DE3527679C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 3.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 32 36 726 be­ kannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird das an sich bekannte physikalische Prinzip ausgenutzt, daß wärmere Luft aufgrund ihrer geringeren Dichte gegenüber etwas kälterer Luft aufsteigt. Auf diese Weise entsteht durch die Eigenkonvektion der im Solarkollektor erwärmten Luft eine Sogwirkung, durch welche Luft der Außenumgebung in den Solarkollektor nachströmt.

Dadurch wird erreicht, daß dieser Solarkollektor ohne zusätzliche Hilfsaggregate, wie beispielsweise Gebläse, betreibbar ist und ohne Zufuhr von Hilfsenergie funktions­ fähig bleibt. Bei der zugehörigen bekannten Vorrichtung sind an den Solarkollektor rückwärtig ein oder mehrere Wärmetauscher angeschlossen, durch welche primärseitig die im Solarkollektor erwärmte Außenluft zirkulierend geführt wird. Dazu ist vorgesehen, die im Solarkollektor aufsteigende Wärme aufnehmende Luft über einen Anschluß­ kanal absteigend in den Wärmetauscher umzulenken, aus dem die abgekühlte Luft wieder in den Solarkollektor zurück­ geführt wird. Eingesezt wird diese bekannte Vorrichtung zur Beheizung von Gebäudeinnenräumen. Zu diesem Zweck wird die Solarwand rückseitig voll isoliert an einer Gebäudefassade befestigt und mit zumindest sekundärseitig in die Innenräume ragenden Wärmetauschern verbunden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein solchermaßen mit einem offenen Kreislauf arbeitendes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Wärme­ dämmung von Gebäudewänden, beispielsweise von Gebäude­ fassaden, ermöglichen.

Eine Wärmedämmung von Gebäudewänden ist beispielsweise aus der EP-OS 00 28 800 bekannt, die eine Vorrichtung zur Nutzung der Wärmeenergie der Sonne beschreibt, die einen Solarkollektor aufweist, der vorderseitig und rückseitig durch eine wärmeisolierende Wand getrennte Strömungsräume aufweist, die in übereinanderliegende Kammern unterteilt sind. Dabei wird der rückseitige Strömungsraum von der den Wärmeabnehmer bildenden Gebäudewand begrenzt. Die Luft­ führung geschieht dabei in einem geschlossenen Kreislauf, wobei die Luft auf der sonnenzugewandten Seite aufsteigend erwärmt wird und diese Wärme auf der sonnenabgewandten Seite absinkend an die Wand abgibt, worauf sie wieder zur sonnenzugewandten Seite zurückgeführt wird.

Ein in gleicher Weise wirkendes System ist auch aus der DE-OS 34 05 176 bekannt. In beiden Fällen ist es wegen der geschlossenen Kreisläufe erforderlich, bei jeder Kammer Maßnahmen vorzusehen, die bei Temperaturumkehr, d. h., wenn die Innenwand wärmer ist als die sonnenzugewandte Seite des Solarkollektors, eine Strömungsumkehr verhindert.

Solche Steuereinrichtungen sind nicht nur in den er­ wähnten Druckschriften, sondern insbesondere auch in der DE-OS 30 04 364, die ein Solarheizelement zur direkten Be­ heizung von Innenräumen eines Gebäudes und nicht zur Wärme­ dämmung der Gebäudewand beschreibt, bekannt.

Eine Vorrichtung zur Beheizung der Innenräume von Gebäuden ist auch aus der US 40 69 809 bekannt, wobei der Solar­ kollektor aus einzelnen unter sich gleichen Fertigbauteilen zusammengesetzt ist.

Gelöst wird die Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Ver­ fahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und bei einer entsprechenden Vorrichtung durch das Kennzeichen des Anspruchs 3.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Kern der Erfindung liegt darin, daß die einströmende Luft der Außenumgebung in zwei Teilströme aufgeteilt wird, die über den größten Teil ihrer Länge parallel zueinander und getrennt voneinander gleichsinnig nach oben verlaufen, wobei jeder Teilstrom so umgelenkt wird, daß jeweils ein Teilstrom unter Wärmeenergieaufnahme an der sonnenzuge­ wandten Seite und gleichzeitig der zweite Teilstrom an der sonnenabgewandten Seite unter Wärmeenergieabgabe aufsteigt und dann umgekehrt, so daß jeweils ein Teilstrom aufgewärmt wird, während der zweite die vorher aufgenommene Energie an die Gebäudewand abgibt.

Dabei ist es im Rahmen der Erfindung möglich, auch die Rest­ wärme am Luftauslaß des Solarkollektors wärmetechnisch zu nutzen. In dem Fall,daß der Solarkollektor bis nahe an das Gebäudedach geführt ist, kann die am Solarkollektor ausströmende Luft über eine relativ kurze isolierte Leitung in die passive Wärmeisolierung des Dachbodens oder des Daches selbst eingeleitet werden und die Wirkung dieser passiven Isolierung unterstützen. Alternativ hierzu kann die Restwärme aber auch einem Wärmetauscher in den oberen Gebäudegeschossen zugeführt werden. In einer bevor­ zugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, die Kammerpaare so zu gestalten, daß zwei übereinandergesetzte Kammerpaare zwischen Boden und Decke eines Gebäudeinnenraumes an der Gebäudefassade zu liegen kommen. In diesem Fall kann die rückseitige Kammer des unteren Kammerpaares zur Raumheizung ver­ wendet werden, indem diese Kammer primärseitig an einen Wärmetauscher im Raum angeschlossen ist, während die rückseitige Kammer des darüberliegenden Kammerpaares zur Erwärmung der Gebäudeaußenwand und damit zur besseren Wärmeisolation dieser Wand verwendet wird.

Der Solarkollektor der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zum Zwecke der Gebäudeaußenwandisolation jederzeit auch nachträglich an älteren Gebäuden installiert werden. Der Solarkollektor kann in bekannter Weise aus identischen Fertigbausteinen zusammengesetzt werden, wobei jeder Fer­ tigbaustein ein Kammerpaar mit einer frontseitigen und einer rückseitigen Kammer umfaßt. Die Fertigbausteine sind mit Verbindungsflächen für benachbarte Fertigbau­ steine versehen, die korrespondierende Anschlußöffnungen aufweisen, in die für die Verbindung der frontseitigen Kammer mit der rückseitigen des anschließenden Fertig­ bausteins bzw. der rückseitigen Kammer mit der front­ seitigen des anschließenden Fertigbausteins dienenden Kanäle münden.

Eine gleichmäßige, von der Sonneneinstrahlung weitgehend unabhängige Wärmedämmung läßt sich mit der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung dadurch erreichen, daß im Gegensatz zu den bekannten mit geschlossenem Kreislauf arbeitenden Systemen nur am Luftauslaß des Solarkollektors eine Steu­ ereinrichtung für den Luftdurchsatz vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsge­ mäße Vorrichtung, die zur Wärmedämmung an einer Gebäudefassade angebracht ist, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die sowohl der Wärmeisolation der Gebäudefassade wie auch zur Beheizung von Gebäudeinnenräumen eingesetzt ist.

Der in den Fig. 1 und 2 schematisch im Längsschnitt dar­ gestellte Solarkollektor 10 ist jeweils an der Fassade einer Gebäudewand befestigt und besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier übereinander angeordneten gleich großen Fertigbausteinen 49, 50, 51 und 52. Jeder Fertigbaustein besteht aus einem Rahmen 17 aus Holz-, Alu-, Beton- oder Stahlprofil, in welchen frontseitig eine sonnen­ lichtdurchlässige Scheibe 13, 13′, 13′′, 13′′′ aus Glas oder transparentem Kunststoff eingesetzt ist. Jeder Fertigbau­ stein ist in eine frontseitige Kammer 20, 21, 22, 23 und eine rückseitige Kammer 24, 25, 26, 27 unterteilt. Die Trennwand besteht frontseitig aus einem Absorber 14, 14′, 14′′, 14′′′ und rückseitig aus einer wärmeisolierenden Schicht bzw. Wand 80, 81, 82, 83. Die ober- und unterseitig gelegenen Rahmenteile sind außenseitig als Verbindungsflächen 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 zum Anschluß weiterer Fertigbausteine 49-52 ausgebil­ det. In jede Verbindungsfläche münden zwei Kanäle 61, 62, 63, 64, die jeweils mit einer der Kammern 20-27 eines Fertigbau­ steins 49-52 verbunden sind. Die beiden jeweils in eine Verbindungsfläche 53-60 mündenden Kanäle 61-64 verlaufen V-förmig zueinander und überkreuzen sich ohne gegenseitig in Verbindung miteinander zu treten derart, daß wenn zwei Fertigbausteine 49-52 über ihre jeweiligen Verbindungs­ flächen 53-60 aneinandergekoppelt sind, die frontseitige Kammer des einen Bausteins mit der rückseitigen Kammer des anderen Bausteins und umgekehrt miteinander verbunden sind. Die Anzahl der übereinandergesetzten Fertigbausteine 49-52 ist prinzipiell beliebig und wird lediglich durch die Höhe der Gebäudeaußenwand begrenzt.

Anschließend soll die Funktionsweise des in Fig. 1 darge­ stellten Solarkollektors 10 näher beschrieben werden, der zur Wärmeisolation der Gebäudefassade 70 eingesetzt ist.

Durch die Eigenkonvektion der innerhalb des Solarkollek­ tors 10, das heißt innerhalb der Kammern 20-27 erwärmten Luft, wird am Lufteinlaß 15 des Solarkollektors 10 Luft L der Außenumgebung angesaugt. Die Luft L wird über die Ka­ näle 61, 62 im unteren Rahmenteil des unteren Fertigbau­ steins 49 des Solarkollektors 10 in zwei Teilströme L 1, L 2 aufgeteilt, welche durch die Pfeile symbolisch dargestellt sind. Der Teilstrom L 2 gelangt zunächst in die rückseitige Kammer 24 des Fertigbausteins 49, verläßt diese Kammer am oberen Rahmenteil über den Kanal 63 und gelangt über den Kanal 61 des Fertigbausteins 50 in dessen frontseitige Kammer 21, aus welcher er dann in die rückseitige Kammer 26 des Fertigbausteins 51 umgeleitet wird. In ähnlicher Weise gelangt der Teilstrom L 1 über den Lufteinlaß 15 und den Kanal 61 in die frontseitige Kammer 20 des Fertigbau­ steins 49, verläßt die frontseitige Kammer 20 über den Kanal 64 und strömt in die rückseitige Kammer 25 des zwei­ ten Fertigbausteins 50 usw.

Durch diese Überkreuzführung der Strömungskanäle wird erreicht, daß die an der Frontseite 11 des Solarkollektors 10 erwärmten Teilströme L 1, L 2 auf der Rückseite 12 des Solarkollektors bzw. der Kammern 24-27 die gespeicherte Wärme vollflächig an die Abnehmerflächen 31, 32, 33, 34 der Gebäudefassade 70 abgeben. Die mit Q bezeichneten Pfeile geben symbolisch den Wärmeübergang an die Gebäude­ fassade 70 an.

Der Luftdurchsatz durch den Solarkollektor 10 wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung 40 kontrolliert, die am Luftauslaß 16 des Solarkollektors 10 angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 40 umfaßt einen nicht dargestellten Wärmesensor, der die Temperatur der Außenluft oder alter­ nativ dazu die Temperatur innerhalb des Solarkollektors erfaßt und die Öffnungsstellung einer Regelklappe 41 am Luftauslaß 16 steuert.

Der Solarkollektor 10 in Fig. 1 dient also zur Wärmeiso­ lation der Gebäudefassade 70 und trägt entscheidend dazu bei, daß für die Beheizung der Gebäudeinnenräume erheblich weniger Energie aufgewendet werden muß als bei Verwendung beispielsweise einer herkömmlichen, passiven Gebäudeaußen­ wandisolation.

Der Solarkollektor von Fig. 1 kann jedoch wie in Fig. 2 gezeigt, zusätzlich zur Wärmeisolation der Gebäudefassade 70 auch zur aktiven Beheizung der Gebäudeinnenräume ein­ gesetzt werden. Zu diesem Zweck ist es bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, jeden zweiten Fertigbaustein 50 und 52 an seiner Rückseite an einen Wärmetauscher 35, 36 anzuschließen.

Die Wärmetauscher 35 und 36 sind jeweils in Bodennähe des zu beheizenden Innenraums angeordnet. Primärseitig ist jeder der Wärmetauscher 35, 36 an die rückseitige Kammer 25, 27 eines der Fertigbausteine 50, 52 des Solarkollek­ tors 10 angeschlossen. Die rückseitige Kammer 25, 27 ist mit einer Isolierwand 71, 72 abgeschlossen, um einen Wärmeübergang an die Gebäudefassade 70 zu verhindern. Die Isolierwand 71, 72 weist eine obere und eine untere Öffnung auf, über welche der Wärmetauscher 35, 36 in be­ kannter Weise primärseitig derart angeschlossen ist, daß die im Solarkollektor 10 erwärmte Luft im geschlossenen Kreislauf aus der rückseitigen Kammer über die obere Öff­ nung in den Wärmetauscher 35, 36 eintritt und diesen über die untere Öffnung wieder verläßt. Die primärseitige Luft wird wie mit den Pfeilen q angedeutet, über die Tauscher­ fläche auf die Sekundärseite des Wärmetauschers 35, 36 überführt, durch welche die Luft des jeweiligen Innen­ raums aufsteigend in Zirkulation gehalten ist. Die obere Hälfte der Außenwand jedes mit einem Wärmetauscher 35, 36 versehenen Innenraums wird wie bereits in Fig. 1 be­ schrieben durch einen Fertigbaustein 49, 51 des Solar­ kollektors 10, wie durch die Pfeile Q symbolisch darge­ stellt, aufgewärmt und damit von der Außenumgebung wärme­ mäßig isoliert. Durch diese kombinierte Verwendung des Solarkollektors 10 zur aktiven Beheizung und zur Wärme­ isolierung des Raums nach außen wird die Sonnenenergie wärmetechnisch optimal ausgenutzt.

Claims (9)

1. Verfahren zur wärmetechnischen Nutzung von Sonnen­ energie, bei dem Luft in einen Solarkollektor als Wärmeträger unter Aufnahme von Wärmeenergie auf­ steigend geführt wird und dabei Luft der Außenumgebung durch Eigenkonvektion in den Solarkollektor selbst­ tätig einsaugt, dadurch gekennzeichnet, daß die einströmende Luft L der Außenumgebung in zwei Teilströme L 1, L 2 aufgeteilt wird, die über den größten Teil ihrer Länge parallel zueinander und getrennt voneinander gleichsinnig von unten nach oben verlaufen, daß jeder Teilstrom wiederholt umgelenkt wird, wobei jeweils der erste Teilstrom L 1 unter Wärmeenergieauf­ nahme an der sonnenzugewandten Seite des Solarkollektors und gleichzeitig der zweite Teilstrom L 2 an der sonnen­ abgewandten Seite des Solarkollektors unter Wärme­ energieabgabe aufsteigt und dann nach einer Umlenkung umgekehrt der erste Teilstrom L1 an der sonnenabge­ wandten Seite und gleichzeitig der zweite Teilstrom L 2 an der sonnenzugewandten Seite geführt wird, um nach einer weiteren Umlenkung wieder mit der anfänglichen Anordnung der Teilströme L 1, L 2 aufs neue zu beginnen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung der beiden Teilströme L 1, L 2 von der sonnenzugewandten zur sonnenabgewandten Seite und um­ gekehrt im wesentlichen auf derselben Höhe erfolgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 oder 2 mit einem Solarkollektor, der vorder­ seitig und rückseitig durch eine wärmeisolierende Wand getrennte Strömungsräume aufweist, die in über­ einander angeordnete Kammern unterteilt sind und wobei der rückseitige Strömungsraum von einer Fläche des jeweiligen Wärmeabnehmers begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl jede der frontseitigen Kammern (20, 21, 22, 23) mit jeweils der darüber- und darunterliegenden rück­ seitigen Kammer (24, 25, 26, 27) als auch die hinter der betreffenden frontseitigen Kammer liegende rückseitige Kammer mit der jeweils darüber- und darunterliegenden frontseitigen Kammer verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Solarkollektor (10) aus identischen Fertig­ bausteinen (49, 50, 51, 52) zusammengesetzt ist, wobei jeder Fertigbaustein eine frontseitige Kammer (20, 21, 22, 23) und eine rückseitige Kammer (24, 25, 26, 27) umfaßt, an die sich Verbindungsflächen (53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60) für benachbarte Fertigbausteine (49, 50, 51, 52) anschließen, die jeweils mit in Anschlußöffnungen mündenden Kanälen (61, 62, 63, 64) für die Verbindung der frontseitigen Kammer mit der rückseitigen des anschließenden Fertigbausteins und der rückseitigen Kammer mit der frontseitigen des anschließenden Fertigbausteins versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußöffnungen den Lufteinlaß (15) und/oder den Luftauslaß (16) des Solarkollektors (10) bilden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftauslaß (16) des Solarkollektors (10) an einen weiteren Wärmeabnehmer, wie an einen Wärme­ tauscher angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der rückseitigen Kammern (25, 27) an einen im geschlossenen Kreislauf mit diesen rückseitigen Kammern (25, 27) verbundenen Wärmetauscher (35, 36) an­ geschlossen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch eine Steuer­ einrichtung (40) für den Luftdurchsatz am Luftauslaß (16) des Solarkollektors (10).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) eine von der Temperatur der Luft L der Außenumgebung oder der Teilströme L 1, L 2 im Solarkollektor (10) gesteuerte Regelklappe (41) umfaßt.