärmeübertragungsmedium verwendet. Die Vorrichtung ist dabei so
ausgelegt, daß die als primäres Medium verwendete Luft durch ihre Eigenkonvektion
dem Sonnenenergiekollektor zufließt.
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hierbei bedient man sich des physikalischen Prinzips, daß wärmere
Luft aufgrund ihrer geringeren Dichte gegenüber etwas kälterer Luft im Vergleich
zur kälteren Luft aufsteigt.
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Bei entsprechender Auslegung des Sonnenenergiekollektors zieht dadurch
die sich am Kollektor erwärmende Luft kältere Luft nach, so daß der Luftstrom im
Kollektor ohne jegliche Hilfsenergien aufrechterhalten werden kann.
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Unter Eigenkonvektion der Luft wird hierbei die Aufwärtsströmung von
sich erwärmender Luft am Kollektor bzw. an der Absorberfläche verstanden. hierbei
muß eine streng vertikale Anordnung von Absorber bzw. Absorberkanälen, die
von
der Luft durchströmt werden nicht die stärkste Luftkonvektion ergeben. Vielmehr
ist eine Optimierung zwischen den Aspekten der stärksten Sonneneinstrahlung auf
die Absorberfläche und der günstigsten Neigung des Sonnenenergiekollektors zur Wärmeübertragung
von der Absorberfläche an die Luft zu erreichen.
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Ebenso wie bei herkömmlichen Systemen kann die von der Luft vom Sonnenkollektor
aufgenommene Wärmemenge bzw. mindestens ein Teil davon in einem Wärmetauscher auf
einen sekundären Kreislauf übertragen werden. Dieser zweite Kreislauf könnte dann
in der konventionell bekannten Art ausgelegt sein.
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Eine Verbesserung und Vereinfachung des Verfahrens wird jedoch dadurch
erreicht, daß die von der primären Luft aufgenommene Wärmemenge an einen Speicher
abgegeben wird. Dieser Speicher ist dann vorzugsweise so lokalisiert und konstruiert,
daß als sekundäres Medium zur Erwärmung eines entsprechenden Raumes dessenRaumluft
selbst verwendet werden kann. Ebenso wie auf der Primärseite macht man sich hier
auf der Sekundärseite das Prinzip der Eigenkonvektion dieser Raumluft bei Erwärmung
am entsprechend erwärmten Speicher zunutze, so daß durch die Zirkulation der Raumluft
selbst der Raum erwärmt werden kann.
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Durch den direkten Einsatz der Raumluft auf der Sekundärseite und
die Nutzbarmachung deren Eigenkonvektion erübrigen sich auch sekundärseitig Hilfsaggregate
bzw. Hilfsenergien, so daß das System aus sich heraus funktionsfäig ist. In diesem
Aktivsystem können selbstverständlich Steuermechanismen vorgesehen werden, um die
Primär-und Sekundärluftströmungen auf die Bedarfssituationen einstellen zu können.
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Der in der Vorrichtung verwendete Sonnenkollektor fiat teilweise konventionellen
Aufbau. Dies betrifft den eigentlichen Kollektor oder Absorber für die einfallende
Sonnenstrahlung.
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Dieser ist normalerweise schwarz beschichtet, um eine Reflektion vor
allen Dingen der einfallenden Wärmestrahlung zu verhindern. Die in einem Rahmengestell
befestigte Absorberfläche ist nach außen, d.h. in Richtung der einfallenden Sonnenstrahlung
mit einer transparenten Scheibe abgeschlossen. Die ein- oder mehrschichtig aufgebaute
Scheibe kann aus Glas, Acrylglass oder aus einer Kunststoff-Folie bestehen..
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Zur Verbesserung der Wärmespeicherkapazität wird die Absorberfläche
flächenmäßig vergrößert. Dies kann beispielsweise durch eine wellenförmige Anordnung
im Rahmen oder eine Art Dreieckfaltung oder dergleichen erfolgen. Die Absorberfolie,
die vorzugsweise als einseitig beschichtete Aluminiumfolie oder als beschichtetes
dünnes Stahlblech oder dergleichen ausgelegt ist, kann sowohl nur einseitig zwischen
Absorberfolie und transparenter Platte durchströmt werden Zur Verbesserung der Wärmeübertragung
ist jedoch ein beidseitiges Anströmen der Absorberfolie vorgesehen.
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Da die Vorrichtung sich besonders zur Anbringung an Gebäudefassaden
eignet, liegt hier die Bezeichnung Solarwand nahe.
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In diesen Verwendungsfällen kann die Gebäudewand selbst den Rahmen
des Sonnenkollektors bilden. Im Sinne einer Baugruppenfertigung empfiehlt es sich
jedoch, den Sonnenenergiekollektor separat von den weiteren Elementen des Systems
und der Gebäudewand zu fertigen. Als vorgefertigtes Teil weist der Sonnenkollektor
als Rahmen ein lIolz-, Alu- oder Stahlprofil auf, wobei an der zur Gebäudewand liegenden
Seite eine Vollisolation vorgesehen wird. In dieser Art ist der vorgefertigte Sonnenkollektor
leicht an einer Gebäudewand installierbar. Es empfiehlt sich, einen Neigungsmechanismus
am Kollektor bzw. am Rahmen vorzusehen, damit der Einfallwinkel der Sonnenstrahlung
auf dem Kollektor einstellbar ist.
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Bei der Verwendung als Solarwand an einer Gebäudefassade ergibt sich
zudem der Vorteil einer zusätzlichen Isolation- und Wärmedämmung der gesamten Gebäudewand.
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Obwohl es möglich ist, das System so zu gestalten, daß ein Teil der
erwärmten primären Luft direkt in den zu erwärmenden Raum abgezweigt wird und der
andere Teil zur Erwärmung eines Speichers dient, wird vorzugsweise doch ein separater,
quasi offener Primärkreis bevorzugt. Dieser quasi offene Primärkreis, der über die
Umgebung physikalisch geschlossen ist, umfaßt den Eintritt kälterer Luft durch die
Eigenkonvektion der zunehmend am Absorber erwärmten Luft, sowie eine strömungsgünstige
Umlenkung am maximalen Erwärmungspunkt mit dem Absorber zu einem Speicher. Dieser
Speicher, der gute Wärmeaufnahme und Speicherfähigkeit haben soll, kann beispielsweise
in die Gebäudewand selbst integriert sein.
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Der Speicher kann aber auch separat an der Innenseite der Gebäudewand
angeordnet sein. Die vorgenannten Alternativen betreffen die aktive Solarwand, wobei
in anderen Systemen anstelle des Speichers auch ein Wärmetauscher mit nachgeschalteten
konventionellen Kreisläufen treten kann.
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Der Speicher kann sowohl als gegossener Block als auch aus einzelnen
einsetzbaren oder zusammensetzbaren Platten aufgebaut sein. Als Material wird vorzugsweise
Beton oder Ton verwendet, speziell dort, wo der Speicher mit einer Isolierung in
der Gebäudewand selbst integriert ist.
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Bei offener Fluidverbindung zwischen dem Sonnenenergiekollektor und
dem Speicher strömt die erwärmte Luft durch die Eivenkonvektion bedingt zum Speicher
und kühlt dort durch die Wärmeabgabe an den Speicher allmählich ab. Zur besseren
Wärmeaufnahme ist die Speicherfläche labyrinthartig vergrößert, z.B. durch Rippungen
und Ausnehmungen. Die sich dadurch allmählich abkühlende Luft sinkt im Speicher
durch weitere Wärmeabgabe an diesen nach unten und tritt durch einen unabhängig
vom Sonnenkollektor
angeordneten Strömungskanal wieder in die Umgebung
aus.
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Dieser Strömungskanal für die abgekühlte austretende Luft liegt auf
einem gegenständlich höheren Niveau als der Lufteintritt des Sonnenenergiekollektors.
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Die Luftzufuhr zum Speicher ist vorzugsweise durch eine etwa am Austritt
der maximal erwärmten Luft aus dem Kollektor vorhandene Einstelleinrichtung regelbar.
Bei einer Sperrstellung dieser Regeleinrichtung staut sich die momentan im Kollektor
vorhandene Luft ohne daß ein Übertritt zum Speicher möglich ist. Dies kann dann
vorteilhaft sein, wenn die Außentemperatur zu tief ist und gegebenenfalls überhaupt
keine Sonneneinstrahlung vorhanden ist, um ein Abkühlen des Speichers zu vermeiden.
Für den gleichen Zweck dient auch eine beispielsweise dem Speicher nachgeschaltete
Regelklappe im Luftaustritt.
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Eine derartige, die Zufuhr erwärmterLuft aus dem Kollektor zum Beispiel
regulierende Regelklappe, kann beispielsweise über eine mechanische Verbindung vom
Innenraum aus geregelt werden. Da die Luft etwa am obersten Punkt des Sonnenkollektors
möglichst auf gleichem Temperaturniveau sein soll, kann bei automatischer Regelung
der Klappe der Strömungsquerschnitt und damit die zum Speicher gelangende Luftmenge
geregelt werden.
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Da in etwa die Wärmeabgabe vom Absorber an die nach oben strömende
primäre Luft ungefähr proportional der durchströmenden Luftmenge ist, kann die Temperatur
der Primärluft durch die Regelung der Regelklappe etwa konstant gehalten werden.
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So kann beispielsweise die Stellung der Regelklappe über ein im Kollektor
hinter der transparenten Scheibe angebrachtes Bimetall-Element, das die Stärke der
Sonnenstrahlung bzw.
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die Abkühlung der Scheibe wahrnimmt, geregelt werden. Eine andere
Möglichkeit der Regelung besteht beispielsweise durch die Verwenduny einer Solarzelle,
die einen einstrahlungsabhängigen Strom liefert. Dieser wird einem Heißleiter zugeführt,
der
den Strom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändert. Mittels des so gewonnenen
Regelstromes wird beispielsweise über eine Magnetspule die Achse der Regelklappe
und damit der Strömungsquerschnitt eingestellt.
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Neben der Regelung der primären Luftzufuhr wird auch der Kreislauf
der sekundären Luft regelbar gemacht. Als Möglichkeit bietet sich auch hier an die
Eigenkonvektion der sekundären Luft zu blockieren oder entsprechend freizugeben.
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Dies kann beispielsweise mit Schiebeplatten realisiert werden.
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Hierzu können am oberen Austritt der erwärmten sekundären Luft im
Speicher bzw. Wärmetauscher zwei dicht aufeinander verschiebbare Platten vorgesehen
sein. Diese Platten können für den freien Durchtritt der erwärmten sekundären Luft
miteinander korrespondierende Öffnungen, z.B. in Form von einzelnen Bohrungen aufweisen.
Bei minimaler Verschiebung dieser Platten gegeneinander fluchten diese Öffnungen
nicht mehr, sondern sind gegeneinander versperrt, so daß ein Austritt von erwärmter
sekundärer Luft verhindert wird.
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In ähnlicher Weise läßt sich am oberen Austritt der sekundären Luft
auch ein mindestens um 900 drehbares Lamellengitter in eine Verschluß- bzw. Öffnungsstellung
bringen.
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Sowohl zur Wärmeaufnahme vom Primärkreis als auch zur Wärmeabgabe
an denSekundärkreis wird der Speicher bzw. Wärmetauscher vorzugsweise mit einer
Vielzahl von Fluidkanälen ausgelegt. Im einfachsten Fall können dies U-förmige Kanäle
sein, die über die Gesamthöhe des Speichers reichen. Zwar wird strömungstechnisch
primär die Vertikalanordnung dieser Fludikanäle im Speicher bevorzugt. Jedoch lassen
sich auch hbrizontal verlaufende Flächenvergrößerungen des Speichers berücksichtigen.
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Das Verfahren und die Vorrichtung sind jedoch nicht auf den Einsatz
als Solarwand bei Gebäuden beschränkt. Sie sind dort einerseits aufgrund der vorhandenen
Freiflächen gut einsetzbar und bieten zusätzlich eine vortreffliche Isolation. Selbstverständlich
kann gerade der Primärkreis auch mit konventionell bekannten, nachgeschalteten Wärmetauscher-
und Speichersystem verwendet werden.
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Das Prinzip der Erfindung wird nachstehend anhand eines schematischen
Ausführungsbeispiels einer Solarwand und mehrerer Ausführungsbeispiele von Speichern
noch erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen bruchstückartigen Vertikalschnitt längs
einer Hauswand, an der ein Sonnenenergiekollektor angebracht ist, der nach innen
mit einem Speicher in Verbindung steht; Fig. 2 einen horizontalen Schnitt längs
der Linie II-II aus Fig. 1 in bruchstückartiger Darstellung; Fig. 3 einen Vertikalschnitt
durch einen in die Gebäudewand eingesetzten Speicher; Fig. 4 einen Horizontalschnitt
längs der Linie I-I aus Fig. 3; Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Speichers,
der auf der Innenseite einer Wand angebracht ist, im Vertikalschnitt;
Fig.
6 einen Horizontalschnitt längs der Linie III-III aus Fig. 5 in bruchstückartiger
Darstellung; Fig. 7 einen Horizontalschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Speichers ähnlich dem nach Fig. 6; und Fig. 8 einen bruchstückartigen Horizontalschnitt
im Bereich der Austrittsöffnung der primären Luft aus der Gebäudewand in die Umgebung.
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In Fig. 1 ist ein Vorzugsausführungsbeispiel der Vorrichtung bzw.
der Solarwand 1 dargestellt. In diesem Beispiel ist die Solarwand 1 plattenförmig
und möglichst großflächig an einer vertikal verlaufenden Gebäudewand 11 angebracht.
Aus Vereinfachungsgründen ist in Fig. 1 der Sonnenenergiekollektor 2 parallel zur
Außenfassade 24 der Gebäudewand 11 vorgesehen.
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Zur Optimierung im Hinblick auf eine möglichst gute Energieabsorption
im Kollektor 2 kann dieser jedoch mit einer Neigung gegenüber der Außenfassade vorgesehen
sein, d.h.
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beispielsweise am unteren Ende mit einem größeren Abstand zur Gebäudewand
angebracht sein als oben. Im günstigten Fall können dadurch die Sonnenstrahlen etwa
senkrecht auf die Absorberfläche 3 auftreffen.
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Der Sonnenenergiekollektor 2 besteht entsprechend den Figuren aus
einem im wesentlichen rechteckförmigen Rahmen 5, der beispielsweise aus einem Aluminiumprofil
hergestellt ist.
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Auf der Vorderseite des Sonnenenergiekollektors ist auf dem Rahmen
5 eine transparente, für die Sonnenstrahlen durchlässige Scheibe befestigt, die
zur Isolation des durch den Kollektor 2 strömenden Medium gegenüber der Umgebungstemperatur
dient. Auf der Rückseite ist der Kollektor 2 vorzugsweise mit einer weiteren Isolationsfläche
6 versehen,
die im Ausführungsbeispiel durch den Rahmen 5 in dem
Kollektor 2 als Einheit mit integriert ist.
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Zwischen dieser rückwärtigen Isolationsfläche 6 und der vorderen transparenten
Scheibe 4 ist die eigentliche Absorberfläche 3 in Gestalt einer-Folie im Kollektor
vorgesehen.
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Die Folie erstreckt sich dabei über die gesamte Breite und Höhe der
Rahmenfläche des Sonnenenergiekollektors 2, wobei am obersten Ende die Breite eines
Strömungskanals 10 für die erwärmte Luft freibleibt. Als Absorberfolie kann eine
auf der Seite der Sonneneinstrahlung beschichtete Aluminiumfolie verwendet werden.
Diese Folie ist zur Vergrößerung der Absorberfläche in Wellenform angeordnet, so
daß die einzelnen Wellentäler etwa vertikale Leitkanäle für das zu erwärmende primäre
Medium bilden. Die Anordnung der Absorberfolie 3 geschieht vorzugsweise in einem
minimalen Abstand ihrer Wellenberge zur vorderen transparenten Scheibe 4. Hierdurch
wird eine Wärmeleitung von der Absorberfläche zur transparenten Scheibe vermieden.
Der Abstand zwischen der Innenseite der transparenten Scheibe 4 und der vorderen
Seite der rückwärtigen Isolation 6 wird so bemessen, daß unter Berücksichtigung
der dazwischen liegenden Absorberfläche 3 Strömungskanäle gebildet werden, in denen
die Konvektion der aufsteigenden erwärmten Luft im Sinne eines leichten Saugeffektes
am unteren Ende, dem Lufteintritt 7, ausgenutzt werden kann.
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Der Sonnenenergiekollektor 2 wird bei Hauswänden vorzugsweise im Bereich
der Querträger von Geschoßdecken 23 angebracht, um einen Lichteinfall durch in der
Fassade vorgesehenen Fenster nicht zu beeinträchtigen. Nach Fig. 1 erstreckt er
sich daher ungefähr mit gleicher Höhenabmessung nach oben und unten von der Geschoßdecke
23 an der Aussenfassade 24. Ähnlich wie bei Heizkörpern ist die Innenwand in einem
entsprechenden zu erwärmenden Raum zur Außenfassade 24 zurückgesetzt, d.h. mit einer
Art Ausnehmung verseilen. In einer derartigen Ausnehmung, die etwa dem oberen Bereich
der Solarwand 1 gegenüberliegt, ist ein etwa Rechteckform aufweisendcr
und
allseitig isolierter Speicher 15 eingebaut bzw. eingesetzt. Das eigentliche Energie
und Wärme speichernde Material dieses Speichers 15 besteht beispielsweise aus gebranntem
Ton. Nach Fig. 2 hat dieser Speicher 15 im Horizontalschnitt etwa die Konfiguration
eines I, wobei die zur Außenfassade 24 liegende Aussparung ein Kanallabyrinth 12
für die primäre Luft bildet, während die zur Innenraumseite gelegene Aussparung
einen oder eine Vielzahl von Strömungskanälen 20 für die sekundäre Luft 17 bildet.
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Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 ist der Speicher 15
so in die Innenwand der Gebäudewand 11 eingesetzt, daß seine vertikale Mittelachse
etwa mit der Innenwand fluchtet. Im Schnitt nach Fig. 1 weist der Speicher 15 am
oberen Ende ein kurzes Querstück auf. Insgesamt ist der mit einer Isolation 19 ummantelte
Speicher 15 so in die Gehäusewand von innen eingesetzt, daß ein oberer Querkanal
10, der in Fluidverbindung mit dem obersten Ende 8 des Kollektors 2 steht, und ein
unterer Querkanal,der zum Luftaustritt 13 führt, mit dem Kanallabyrinth 12 in Fluidverbindung
stehen.
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Bei auf dem Kollektor 2 auftreffender Sonnenstrahlung S wird insbesondere
die Wärme strahlung in der beschichteten Absorberfläche 3 absorbiert, die sich dadurch
erwärmt. Da am unteren Ende des Kollektors 2 ein offener Lufteintritt 7 vorhanden
ist, erwärmt sich die in den vertikalen Strömungskanälen der Absorberfläche 3 vorhandene
Luft L, so daß sie aufgrund des Dichteunterschiedes nach oben zum höchsten Niveau
8 des Kollektors aufsteigt. Durch die erwärmte aufsteigende Luft L wird gleichzeitig
im Lufteintritt 7 kältere Luft durch eine Art Saugwirkung nachgezogen. Bei vollständig
geöffneter, im oberen Querkanal 10 vorhandener Regelklappe 9, strömt die maximal
erwärmte Luft durch den Querkanal 10 zum Speicher 15. Durch die Abgabe von Wärme
an die Speichermasse kühlt die Luft L im Speicher 1.5 langsam ab und sinkt daher
im Speicher nach unten, wobei die abgekühlte Luft durch strömungsgünstige Führung
und einen unteren Querkanal über den Luftaustritt 13 wieder in die Außenatmosphäre
gelangt. Die in der Fig. 1
gezeigte überwiegend rechtwinklige Gestaltung
der Strömungskanäle zeigt lediglich das Prinzip. In der Praxis werden selbstverständlich
strömungsgünstige Krümmungen und Kanalquerschnitte, z.B. oval- oder kreisförmig
verwendet.
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Die Abkühlung der im Speicher nach unten fallenden Luft hängt einerseits
von der Temperatur des Speichers 15 selbst, von seiner Wärmeaufnahmekapazität und
von der zur Verfügung stehenden Übertragungsfläche ab. Um bei unterschiedlicher
Sonneneinstrahlung die Speichertemperatur trotzdem mindestens primärseitig auf einem
hohen Temperaturniveau gleichhalten zu können, ist im oberen Querkanal 10 die den
Öffnungsquerschnitt im Kanal verändernde Regelklappe 9 vorgesehen. Bei geringerer
Sonneneinstrahlung S wird daher die Regelklappe 9 so eingestellt, daß die offene
Querschnittsfläche des Kanals 10 verkleinert wird. Hierdurch wird die durch den
Kollektor 2 und das Kanallabyrinth 12 strömende Luftmenge reduziert. Dies gewährleistet,
daß die geringere Luftmenge am obersten Niveau 8 des Kollektors 2 in etwa die maximale
Temperatur der Absorberfläche 3 erreicht. Mit dieser Temperatur wird dann der Speicher
im oberen Bereich beaufschlagt, so daß durch diese Regulierung zwar die Luftmenge
und die auf den Speicher übertragene Wärmemenge gesteuert wird, die maximal mögliche
Temperatur jedoch etwa gleich bleibt.
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Im Beispiel nach Fig. 1 und 2 stellt der Speicher 15 auf der Innenseite
gleichzeitig die Wärmetauschfläche 1o dar. Im Beispiel wird auch sekundärseitig
Luft als Wärmeübertragunysfluid verwendet. Durch die Anordnung des Speichers 15
etwas über dem Bodenniveau des Innenraumes und sowohl untere als auch obere Öffnungen,
die mit den Strömungskanälen 20 der Wärmetauscherfläche 16 in Verbindung stehen,
ist es auch sekundärseitig möglich, durch die Eigenkonvektion der an der Wärmetauscherfläche
16 erwärmten Luft, den Innenraum auf der gewünschten Temperatur zu halten.
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Sekundärseitig können dabei am Speicher 15 Schiebeplatten, insbesondere
oben am Austritt 18, vorgesehen sein, die die Strömungskanäle 20 vollständig nach
oben hin abschliessen können, so daß ein Austritt erwärmter Luft unterbunden wird.
Selbstverständlich sind auch hier automatische und von der Innentemperatur abhängige
Steuerungen dieser Mechanismen denkbar.
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Der Querkanal 10 ist im Beispiel nach Fig. 1 und 2 etwa in der Mitte
der Breite des Kollektors 2 bzw. des Speichers 15 vorgesehen und hat im Vergleich
zu den Breitenabmessungen des Konvektors und des Speichers 15 nur eine relativ geringe
Breite. Die strömunysmäßige Führung im oberen Teil des Kollektors 2 ist daher auf
den Querschnitt dieses Querkanals 10 abzustimmen. Gleiches gilt auch für den Übergang
des Querkanals in den Speicher 15. Der Luftaustritt 13 der im Speicher 15 abgekühlten
Luft verläuft seitlich von der gesamten Kollektorfläche 2, um die Kollektorfunktion
nicht zu beeinträchtigen.
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Obwohl nach Fig. 2 der Kollektor 2 eine etwas geringere Breite als
der Speicher 15 aufweist, wird die Breite des Kollektors 2 in der Praxis weitgehend
allein durch die auf der Außenfassade 24 zur Verfügung stehende freie Fläche begrenzt.
Maßgebend beim Kollektor ist jedoch, daß eine ausreichende Höhe vom Lufteintritt
7 bis zum höchsten Niveau 8 vorhanden ist, um eine ausreichende Wärmeübertragung
auf die Luft L und die dadurch verursachte Konvektion zum Ansaugen nachfolgender
kälterer Luft zu schaffen.
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In Fig. 3 ist ein anderes Beispiel eines Speichers 15 gezeigt.
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Schematisch ist an der Außenseite der Gebäudewand 11 der Kollektor
2 angedeutet. Der Speicher 15 ist im Beispiel nach Fig. 3 vollständig in die Gebäudewand
von deren Außenseite bis zu deren Innenseite eingebaut. Fluchtend mit der Außenfassade
weist dieser Speicher 15 zunächst eine stärkere, plattenartige Wand-Speicher-Isolation
27 auf. Wie besser in Fig. 4 im Horizontalschnitt erkennbar, schließt
sich
erst daran der eigentliche Speicherblock 15 an.
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Zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche weist der Speicher 15
U-förmige Primärluftkanäle 30 auf. Im oberen linken Bereich des Speichers 15 ist
zur Außenfassade orientiert ein durch sämtliche Speicherrippen 29 gehender Querkanal
28 ausgebildet. Dieser Querkanal 28 steht mit dem Querkanal 10, durch den die maximal
erwärmte Luft L vom Kollektor 2 zum Speicher 15 strömt, in Verbindung In ähnlicher
Weise ist auch am unteren Ende des in die Gehäusewand 11 eingebauten Speichers 15
ein im Querschnitt etwa rechteckförmiger Querkanal vorgesehen, der in Verbindung
mit dem Luftaustritt 13 steht.
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Zwischen der Wärmetauscherfläche 16, die etwa mit der Innenwand 25
fluchtet, und einem Primärluftkanal 30 bleibt eine ausreichende Materialstärke des
Speichers 15 vorhanden, um Wärme von der einströmenden Luft L aufnehmen zu können.
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Durch die Rippen- und Kanalbildung in dem beispielsweise in einem
Block herstellbaren Speicher 15 wird die Wärmeübertragungsfläche von der erwärmten
Luft an den Speicher um ein Vielfaches vergrößert, so daß ein günstigere Wärmeentzug
gegenüber der aus dem Kollektor 2 kommenden erwärmten Luft geschaffen wird.
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Auf der Sekundärseite bzw. Innenraumseite ist der Speicher 15 mit
einer Verkleidung 21 versehen. Zwischen der Verkleidung 21 und der Wärmetauscherfläche
16 des Speichers 15 liegt ein Sekundärluftkanal 31. Dieser ist nach Fig. 3 unten
offen gehalten, während er an der oberen Seite mit zwei gegeneinander verschiebbaren
Schiebeplatten 26 ausgestattet ist. Bei Öffnung dieser Schiebeplatten 26 strömt
die Innenluft des Raumes durch den Sekundärluftkanal 31 aufgrund der Eigenkonvektion
nach oben und tritt als erwärmte Luft durch den Austritt 8 in den zu erwärmenden
Raum aus. Die Verkleidung 21 besteht vorzugsweise aus einem isolierenden Material.
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In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Anordnung eines Speichers
15 dargestellt, wobei im Gegensatz zu den vorausgehend beschriebenen Beispielen
der Speicher 15 nun vollständig an der Innenwandfläche 25 der Gebäudewand 11 vorgesehen
ist. Entsprechend dieser Anordnung reicht sowohl der obere Querkanal 10 als auch
der-entsprechende untere Querkanal durch die gesamte Stärke der Gebäudewand. Der
mit einer kastenartigen Verkleidung versehene Speicher 15 ist gegen die Innenwand
25 mit einer Isolationsplatte 36 ausgestattet. Die Wandärke des Speichers 15 weist
im Horizontalschnitt nach Fig. 6 in etwa eine zick-zack-Form auf. In etwa läßt sich
diese Form auch mit einer länglichen Trapezform beschreiben, wobei die Trapeze umgekehrt
zueinander angeordnet sind.
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Die Strömungskanäle 30 und 31 der Primär-und Sekundärluft greifen
in dieser Ausführung des Speichers 15 fingerartig ineinander, wobei sie jeweils
durch die Wandstärke des Speichers voneinander getrennt sind. In Blickrichtung auf
die Zeichenfläche der Fig. 6 strömt im Beispiel die vom Kollektor 2 erwärmte Luft
von oben in die Zeichenebene hinein, während die sekundäre Luft des Innenraumes
aus der Zeichenebene in den Kanälen 31 sozusagen herausströmt.
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In diesem Beispiel sind die Wärmetauschflächen primärseitig 32 wie
sekundärseitig 33 etwa gleich groß.
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Der Speicher 15 nach Fig. 6 kann sowohl in Blockform als auch durch
Zusammenbau der einzelnen Platten hergestellt werden.
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Ein weiteres Beispiel eines mit Platten herstellbaren Speichers zeigt
die Fig. 7. Sowohl in der Wandisolation 36 als auch in der Verkleidung 21 des Speichers
sind Nutführungen vorgesehen, in denen die rechteckförmigen einzelnen Speicherplatten
35 etwa in vertikaler Richtung eingesetzt werden können. Die sich dadurch ergebenden
Strömungskanäle 30 und 31 haben im Beispiel nach Fig. 7 die Form eines länglichen
Rechteckes.
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Fig. 8 zeigt einen Horizontalschnitt im Bereich der Luftaustrittsöffnung
13. An der Außenfassade ist wiederum der Kollektor 2 angedeuet, an dessen seitlichen
Wandbereich, in Fig. 8 der obere Bereich, der Luftaustritt 13 für die im Speicher
abgekühlte Luft vorgesehen ist. Um bei Stillstand des Solarwand-Systems ein Abkühlen
des Speichers von außen zu vermeiden, sind im quer zur Außenfassade verlaufende
Bereich des Austrittskanals Querrippen 37 fingerartige ineinandergreifend vorgesehen.
Durch diese Querrippen 37 wird die ausströmende Luft mehrmals umgelenkt, so daß
der Verlust an Wärmestrahlung und Wärmekonvektion in diesem Bereich nach außen verhindert
wird. Auf der Innenraumseite ist in Fig. 8 ein ähnlicher Speicher wie nach Fig.
6 angeordnet.