DE3236726C2

DE3236726C2 - Verfahren und Vorrichtung zur wärmetechnischen Nutzung von Sonnenenergie

Info

Publication number: DE3236726C2
Application number: DE3236726A
Authority: DE
Inventors: Bernd 8755 Alzenau Pontani
Original assignee: Apa Anlagen Planung 8755 Alzenau De GmbH
Current assignee: Apa Anlagen Planung 8755 Alzenau De GmbH
Priority date: 1982-10-04
Filing date: 1982-10-04
Publication date: 1986-04-10
Also published as: DE3236726A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur technischen Nutzung von Sonnenenergie. Beim Verfahren strömt ein primäres Energie-Übertragungs-Medium an einem Sonnenenergiekollektor unter Energieaufnahme von diesem vorbei. Anschließend wird direkt oder indirekt mindestens ein Teil der Energie des primären Mediums auf ein sekundäres Medium übertragen. Um mindestens primärseitig ohne Hilfsenergien, z. B. durch Pumpwirkung, auszukommen, wird die Luft der Umgebung als primäres Medium verwendet. Vorrichtungsmäßig wird das dadurch erreicht, daß die im Sonnenenergiekollektor erwärmte Luft durch die Eigenkonvektion ein Nachströmen von kälterer Luft aus einem unteren Bereich ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäö Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß Obcrbeeriff des Anspruchs 2.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-OS 25 47 214 bekannt. Der Solarkollektor der bekannten Vorrichtung ist an der Außenwand eines Gebäudes angebracht und erstreckt sich vorzugsweise auch über einen Teil des Daches. Verfahrensmäßig ist es vorgesehen, die als primären Wärmeträger eingesetzte Umgebungsluft am Fußpunkt des Solarkollektors anzusaugen und dem dem Solarkillektor innerhalb des Gebäudes nachgeschalteten Wärmetauscher zuzuführen. Nachteilig an diesem Verfahren bzw. an dieser Vorrichtung ist es, daß zum Ansaugen der Außenluft ein Hilfsaggregat, wie beispielsweise ein Gebläse, benötigt wird, zu dissen Betrieb zusätzliche Energie, insbesondere in Form von elektrischem Strom, benötigt wird. Zum anderen ist ein derartiges Gebläse relativ störanfällig, wobei ein Ausfall des Gebläses dazu führt, daß die gesamte Vorrichtung zur Wärmegewinnung aus Sonnenenergie betriebsunfähig vird.
Aus der DE-OS 25 11 861 ist eine Vorrichtung zur Ausnutzung von Sonnenenergie bekannt, bei welcher der SolarkoJlektor im Dachbereich eines Gebäudes integriert ist. Sämtliche Flächenelemente des Gebäudes, also Fußboden, Wände und Dach sind unter der Ausbildung von gegenüber der umgebenden Atmosphäre dichten Kanalräumen ausgebildet und stehen im Sinne eines geschlossenen Kanalsystems miteinander in Verbindung. Im Fußboden dieses Gebäudes ist ein Wärmespeicher untergebracht, der vom zirkulierenden Luftstrom durchströmt wird und zur Beheizung des Gebäudeinneren verwendet wird. Von Nachteil an dieser Anlage zur Ausnutzung von Sonnenenergie ist es, daß eine spezielle Gebäudekonstruktion mit einem geschlossenen Kanalsystem erforderlich ist, und somit eine einfache Nachrüstung bereits bestehender Gebäude mit dieser Anlage nicht in Betracht kommt.

Aus der DE-OS 22 3i 972 ist eine Vorrichtung zur natürlichen Klimatisierung eines Wohnraums bekannt. Diejenige Wand des Wohnraums, welche der Sonnenstrahlung am stärksten ausgesetzt ist, ist außenseitig mit einem Solarkollektor ausgerüstet, während eine vorwiegend im Schatten liegende Wand des Wohnraums einen verschließbaren Einlaß für Kaltluft aufweist. Im Solarkollektor ist Luft unter Erwärmung aufsteigend geführt, die am unteren Ende des Solarkollektors über einen ständig offenen Kanal aus dem Wohnraum entnommen wird. Am oberen Ende des Solarkollektors ist ein Verteiler vorgesehen, mit dem die aufsteigend erwärmte Luft dem Wohnraum zugeführt oder/und in die Außenumgebung geleitet wird. Soll nun der Wohnraum beheizt werden, wird der Einlaß an der kalten Wand geschlossen und der Verteiler am oberen Ende des Solarkollektors in Wohnraumstellung gebracht, so daß die im Solarkollektor erwärmte Luft im geschlossenen Kreislauf durch den Wohnraum und den Solarkollektor strömt. Soll der Wohnraum gekühlt werden, wird der Verteiler am oberen Ende des Solarkollektors in die Außenluftstellung geschaltet und der Einlaß in der kalten Wand geöffnet. Aufgrund der Sogwirkung des sowohl zum Wohnraum wie zur Außenumgebung geöffneten Solarkollektors wird nun unter Abkühlung des Wohnraums kalte Luft von der Außenumgebung über den Einlaß in der kalten Wohnraumwand eingesaugt. Die Wärmeenergie der im Sonnenkollektor erwärmten Luft ist in dieser Betriebsart ein für allemal verloren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die relativ störungsfrei arbeitet und ohne Zufuhr von Hilfsenergie funktionsfähig ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch das Kennzeichen des Anspruchs 2 gelöst

Der Kern der Erfindung liegt darin, daß unter Ausnutzung des an sich bekannten physikalischen Prinzips, daß wärmere Luft aufgrund ihrer geringeren Dichte gegenüber etwas kälterer Luft in· Vergleich zur kälteren Luft aufsteigt, die Luft der Außenumgebung durch die im Solarkollektor erzeugte Eigenkonvektion selbständig in den Solarkollektor nachströmt, wobei die in absteigende Richtung gelenkte Luft nach der Energieabgabe an den Wärmetauscher zwischen dem Einströmungsniveau in den Solarkollektor und dem relativen Maximalenergieniveau im Solarkollektor ausströmt Dabei ist es vorrichtungsmäßig vorgesehen, die Ausströmstrecke der nach der Energieabgabe etwas kälteren Luft auf einem Zwischenniveau zwischen der Einströmöffnung der Luft in den Solarkollektor und dem obersten Bereich des Solarkollektors anzuordnen.

erwenc

un*⁷ von

läßt sich slso vollständig ohne ui£ Verwenciun von Hilfsaggregaten, wie beispielsweise eines Gebläses, betreiben. Darüber hinaus weist der Solarkollektor teilweise einen konventionellen Aufbau auf. Dies betrifft insbesondere die eigentliche Absorberfläche dieses Solarkoilektors, die normalerweise schwarz beschichtet ist, um eine Reflexion vor allen Dingen der einfallenden Wärmestrahlen zu verhindern.

Die in einem Rahmengestell befestigte Absorberflächc ist nach außen, das heißt in Richtung der einfallenden Sonnenstrahlung mit einer transparenten Scheibe abgeschlossen. Die ein- oder mehrschichtig aufgebaute Scheibe kann aus Glas, Acrylglas oder aus einer Kunststoff-Folie bestehen.

Zur Verbesserung der Wärmespeicherkapazität des Solarkollektors ist es vorgesehen, die Absorberfläche, für die vorzugsweise eine Folie verwendet wird, flächenmäßig zu vergrößern. Eine flächenmäßige Vergrößerung läßt sich durch die verschiedensten Arten der Faltung der Folie erreichen. So kann diese beispielsweise wellenförmig oder in Art einer Dreieckfaltung im Rahmen angeordnet sein. Die Absorberfolie, die vorzugsweise als einseitig beschichtete Aluminiumfolie oder als beschichtetes dünnes Stahlblech oder dergleichen ausgelegt ist, kann entweder nur einseitig oder zur Verbesserung der Wärmeübertragung auch beidseitig angeströmt werden.

Da die Vorrichtung sich besonders zur Anbringung an Gebäudepassagen eignet, liegt die Bezeichnung Solarwand für diese So'arkollektoranordnung nahe. In diesem Falle bildet die Gebäudewand selbst den Rahmen des Solarkollektors. De,- Solarkoliektor kann jedoch auch separat von den weiteren Elementen des Systems und der Gebäudewand gefertigt werden, wenn eine Baugruppenfertigung bevorzugt wird. Als vorgefei tigtes Teil weist der Solarkollektor als Rahmen ein Holz-, Alu-, Beton- oder Stahlprofil auf, wobei an der zur Gebäudewand liegenden Seite eine Vollisolation vorgesehen wird. Ein dergestalt vorgefertigter Solarkollektor läßt sich ohne großen Aufwand an einer Gebäudewand installieren.

Vorzugsweise ist am Rahmen des Solarkol'ektors ein

ίο Neigungsmechanismus vorgesehen, um die Neigung des Solarkollektors dem Einfallwinkel der Sonnenstrahlung zumindest in gewissen Bereichen anpassen zu können.

Bei der Verwendung als Solarwand an einer Gebäudefassade ergibt sich zudem der Vorteil einer zusätzlichen Isolation, insbesondere einer Wärmedämmung der gesamten Gebäudewand.

Die Zufuhr erwärmter Luft zum Wärmetauscher ist vorzugsweise über eine Steuereinrichtung regelbar. Wenn mit dieser Steuereinrichtung eine Zufuhr erwärmter Luft zum Wärmetauscher ..nterbrochen wird.

nisr insuescnucrc

die Aufwärtsströmung von sich erwärmender Luft am Solarkollektor bzw. an der Absorberfläche "erstanden. 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 Solarkollektors zur Wärmeübertragung von der Absorberfläche an die Luft anzustreben.

Vorzugsweise ist der Wärmetauscher, der ebenfalls nach dem Prinzip der Eigenkonvektion die Raumluft erwärmt, als Speicher ausgelegt

Der in der Vorrichtung verwendete Solarkollek:or

Steuereinrichtung die Luftzufuhr zum Wärmetauscher wieder freigibt. Eine derartige Betriebsart kann dann vorteilhaft sein, wenn die Temperatur der Außenluft sehr thf ist, und gegebenenfalls überhaupt keine Sonneneinstrahlung vorhanden ist, um ein Abkühlen des Solarkollektors zu vermeiden.

Zur Regelung der Luftströmung im Solarkollektor umfaßt die Steuereinrichtung eine Regelklappe, die beispielsweise über eine mechanische Verbindung vom Innenraum aus betätigbar ist. Zweckmäßig ist eine automatische Regelung der Klappenstellung, um am oberen Ende des Solarkollektors ein möglichst gleichmäßiges Temperaturniveau der Luft zu gewährleisten. Dadurch wird erreicht, daß die dom Wärmetauscher zugeführte Luft stets in etwa dieselbe Temⁿeratür aufweist. Zu diesem Zweck kann die Stellung der Regelklappe über ein im Solarkollektor hinter der transparente.i Schiibe angebrachtes Bimetall-Element geregelt werden, welches die Stärke der Sonnenstrahlung bzw. die Abkühlung der Sc.ieibe erfaßt. Eine andere Möglichkeit der Regelung besteht beispielsweise durch Verwendung einer Solarzelle, die einen einstrahlungsabhängigen Strom liefert. Mit dem derart gewonnenen Regels'.rom läßt sich die Winkelstellung der Regelklappe beispielsweise über eine Magnetspule einstellen und der Strömungsquerschnitt der vom Solarkollektor erwärmten Luft einstellen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutertes zeigt

F ^: -£. ! einen Vertikalschnitt durch den Teil einer Gebäudewand, die fassadenseitig mit einem erfindungsgemaß betriebenen Colarkollektor versehen is?, der an einen Wärmetauscher auf der Gebäudewandinnenseitc angeschlossen isl;

F i g. 2 einen Horizontalschn'tt längs der Linie 11-11 aus Fig. 1;

F i g. 3 einen Vertikalschnitt durch einen im wesentlichen in der Gebäudewand versenkten als Speicher ausgelegten Wärmetauscher;

F i g. 4 einen Horizontalschnitt längs der Linie l-l aus F ig. 3;

F i g. 5 einen an der Wandinnenseite befestigten Wärmetauscher im Vertikalschnitt;

Fig. 6 einen Horizontalschnitt längs der Linie lli-ill aus F i g. 5;

Fig. 7 einen Horizontalschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als Speicher ausgelegten Wärmetauschers und

F ι g. 8 einen Horizontalschnitt durch die erfindungsgemäß mit einem Solarkollektor ausgestattete Gebäudewand im Bereich der im Solarkollektor vorgesehenen Luftaustrittsöffnung (Teilschnitt IV).

In F i g. I ist eine Solarwand 1 dargestellt, die großflächig an einer vertikal verlaufenden Gebäudewand 11 angebracht ist. Aus Vereinfachungsgründen ist die Solarwand I in Fig. 1 parallel zur Außenfassade 24 der Gebäudewand 11 vorgesehen. Zur Optimierung im Hinblick auf eine möglichst gute Energieabsorption kann die Solarwand 1 jedoch mit einer Neigung gegenüber der Außenfassade vorgesehen sein, d. h. beispielsweise am unteren Ende mit einem größeren Abstand zur Gebäudewand angebracht sein als oben. Im günstigsten Fall können rUrlurrh die Sonnenstrahlen etwa senkrecht auf die Absorberfläche 3 der Solarwand 1 auftreffen.

Der Solarkollektor 2 besteht aus einem im wesentlichen rechteckförmigen Rahmen 5, der beispielsweise aus einem Aluminiumprofil hergestellt ist. Auf der Vorderseite des Solarkollektors ist auf dem Rahmen 5 eine transparente, für die Sonnenstrahlen durchlässige Scheibe 4 befestigt, die zur Isolation des durch den Solarkollektor 2 strömenden Mediums gegenüber der Umgebungstemperatur dient. Auf der Rückseite ist der Solarkollektor 2 vorzugsweise mit einer weiteren Isolationsfläche 6 versehen, die im Ausführungsbeispiel mit dem Rahmen 5 einstückig ausgebildet ist.

Zwischen dieser rückwärtigen Isolationsfläche 6 und der vorderen transparenten Scheibe 4 ist die eigentliche Absorberfläche 3 in Gestalt einer Folie im Solarkollektor vorgesehen, die sich über die gesamte Breite und Höhe der Rahmenfläche des Soiarkollektors 2 erstreckt, wobei am obersten Ende die Breite einer ersten Umlenkstrecke 10 als Strömungskanal 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 die zu erwärmende Luft, dem primären Wärmeträger bilden. Die Anordnung der Absorberfläche 3 geschieht vorzugsweise in einem minimalen Abstand ihrer Wellenberge zur vorderen transparenten Scheibe 4. Hierdurch wird eine Wärmeleitung von der Absorberfläche 3 zur transparenten Scheibe 4 vermieden. Der Abstand zwischen der Innenseite der transparenten Scheibe 4 und der vorderen Seite der rückwärtigen Isolationsfläche 6 wird so bemessen, daß unter Berücksichtigung der dazwischenliegenden Absorberfläche 3 Strömungskanäle gebildet werden, in denen die Konvektion der aufsteigenden erwärmten Luft im Sinne eines leichten Saugeffektes am unteren Ende, dem Einströmniveau 7 der Luft, ausgenutzt werden kann.

Der Solarkollektor 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. Der Solarkollektor erstreckt sich daher ungefähr mit gleicher Höhenabmessung nach oben und unten von der Geschoßdecke 23 an der Außenfassade 24 (Fig.!). Ähnlich wie bei Heizkörpern ist die Innenwand in einem entsprechenden zu erwärmenden Raum zur Außenfassade 24 zurückgesetzt, d. h. mit einer Ausnehmung versehen. In einer derartigen Ausnehmung, die etwa dem oberen Bereich der Solarwand 1 gegenüberliegt, ist ein etwa Rechteckform aufweisender und allseitig isolierter Wärmetauscher 15 mit integriertem Speicher eingebaut bzw. eingesetzt. Das eigentliche Energie und Wärme speichernde Material des Speichers besteht beispielsweise aus gebranntem Ton. Der Wärmetauscher 15 hat im Horizontalschnitt etwa die Konfiguration eines I (Fig. 2), wobei die zur Außenfassade 24 liegende Aussparung ein Kanallabyrinth 12 für den primären Wärmeträger bildet, während die zur Innenraumseite gelegene Aussparung einen oder eine Vielzahl von Strömungskanälen 20 für die Raumluft 17 bildet.

Im Ausführungsbeispiel nach den F : g. 1 und 2 ist der Wärmetauscher 15 so in die Innenwand der Gebäudewand Il eingesetzt, daß seine vertikale Mittelachse eiwa mit der Innenwand fluchtet. Im Schnitt (F i g. I) weist der Wärmetauscher 15 am oberen Ende ein kurzes Querstück auf. Insgesamt ist der mit einer Isolation 19 ummantelte Wärmetauscher 15 so in die Gehäusewand 11 von innen eingesetzt, daß eine erste Umlenkstrecke 10, die in Fluidverbindung mit dem Übertrittsniveau 8 des Solarkollektors 2 steht, und ein unterer Querkanal, der die Ausströmstrecke 13 bildet, mit dem Kanallabyrinth 12 in Fluidverbindung stehen.
Bei auf dem Solarkollektor 2 auftreffender Sonnenstrahlung 5 wird insbesondere die Wärmestrahlung in der beschichteten Absorberfläche 3 absorbiert, die sich dadurch erwärmt. Da am unteren Ende des Solarkollektors 2 ein offenes Einströmniveau 7 zum Lufteintritt vorhanden ist, erwärmt sich die in den vertikalen Strö-

jo mungskanälen der Absorberfläcne 3 vorhandene Luft L, so daß sie aufgrund des Dichteunterschiedes nach oben zum Übertrittsniveau 8 des Solarkollektors aufsteigt. Durch die erwärmte aufsteigende Luft L wird gleichzeitig im Lufteintritt kältere Luft durch eine Art Saugwirkung nachgezogen. Bei vollständig geöffneter, in der ersten Umlenkstecke 10 vorhandener Regelklappe 9 strömt die maximal erwärmte Luft durch die ümienkstrecke 10 zum Wärmetausche; 15. Durch die Abgabe von Wärme an den Wärmetauscher 15 kühlt die Luft L langsam ab und sinkt dabei im Wärmetauscher 15 nach unten, wobei die abgekühlte Luft L durch strömungsgünstige Führung und einen unteren Querkanal über eine Ausströmstrecke 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.

Die Abkühlung der im Wärmetauscher 15 nach unten fallenden Luft L hängt einerseits von der Temp..-atur des Wärmetauschers 15 selbst, von seiner Wärmeaufnahmekapazität und von der zu: Verfugung stehenden Übertragungsfläche ab. Um bei unterschiedlicher Sonneneinstrahlung die Wärmetauüchertemperatur trotzdem mindestens primärseitig auf einem hohen Temperaturniveau gieichhalten zu könnein, ist in der ersten Umlenkstrecke 10 die den öffnimgsquerschnitt im Kanal verändernde Regelklappe 9 vorgesehen. Bei geringerer Sonneneinstrahlung 5 wird daher die Regelklappe 9 so eingestellt, daß die offene Querschnittsfläche des Querkanals verkleinert wird. Hierdurch wird die durch den Solarkollektor 2 und das Kanallabyrinth 12 strömende Luftmenge reduziert. Dies gewährleistet, daß die geringere Luftmenge am Übertrittsniveau 8 des Solarkollektors 2 in etwa die maximi.le Temperatur der Absorberfläche 3 erreicht. Mit dieser Temperatur wird dann der Wärmetauscher 15 mit seinem Speicher im oberen Bereich beaufschlagt, so daß durch diese Regu-

liming zwar die Luftmenge und die auf den Wärmetauschor 15 übertragene Wärmemenge gesteuert wird, die maximal mögliche Temperatur jedoch etwa gleich bleibt.

Im Beispiel nach Fig. I und 2 wird im Wärmetauscher 15 auch sekundärseitig Luft als Wärmeübertragungsfluid verwendet. Durch du: Anordnung des Wärmeta,,*;hers 15 etwas über dem Bodenniveau des Inncnrau.nes und in diesem vorgesehene untere und obere öffnungen, die mit den Stromungskanälen 20 der Wärmetiiuscherfläche 16 in Veibindung s:ehen, ist es auch sekundärseitig möglich, diirch die Eigenkonvektion der an der Wärmetauscherfläche 16 erwärmten Lufi. den Innenraum auf der gewünschten Temperatur /ii halten.

Sekundärseitig können dabei am Wärmetauscher 15 Schiebeplatten, insbesondere oben am Austritt 18, vorgesehen sein, die die Strömungskanäle 20 vollständig iltiüi ι Oiji.li 11 ti ι ul/jli iiiluv.ii rvLMin». n, j*_/ uuu t«iii /-λ uj·ti 111 erwärmter Luft unterbunden wird. Selbstverständlich sind auch hier automatische und von der Innentemperatur abhängige Steuerungen dieser Mechanismen denkbar.

Die als Querkanal ausgebildete erste Umlenkstrecke 10 ist im Beispiel nach F i g. 1 und 2 etwa in der Mitte der Breite des Solarkollcktors 2 bzw. des Wärmetauschers 15 vorgesehen und hat im Vergleich zu den Breitenabmessungen des Wärmetauschers 15 nur eine relativ geringe Breite. Die strömungsmäßige Führung im oberen Teil des Solarkollektors 2 ist daher auf den Querschnitt diese.. Querkanals abzustimmen. Gleiches gilt auch für den Übergang des Querkanals in den Wärmetauscher 15. Der Luftaustritt aus der Ausströmstrecke 13 der im Wärmetauscher 15 abgekühlten Luft verläuft seitlich von der Fläche des Solarkollektors 2. um die Kollektorfunktion nicht zu beeinträchtigen. Obwohl nach Fig. 2 eier Soliirkollektnr 2 eine etwas geringere Breite als der Wärmetauscher 15 aufweist, wird die Breite des Solarkollektors 2 in der Praxis weitgehend allein durch die auf der Außenfassade 24 zur Verfügung stehende freie Fläche begrenzt. Maßgebend beim Solarkollektor ist jedoch, daß eine ausreichende Höhe vom Lufteintritt am Einströmniveau 7 bis zum Übertrittsniveau 8 vorhanden ist. um eine ausreichende Wärmeübertragung auf den primären Wärmeträger, die Luft L, und die dadurch verursachte Konvektion zum Ansaugen nachfolgender kälterer Luft zu schaffen.

In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel für einen Wärmetauscher 15 mit Speicher gezeigt. Schematisch ist an der Außenseite der Gebäudewand 11 der Solarkollektor 2 angedeutet. Der Wärmetauscher 15 ist in diesem Beispiel vollständig in die Gebäudewand 11 von deren Außenseite bis zu deren Innenseite eingebaut. Fluchtend

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zunächst eine stärkere, plattenartige Wand-Speicherisolation 27 auf. Wie besser in Fig.4 im Horizontalschnitt erkennbar, schließt sich erst daran der eigentliche Wärmetauscher 15 mit Speicherblock an. Zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche weist der Wärmetauscher 15 U-förmige Primärluftkanäle 30 auf. Im oberen linken Bereich des Wärmetauschers 15 ist zur Außenfassade orientiert ein durch sämtliche Speicherrippen 29 gehender Querkanal 28 ausgebildet Dieser Querkanal 28 steht mit der ersten Umlenkstrecke 10, durch den die maximal erwärmte Luft L vom Solarkollektor 2 zum Wärmetauscher 15 strömt, in Verbindung. In ähnlicher Weise ist auch arn ur teren Ende des in die Gehäusewand 11 eingebauten Wärmetauscher 15 ein im Querschnitt etwa rechteckförmiger Querkanal vorgesehen, der in Verbindung mit dem Luftaustritt der Aussirömstrecke 13 steht.

Zwischen der Wärmetauscherfläche 16, die etwa mit ^r> der Innenwand 25 fluchtet, und einem Primärltiftkanal 30 bleibt eine ausreichende Materialstärke des Wärmetauschers 15 vorhanden, um Wärme von der einströmenden Luft L aufnehmen zu können. Durch die Rippen- und Kanalbildung in dem beispielsweise in einem Block herstellbaren Wärmetauscher 15 wird die Wärmeübertragungsfläche von der erwärmten Luft L an den Wärmetauscher 15 um ein Vielfaches vergrößert, so daß ein günstigerer Wärmeentzug gegenüber der aus dem Solarkollektor 2 kommenden erwärmten Luft L geschaffen wird.

Auf der Sekundärseite bzw. Innenraumseite ist der Wärmetauscher 15 mit einer Verkleidung 21 versehen. Zwischen der Verkleidung 21 und der Wärmetauscher-

offen gehalten, während er an der oberen Seite mit zwei gegeneinander verschiebbaren Schiebeplatten 26 ausgestattet ist (F i g. 3). 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 18 in den zu erwärmenden Raum aus. Die Verkleidung 21 besteht vorzugsweise aus einem isolierenden Material.

In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Anordnung eines Wärmetauschers 15 dargestellt, bei welcher im Gegensatz zu den vorausgehend beschriebenen Beispielen der Wärmetauscher 15 nun vollständig an der Innenwand 25 der Gebäudewand 11 vorgesehen ist. Entsprechend dieser Anordnung reicht sowohl der obere Querkanal als auch der entsprechende untere Querkanal durch die gesamte Stärke der Gebäudewand 11. Der mit einer kastenartigen Verkleidung versehene Wärmetauscher 15 ist gegen die Innenwand 25 mit einer Isolationsplatte 36 ausgestattet. Die Wandstärke des Wärmetauschers 15 weist im Horizontalschnitt (F i g. 6) in etwa eine zick-zack-Fcrm auf. Diese Form läßt sich auch näherungsweise mit einer länglichen Trapezform beschreiben, wobei die Trapeze umgekehrt zueinander angeordnet sind.

Die Luftkanäle 30 und 31 der Primär- und Sekundärseite greifen in dieser Ausführung des Wärmetauschers 15 fingerartig ineinander, wobei sie jeweils durch die Wandstärke des Wärmetauschers voneinander getrennt sind. In Blickrichtung auf die Zeichenfläche der F i g. 6 strömt im Beispiel die vom Solarkollektor 2 erwärmte

so Luft von oben in die Zeichenebene hinein, während die Luft des Innenraumes aus der Zeichenebene in den Kanälen 31 sozusagen herausströmt. In diesem Beispiel sind die Wärmetauschflächen primärseitig 32 wie sekundärseitig 33 etwa gleich groß.

Der Wärmetauscher 15 nach F i g. 6 kann sowohl in Blockform als auch durch Zusammenbau der einzelnen Platten hergestellt werden. Ein weiteres Beispiel eines mit Platten hersteilbaren Wärmetauschers 15 zeigt die F i g. 7. Sowohl in der Wandisolationsplatte 36 als auch in der Verkleidung 21 dieses Wärmetauschers 15 sind Nutführungen vorgesehen, in denen die rechteckförmigen einzelnen Tauscher- und Speicherplatten 35 etwa in vertikaler Richtung eingesetzt werden können. Die sich dadurch ergebenden Strömungskanäle der Luft 30 und 31 haben im Beispiel nach F i g. 7 die Form eines länglichen Rechteckes.

Fig.8 zeigt einen Horizontalschnitt im Bereich der Ausströmstrecke 13 für die Luft. An der Außenfassade

ist wiederum der Solarkollektor 2 angedeutet, an dessen seitlichen Wandbereich, in F i g. 8 der obere Bereich, der Luftaustritt für die im Wärmetauscher abgekühlte Luft vorgesehen ist. Um bei Stillstand des Solarwand-Systems ein Abkühlen des Wärmetauschers von außen zu 5 vermeiden, sind im quer zur Außenfassade verlaufenden Bereich des Au irittskanals 14 Querrippen 37 fingerartig ineinandergreifend vorgesehen. Durch diese Querrippen 37 wird die ausströmende Luft mehrmals umgelenkt, so daß der Verlust an Wärmestrahlung und War- io mekonvektion in diesem Bereich nach außen verhindert wird. Auf der Innenraumseite ist in F i g. 8 ein ähnlicher Wärmetauscher wie nach F i g. 6 angeordnet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 15

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60

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur wärmetechnischen Nutzung von Sonnenenergie, bei dem Luft der Außenumgebung als primärer Wärmeträger in einem Solarkollektor unter Energieaufnahme von diesen aufsteigend geführt wird und nach Erreichen der relativ maximalen Energieaufnahme nachfolgend zur direkten oder indirekten Energieabgabe mindestens eines Teils der enthaltenden Energie an einen Wärmetauscher absteigend umgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß die Luft der Außenumgebung durch die Eigenkonvektion der im Solarkollektor aufsteigenden wärmeaufnehmenden Luft selbsttätig in den Solarkollektor einströmt und

daß die absteigend umgelenkte Luft nach der Fnergieabgabe im Wärmetauscher durch Eigenströmung auf einem Zwischenniveau zwischen einem tiefer gelegenen Einströmungsniveau der Luft in den Solarkollektor und einem am höchsten gelegenen Übertrittsniveau der Luft vom Solarkollektor zum Wärmetauscher in die Außenumgebung ausströmt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1

mit einem mit einer Vertikalkomponente versehenen Solarkollektor zur Energieübertragung auf in dem Solarkollektor aufsteigende Umgebungsluft als primären W?rmeträger,

mit einer ersten vom oberen Ende des Solarkollektors ausgehenden Umienkstr^oke, die in eine Absinkstrecke für die direkte oder indirekte Energieabgabe auf einen Wärmetauscher ■: Vergeht und
mit einer über dem Einströmniveau der Luft in den Solarkollektor liegenden zweiten Umlenkstrecke als Ausströmstrecke für die Luft in die Außenumgebung nach der Energieabgabe,
dadurch gekennzeichnet, daß die durch selbsttätige Eigenströmung der Luft durchlaufbare Ausströmstrecke (13) auf einem Zwischeniveau zwischen dem tiefer gelegenen Einströmniveau (7) der Luft in den Solarkollektor (2) und dem am höchsten gelegenen Übertrittsniveau (8) der Luft vom Solarkollektor (2) zum Wärmetauscher (15) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmstrecke (13) als Querkanal ausgelegt ist, in dem Querrippen (37) zur Umlenkung der ausströmenden Luft vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberfiäche (3) des Solarkollektors (2) ein- oder beidseitig von der aufsteigenden Luft anströmbar angeordnet ist und zur Oberflächenvergrößerung eine wellenförmige oder dreieckartig-gefaltete Querschnittskonfiguration aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der ersten Umlenkstrecke (10) eine Steuereinrichtung für die Luftzirkulation vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung als Regelklappe (9) ausgebildet ist.