DE3751707T2

DE3751707T2 - Ersatzsolardach zum Ersetzen von Gebäudedächern

Info

Publication number: DE3751707T2
Application number: DE3751707T
Authority: DE
Inventors: Galan Jose Martinez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-24
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2007-11-25
Also published as: PT86169A; EP0270910A1; DK613787D0; PT86169B; ES2002921A6; DE3751707D1; DK613787A; EP0270910B1; GR3019586T3

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Sonnendachersatz für ein Gebäudedach, der zusätzlich zu seiner bestimmungsgemäßen Funktion neue und effektive wesentliche Merkmale aufweist, die bedeutende Vorteile gegenüber der derzeitigen einschlägigen Technik bietet, insbesondere dank seiner Doppelfunktion und praktischen Nützlichkeit.
Ausgehend von der Idee der Nutzung von Solarenergleanlagen mit maximalem Vorteil im Rahmen von benutzten bekannten Systemen, die durch ein solches Dach verbessert und ergänzt werden, indem es die Primärfunktion erfüllt und gleichzeitig als Dach der Gebäude dient, in denen es installiert ist, wurde eine gründliche Untersuchung bezüglich der Gestaltung und Fertigung des vorliegenden Dachs durchgeführt. Seine charakteristischen Merkmale und technischen Aspekte werden nachfolgend angegeben und durch die angefügten Zeichnungen veranschaulicht.
Das vorgeschlagene Sonnendach zeigt die folgenden Merkmale von hervorragender konstruktiver und funktioneller Zweckdienlichkeit:
a) Es bildet ein Dach im herkömmlichen Sinne, indem es das normale Gebäudedach ersetzt.
b) Es bildet eine Wärmeisolation für das Gebäude, wobei Wärmeverluste im Winter reduziert und der Durchtritt von Sonnenstrahlung durch das Sonnendach im Sommer verhindert wird.
c) Wenn Flüssigkeit durch das Sonnendach zirkuliert, heizt sie sich auf, wenn es sonnig ist und kühlt sich ab , wenn das Gegenteil der Fall ist.
d) Bei angemessener Erdung dient es als Abschirmung gegen atmosphärische elektrische Entladungen.
Der hier beschriebene Sonnendachersatz umfaßt eine Serie von Hohlräumen in genügender Quantität und von geeigneter Konstruktion für Zweck und Ausmaß der von der Solarenergle ausnutzenden Anlage gewünschten Leistung.
Aus der FR-A-2 303 251 ist es bekannt, ein Sonnendach mit einer Serie von rinnenartigen Hohlräumen zu bauen, die vorzugsweise parallel zueinander verlaufen. Die Rinnen sind mit seitlichen, Sonnenstrahlen reflektierenden Oberflächen versehen sowie mit absorbierenden Elementen, die das zu erwärmende Strömungsmedium führen.
Der Hauptnachteil des bekannten Sonnendachs besteht darin, daß keine Flexibilität hinsichtlich der periodisch von den vier Jahrszeiten abhängenden benötigten Wärmemenge besteht: Die mit diesem bekannten Sonnendach erzielte Wärmemenge ist antizyklisch zum Bedarf an erzeugter Wärme, weil sie im Sommer höher als im Winter ist.
Ausgehend von dem vorstehend skizzierten bekannten Sonnendach ist das Ziel der Erfindung eine solche Verbesserung des bekannten Sonnendachs, daß seine Konstruktion dem Unterschied zwischen der Sonnenstrahlungsintensität und der benötigten Wärmemenge im Verlauf der Jahreszeiten angepaßt ist.
Diese Verbesserung besteht in einer baulichen Gestaltung und Orientierung der reflektierenden Oberflächen mit einem solchen Bezug zu den absorbierenden Elementen, daß die Sonnenstrahlen in der Zeit, in der Wärmeenergie benötigt wird, allgemein im Winter, auf die absorbierenden Elemente in höherer Dichte auftreffen als im Sommer.
Die Erfindung beinhaltet mithin einen Sonnendachersatz anstelle eines Hausdachs mit Ausbildung von Hohlräumen, die mit reflektierenden Oberflächen und mit absorbierende Oberflächen aufweisenden Elementen mit Kanälen zur Führung einer Wärmeträgerflüssigkeit ausgebildet sind, der gekennzeichnet ist durch die Merkmale:
- das Sonnendach besteht aus mindestens einer Serie paralleler Hohlräume;
- jeder Hohlraum einer Serie weist den gleichen Querschnitt auf;
- die absorbierenden Oberflächenelemente der Hohlräume sind in einem Winkel relativ zur Lotrechten einer die unteren Kanten der absorbierenden Oberflächenelemente verbindenden Ebene geneigt angeordnet;
- jeder Hohlraum weist eine erste reflektierende Fläche auf, welche an die untere Kante des absorbierenden überflächenelementes anschließt, sowie eine zweite reflektierende Fläche, welche an dessen obere Kante anschließt, wobei die reflektierenden Flächen so angeordnet sind, daß sie ein wenig voneinander divergieren;
- eine Serie von Hohlräumen wird durch Anschluß der ersten reflektierenden Fläche eines Hohlraumes an einen angrenzenden Hohlraum entlang der zwischen dem absorbierenden Oberflächenelement und der zweiten seitlichen reflektierenden Fläche des angrenzenden Hohlraumes gebildeten Kante gebildet, derart, daß Sonnenstrahlen im Winter die absorbierende Fläche des Elementes treffen, wogegen Sonnenstrahlen im Sommer durch die zweite reflektierende Fläche daran gehindert sind.
Gemäß der Erfindung ist ein Überströmrohr am oberen Ende des Hohlraums angeordnet, um eine Heizung bzw. Kühlung der Strömungsmedien zu erreichen.
Des weiteren umfaßt die Erfindung ein lüfterbetriebenes System zum Absaugen von heißer Luft aus den Hohlräumen sowie Sonnendächer mit einigen zusätzlichen, für Sonnenstrahlen transparenten Oberflächen oder mit Ausbildung einzelner beweglicher Flächen oder auch Sonnendächer, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sich die ein Dach bildenden Hohlräume voneinander unterscheiden.
Jeder Hohlraum ist mit verschiedenen reflektierenden Oberflächen aus einem Sonnenstrahlen gut reflektierenden Material ausgestattet und mit einer oder mehreren absorbierenden Oberfläche(n), in der bzw. denen die Sonneneinstrahlung in Wärmeenergie umgewandelt wird. Der Vorteil dieser absorbierenden Flächen, die im Aufbau solchen aus flachen Glasscheiben ähnlich sind, besteht darin, daß sie im Gegensatz zu letzteren niemals hohe Temperaturen erreichen und somit den Einsatz von weniger anspruchsvollem Material, wie von bestimmten Kunststofftype, gestatten.
Die bauliche Gestaltung und Orientierung der reflektierenden Oberflächen ist derart, daß sie in Jahreszeiten mit höchstem Energiebedarf eine höhere Sonnenstrahlendichte zu den absorbierenden Flächen lenken, während im Sommer, zu Zeiten geringsten Energiebedarfs, verhindert wird, daß Sonnenstrahlen auf diese absorbierenden Flächen auftreffen.
Gleichzeitig dienen die reflektierenden Flächen selbst als Speicherareal für die durch die absorbierenden Flächen bei ihrer Aufheizung gebildete heiße Luft, mit dem Zweck einer Minimierung von Energieverlusten durch natürliche Konvektion.
Das absorbierende Element ist an einer Stelle lokalisiert, wo der Raumwinkel, unter dem der "Kältefokus" (d.h., der Himmel) gesehen wird, minimal ist, so daß Energieverluste durch Abstrahlung erheblich vermindert sind.
Gleichermaßen ist die rückwärtige Fläche dieses absorbierenden Elements wärmeisoliert, um Verluste während der Überführungsphase zu vermindern.Nichtsdestoweniger werden die Verluste, die sich ergeben können, vom Gebäude aufgenommen, an dem das Sonnendach angebracht ist.
Die Wärmeenergie wird im absorbierenden Element mit Hilfe eines Wärmeträgerfluids bzw. einer solchen Flüssigkeit gesammelt und mittels einer Pumpe zu den Verbraucherpunkten befördert oder in einem Reservoir oder Akku gespeichert.
Figur 1 zeigt einen speziellen Aufbau eines Solardachs auf einem imaginären Gebäude in der Perspektive.
Figur 2 zeigt das Sonnendach in Vergrößerung mit den absorbierenden Elementen 1, durch welche die zu erwärmende Flüssigkeit zirkuliert, den reflektierenden Oberflächen 2 und 5, der Seite 3, die bei dieser Anordnung aus einer wie Kunststoff oder Glas sonnenstrahlendurchlässigen Wand gebildet sein soll und den abgeschlossenen Hohlräumen 4, die von den reflektierenden Platten zusammen mit der Verstärkung des abschließenden Bodens gebildet werden; diese Hohlräume verhindern einen Abfluß von Wärme aus dem abschließenden Boden in die Atmosphäre. Diese Hohlräume erfüllen mithin die gleiche Funktion wie ein klassisches Dach; letzteres ist jedoch durchlässig und in Kontakt mit der Atmosphäre, um zu verhindern, daß im Sommer hohe Temperaturen erreicht werden, wenn auch im Winter höhere Verluste zu verzeichnen sind. Genau das Gegenteil tritt bei den erfindungsgemäßen Hohlräumen auf; diese Hohlräume sind völlig abgeschlossen und die äußeren reflektierenden Platten 5 wirken im Sommer als Abschattung und verhindern eine übermäßige Aufheizung der Luft im Hohlraum 4, was wiederum einen zu hohen Wärmeübergang zum Gebäude unterbindet. Der Winkel kann irgendeine Größe oder Amplitude aufweisen.
Figur 3 zeigt eine Darstellung im Schnitt längs A-A durch die Anordnung gemäß Figur 2 mit Abbildung des Sonnenstrahlengangs im Winter (7), Frühling (8) und Sommer (9).
Figur 4 zeigt ein Fließbild für eine typische Anlage zur Heizung im Winter und Kühlung im Sommer, bei welcher der Heizbetrieb wie folgt stattfindet: Die Pumpe 10 schickt Wärmeträgerflüssigkeit vom Reservoir 11 zum absorbierenden Element 1, wo die Flüssigkeit durch Sonneneinstrahlung aufgeheizt wird und dann zum Reservoir zurückkehrt. Unter diesen Bedingungen wird ständig gewährleistet, daß die Temperatur des Absorbers höher ist als die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit am Ausgang des Reservoirs 11.
Die Kühlphase verläuft wie folgt: Die Pumpe 14 treibt Wärmeträgerflüssigkeit vom Tank 12 zum Reservoir 11 und zum Überströmrohr am oberen Ende der reflektierenden Flächen 5. Die Flüssigkeit fließt längs dieser Fläche und von 2 abwärts und gelangt über ein Fallrohr in den Tank 12. Dieser Prozeß findet immer dann statt, wenn die Temperatur der Fläche 5 niedriger ist als die des Reservoirs 11. Aus Gründen besserer Klarheit der Zeichnungen wurden Hilfselemente, welche die Anlage ergänzen, nicht mit dargestellt.
Die Verdampfung von Wasser, die an den reflektierenden Flächen 2 und 5 stattfinden kann, kann an der Unterseite der Platte 17 zu Kondensat führen, das logischerweise zu ihrer Unterkante abwärtsrinnt, wo ein geeigneter (nicht gezeigter) Tank installiert ist. Auf diese Weise wird destilliertes Wasser für bestimmte Spezialzwecke erzielt, was den großen Nutzungsvorteil der Dach-Gesamtheit demonstriert.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsart, bei der heiße Luft 15 innerhalb des Hohlraums mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Gebläses gesammelt und durch einen Luftkanal 16 zu den Verbrauchszentren geschickt wird.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsart, bei der eine nachgiebige oder Plastik-Scheibe 20 über den reflektierenden Flächen und auch über der absorbierenden Fläche vorgesehen ist. Diese Scheibe dient dazu, eine Verschmutzung des Kühlwassers zu verhindern und während der Sonnenstunden höhere Wassertemperaturen zu erzielen. In der Kälte, den Nachtstunden, kann diese Scheibe mit Hilfe eines Gebläses zur Bildung eines Luftpolsters aufgeblasen werden, welches das Gebäude gegen Kälte isoliert. Die aufgeblasene Scheibe ist in Erhöhung (20') skizziert. Das absorbierende Element ist bei dieser Ausführungsform eine Röhre, deren rückwärtiger Abschnitt von den reflektierenden Platten umgeben ist.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsart, bei der das absorbierende Element 1 in einem niedrigeren Abschnitt untergebracht ist.Bei Aufheizung durch Sonneneinstrahlung gibt es Energie an diesen Abschnitt unter Ausbildung eines "Abstrahldachs" ab.
Figur 8 zeigt eine Ausführungsart, bei der das absorbierende Element 1 im gleichen niedrigeren Abschnitt lokalisiert ist. Das vom Überströmrohr 13 herkommende Wasser zirkuliert durch dieses Element, wird in diesem Abschnitt gesammelt und zu einem (nicht gezeigten) Reservoir geschickt.

Claims

1. Sonnendachersatz anstelle eines Hausdaches mit Ausbildung von Hohlräumen (6), die mit reflektierenden Oberflächen (2,5) und mit absorbierende Oberflächen aufweisenden Elementen (1) mit Kanälen zur Führung einer Wärmeträgerflüssigkeit ausgebildet sind, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- das Sonnendach besteht aus mindestens einer Serie paralleler Hohlräume;

- jeder Hohlraum einer Serie weist den gleichen Querschnitt auf;

- die absorbierenden Oberflächenelemente (1) der Hohlräume (6) sind in einem Winkel relativ zur Lotrechten einer die unteren Kanten der absorbierenden Oberflächenelemente (1) verbindenden Ebene geneigt angeordnet;

- jeder Hohlraum (6) weist eine erste reflektierende Fläche (2) auf, welche an die untere Kante des absorbierenden Oberflächenelementes (1) anschließt, sowie eine zweite reflektierende Fläche (5), welche andessen obere Kante anschließt, wobei die reflektierenden Flächen so angeordnet sind, daß sie ein wenig voneinander divergieren;

- eine Serie von Hohlräumen (6) wird durch Anschluß einer ersten reflektierenden Fläche (2) eines Hohlraumes (6) an einen angrenzenden Hohlraum (6) entlang der zwischen dem absorbierenden Oberflächenelement (1) und der zweiten seitlichen reflektierenden Fläche (5) des angrenzenden Hohlraumes (6) gebildeten Kante gebildet, derart, daß Sonnenstrahlen (7) imwinter die absorbierende Fläche des Elementes (1) treffen, wogegen Sonnenstrahlen (9) im Sommer durch die reflektierende Fläche 5 daran gehindert sind.

2. Sonnendach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende jeden Hohiraumes (6) ein Überströmrohr (13) angeordnet ist, um eine Heizung und Kühlung der Flüssigkeit zu erreichen.

3. Sonnendach nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein lüfterbetriebenes System zum Absaugen von heißer Luft aus den Hohlräumen.

4. Sonnendach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Flächen (20) für Sonnenbestrahlung transparent sind.

5. Sonnendach nach Anspruch 11 gekennzeichnet durch Ausbildung einzelner beweglicher Flächen (20).

6. Sonnendach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des Daches nicht 0 Grad beträgt.

7. Sonnendach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es selbsttragend ausgebildet ist und keine Träger benötigt.