DE3933734A1 - Vorrichtung zur gewinnung von waerme aus sonnenenergie an gebaeuden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme aus Sonnenenergie an Gebäuden.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Mittels Wärme aus Sonnenenergie wird in der Regel vor allem Warmwasser für vielfältigen Gebrauch bereitgestellt oder einer Wärmepumpe zugeführt. In sogenannten Sonnenkollektoren wird das Medium, das erwärmt werden soll, z. B. Wasser, durch Rohre gepumpt, die der Sonneneinstrahlung ausgesetzt werden. Das so erwärmte Medium, das auch das zum Verbrauch bestimmte Wasser selbst sein kann wird dann in das Gebäudeinnere geführt, wo es entweder unmittelbar verbraucht wird, oder einem Wärmetauscher zur Erwärmung von Wasser zugeführt wird.

Obwohl solche Sonnenkollektoren aufgrund des technischen Fortschritts einen wachsenden Nutzungsgrad aufweisen, haben sie dennoch erhebliche Nachteile. Sie sind verhältnismäßig teuer, d. h. sie sind in der Regel weit weniger wirtschaftlich als herkömmliche Verfahren zur Bereitung von Warmwasser. Sie können nur einen Teil der im Grunde verfügbaren Dachfläche ausnutzen und sie sind vom architektonischen und ästhetischen Standpunkt problematisch, besonders wenn sie in historisch gewachsenen Ensembles, wie zum Beispiel alten Stadtkernen eingesetzt werden sollen. Vielfach sind sie mit dem Denkmalschutz unvereinbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme aus Sonnenenergie zu schaffen, die preiswert ist, die die vorhandene potentielle Nutzungsfläche optimal ausnutzt und die keine architektonischen oder ästhetischen Schwierigkeiten aufwirft.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen umfaßt.

Erfahrungsgemäß nehmen Wände oder Dächer, die der Sonne ausgesetzt sind, Wärme auf. Dadurch können die dahinter- oder darunterliegenden Räume, z. B. Mansardenwohnungen, erheblich, oft störend, aufgeheizt werden. Die vorliegende Erfindung macht sich diesen Umstand zunutze, indem sie die hier sich anstauende Wärme mit einfachen Mitteln sammelt und in das Gebäudeinnere, beispielsweise zur Bereitung von Warmwasser, führt. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß zwischen äußeren Flächen von Gebäuden, die der Sonnenstrahlung ausgesetzt sind, d.h. von Dachflächen oder Wandflächen, und darunterliegenden inneren Flächen von Gebäuden, etwa einer Isolierung oder einer Mauerfläche, Luftkanäle vorgesehen sind, die Öffnungen nach außen, zur Umgebungsluft und nach innen, in das Gebäude aufweisen. Die inneren Öffnungen gehen in ein Sammelrohr und dann in ein Leitungsrohr z. B. zu einer Vorrichtung zur Bereitung von Warmwasser, sie können auch direkt in das Leitungsrohr gehen. Eine Ventilationsvorrichtung, z. B. ein Flügelventilator oder eine Pumpe, sind derart angebracht, daß die Luft, die sich in den Luftkanälen unter der Dach- oder Wandfläche erwärmt hat, in das Sammelrohr und/oder Leitungsrohr geblasen oder gesaugt wird. Auf diese Weise wird erwärmte Luft der Vorrichtung zur Bereitung von Warmwasser, etwa einem Wärmetauscher und einem Boiler oder einer Wärmepumpe zugeführt. Die vorliegende Erfindung dient dabei einesteils der Kühlung des Gebäudes, indem unter dem Dach oder unter Wänden Stauwärme entzogen wird, anderenteils bietet sie eine preiswerte, einfache und effektive Möglichkeit einer Nutzung dieser Wärme und macht keine Bauteile erforderlich, die äußerlich am Gebäude angebracht werden müßten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Haus mit Satteldach mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme aus Sonnenenergie;

Fig. 2 die Details A und B aus Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ein Haus mit Flachdach mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 die Details A und B aus Fig. 3;

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C bei Fig. 3;

Fig. 6 eine Abdichtung bei Dachsteinen oder Ziegeln;

Fig. 7 einen Querschnitt der Darstellung nach Fig. 6.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Gebäude mit Satteldach 19, das in üblicher Weise so angeordnet ist, daß eine Dachseite nach Süden oder Südwesten und die andere Dachseite nach Norden oder Nordosten gerichtet ist. Die Sonneneinstrahlung trifft hier auf die äußere Fläche 1 des Gebäudes 19. In der hier gezeigten Ausführung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme aus Sonnenenergie in der südwestlichen Dachseite angebracht, da die Einstrahlung der Sonne 20 hier am günstigsten ist. Es ist aber auch denkbar, die Wand mit einzubeziehen, oder aber auch, bei anderen Gebäudeformen, ausschließlich die Wand zu nutzen.

Unter der Dachfläche 8, die aus Dachsteinen oder Ziegeln, aber auch aus einer witterungsbeständigen Schicht wie Dachpappe o. ä. bestehen kann, befindet sich mindestens ein Luftkanal 3 mit Öffnungen 4 und 5 nach außen und innen. Die inneren Öffnungen 5 gehen in ein im Dachstuhl angeordnetes Sammelrohr 13. Das Sammelrohr 13 ist mit einer Vorrichtung zur Bereitung von Warmwasser verbunden, hier einem Wärmetauscher Luft-Wasser 16 und einem daran angeschlossenen Boiler 17. Am Leitungsrohr 28 ist eine Ventilationsvorrichtung 12 angeordnet, die eine Saugwirkung in Richtung auf Sammelrohr 13 und Luftkanäle 3 ausübt, so daß die in den Luftkanälen 3 befindliche erwärmte Luft abgesogen und in den Wärmetauscher 16 geblasen wird. Durch die äußere Öffnung 4 wird frische Luft in die Luftkanäle 3 nachgeführt. Die Vorrichtung zur Bereitung von Warmwasser befindet sich in der hier gezeigten Ausführung im Keller des Gebäudes. Es ist jedoch, um eine möglichst hohe Wärmenutzung zu erreichen, d. h. einen Wärmeverlust über lange Rohrsysteme zu vermeiden, vorteilhaft, dort, wo dies baulich möglich ist, eine solche Vorrichtung nah an der inneren Öffnung 5 der Luftkanäle 3 anzuordnen.

Aus dem Wärmetauscher 16 wird die Luft durch eine Abluftöffnung 29 nach außen geführt. Die nördliche oder nordöstliche Dachseite des Gebäudes 19 ist, wie üblich, mit einem Lüftungsschacht 31 unter den Dachsteinen, Dachziegeln o.ä. ausgestattet. Hier tritt die erwärmte Luft durch eine Öffnung oben im Dach nach außen, während durch eine zweite Öffnung an der unteren Dachkante Außenluft nachgeführt wird. Dadurch wird lediglich eine gewisse ungeregelte Kühlung des Daches erreicht, die Wärmeenergie geht verloren. Es handelt sich hierbei um die bewährte Dach- Standard-Ausführung.

Fig. 2 zeigt genauer den Aufbau eines Dachs mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die südliche oder südwestliche Dachfläche 8 besteht aus Dachsteinen, bzw. Dachziegeln 21, die in auf Dachsparren 33 genagelte Dachlatten 34 eingehängt sind. Zwischen den Dachsparren 33 liegt die Dachisolierung 18. Zwischen der Oberkante der Dachisolierung 18, bzw. einer heute in der Regel verwendeten Unterdachfolie 6 und der Unterkante der Dachhaut, hier der Dachziegel 21, wobei die Erfindung bei allen bekannten Ausführungen Anwendung finden kann bilden sich die Luftkanäle 3 mit Öffnungen 4 nach außen und Öffnungen 5 nach innen. Die Öffnungen 5 nach innen gehen über eine Kammer 35 in das Sammelrohr 13. Die Kammer 35 wird vom übrigen Dachstuhl durch eine Trennwand 32 abgetrennt, die in der gezeigten Ausführung durch Verlängerung und Hochziehen der inneren Folie 6 gebildet wird. Zur besseren Wärmeausbeutung ist es vorteilhaft die Kammer 35 möglichst klein zu halten, bzw. die Luftkanäle 3 unmittelbar an das Sammelrohr 13 oder ggf. ein Sammelrohrsystem anzuschließen. In der Kammer 35, bzw. am Übergang der Luftkanäle 3 in das Sammelrohr 13 ist ein Temperaturfühler 10 angebracht, der mit einem Regler 11 verbunden ist. Der Temperaturfühler 10 mißt die Temperatur der erwärmten Luft und der Regler 11 stellt die Ventilationsvorrichtung 12 so ein, daß eine optimale Wärmeausbeute erzielt wird, d. h. Wärme entsprechend der jeweiligen aktuellen Sonneneinstrahlung abgezogen wird.

Auf der nördlichen oder nordöstlichen Dachseite ist der übliche Lüftungskanal 31 mit der oberen Lüftungsöffnung 30, einem Lüftungsstein 36 zu sehen. Auch auf dieser Seite ist die Dachisolierung 18 und die diese abdeckende Folie 6 vorgesehen. Die Trennwand 32, hier aus der Folie 6, gegen die nordöstliche Dachseite ist erforderlich, da dort die Temperaturen durch die geringere Sonneneinstrahlung niedriger ist und eine Verbindung die Wärmeausbeute stark herabsetzen würde.

Falls eine Folie 6 verwendet wird, sollte zwischen der Folie 6 und der Oberfläche der Dachisolierung 18 ein Lüftungskanal 7 angeordnet werden, um störende Feuchtigkeit zu entziehen.

Es ist vorteilhaft, auf der südlichen oder südwestlichen Seite transparente Dachsteine, bzw. Dachziegel 15 einzusetzen, wobei die Folie 6 dann dunkel, vorzugsweise schwarz sein sollte, da durch diese Maßnahme die Wärmeausbeute durch geringere Abstrahlung erhöht werden kann. Um eine bessere Abdichtung nach außen zu erzielen, ist es vorteilhaft, die Dachsteine, bzw. Dachziegel abzudichten.

Bei Gebäuden, die mehrere äußere, nutzbare Flächen aufweisen, ist es vorteilhaft, ggf. mehrere abgeteilte Kanäle 3, bzw. Systeme von Kanälen 3 vorzusehen, wobei jeweils separate Temperaturfühler angeordnet sind und der Zustrom warmer Luft in das Gebäude je nach Aufheizung der einzelnen Flächen gesteuert wird.

Eine Ausführung der Erfindung für Gebäude 27 mit Flachdach ist in den Fig. 3 bis 5 gezeigt. Die äußere Fläche 1, bzw. hier Dachfläche 8, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, Wände zu nutzen, besteht aus einer auf Bodenplatten 38 aufgelegten witterungsbeständigen Schicht 22, z. B. einer Dachhaut 37. Die Bodenplatten 38 sind in den Wänden 40 verankert oder liegen auf Stützen 39 auf. Unter der Dachfläche 8 erstreckt sich eine Dachisolierung 18. Zwischen der Dachfläche 8 und der Dachisolierung 18 ist ein Zwischenraum angeordnet, der den oder die Luftkanäle 3 bildet. Diese weisen Öffnungen 4 nach außen und Öffnungen 5 nach innen auf, wobei die inneren Öffnungen 5 über eine Kammer 35, die durch eine Aussparung in der Dachisolierung gebildet wird, in ein Sammelrohr 13 gehen. Das Sammelrohr 13 ist mit einem Leitungsrohr 28 verbunden, das wiederum mit einer Vorrichtung zur Bereitung von Warmwasser, hier einem Luft-Wasser Wärmetauscher 16 der mit einem Boiler 17 verbunden ist.

Zwischen dem Sammelrohr 13 und der Vorrichtung zum Bereiten von Warmwasser ist eine Ventilationsvorrichtung 12 angeordnet, die die Luft aus dem Sammelrohr 13 und daher den Luftkanälen 3 saugt und in den Wärmetauscher 16 und von dort über eine Abluftöffnung 29 ins Freie bläst. Die erwärmte Luft wird auf diese Weise zu dem Wärmetauscher geführt, wobei auch hier ein Temperaturfühler 10 und ein Regler 11 vorgesehen sein können um die Wärmeausbeute nach dem Grad der Sonneneinstrahlung zu optimieren. Auch hier ist es vorteilhaft, transparente Abschnitte, z. B. in Form durchsichtiger Folien vorzusehen, die, verbunden mit einer dunklen Farbe der Oberfläche der Dachisolierung 18, die Wärmeausbeute erhöhen.

Bei Gebäuden mit Flachdächern ist die Energieausbeute pro Quadratmeter aufgrund der fehlenden Neigung gegenüber der Sonneneinstrahlung geringer, als bei Satteldächern o. ä. Da aber, insbesondere bei gewerblich genutzten Gebäuden, Hallen usw. die nutzbare Fläche sehr viel größer ist und diese Gebäude durch ihre Bauart und die verwendeten Materialien sich stärker aufheizen, erweist sich die erfindungsgemäße Vorrichtung hier sowohl im Sinne der Kühlung durch eine zwangsweise Absaugung der erwärmten Luft aus den Luftkanälen 3, als auch im Sinne der Wärmegewinnung für z.B. industriell genutztes Warmwasser als besonders vorteilhaft.

Fig. 6 zeigt einen Dachaufbau aus Dachziegeln 21, die in Dachlatten 34 eingehängt sind, die auf Dachsparren 33 oder Kontralattung liegen. Zwischen den Dachsparren 33, bzw. der Kontralattung, der Unterkante der Dachziegel 21 und der Oberkante der Dachisolierung 18, bzw. einer Folie 6, bilden sich die Luftkanäle 3. Um einen Austausch der dort erwärmten Luft mit der Außenluft durch Ritzen und Fugen zwischen den Dachziegeln 21 zu verhindern und damit die Wärmeausbeute zu erhöhen, ist es vorteilhaft die Fläche aus Dachziegeln 21 gegen die Luftkanäle 3 hin abzudichten. Dies kann dadurch geschehen, daß eine äußere Folie 7 (nicht gezeigt) unterlegt wird, oder aber, wie gezeigt, die Dachziegel 21 dort, wo sie überlappen, mit glatten Flächen 26 versehen sind. Die Abdichtung kann auch dadurch verbessert werden, daß zwischen den Dachziegeln Dichtungsmaterial 24, z. B. Dichtungsband, ggf. auch zusätzlich zu den glatten Flächen 26 angebracht wird. Um die Wärmeausbeute zu erhöhen ist es gleichfalls vorteilhaft, die Fläche der Dachziegel 21 nach innen zu erhöhen um dadurch die Wärmeabstrahlung zu verbessern. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Dachziegel 21 Rippen 25 aufweisen, die entweder aus dem gleichen Material, wie die Dachziegel 21, oder aus aufgeklebten Stücken bestehen können.

In Fig. 7 wird ein Querschnitt entlang der Linie X-X in Fig. 6 gezeigt. Es ist hier vorteilhaft, neben glatten Verbindungsflächen 26, oder ggf. statt glatter Verbindungsflächen Dichtungsmaterial 24 einzusetzen. Auch die hier gezeigten Dachsteine 21 weisen Rippen 25 zur besseren Wärmeausbeute auf.

Bezugszeichenliste

 1 äußere Fläche
 2 innere Fläche
 3 Luftkanal
 4 äußere Öffnung
 5 innere Öffnung
 6 Folie
 7 Lüftungskanal
 8 Dachfläche
 9 Wandfläche
10 Temperaturfühler
11 Regler
12 Ventilationsvorrichtung
13 Sammelrohr
14 Lüftungsstein
15 transparenter Dachstein
16 Wärmetauscher
17 Boiler
18 Dachisolierung
19 Gebäude mit Satteldach
20 Sonne
21 Dachstein, bzw. Dachziegel
22 witterungsbeständige Schicht
23 Anschluß
24 Dichtungsmaterial
25 Rippen
26 Innenfläche
27 Gebäude mit Flachdach
28 Leitungsrohr
29 Abluftöffnung
30 Lüftungsöffnung
31 Lüftungskanal
32 Trennwand
33 Dachsparren
34 Dachlatten
35 Kammer
36 Lüftungsstein
37 Dachhaut
38 Bodenplatten
39 Stützen
40 Wand

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme aus Sonnenenergie an Gebäuden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens einer äußeren Fläche (1) des Gebäudes (19, 27) und mindestens einer sich unter dieser äußeren Fläche erstreckenden inneren Fläche (2) des Gebäudes (19, 27) mindestens ein Luftkanal (3) angeordnet ist, der nach außen und in das Innere des Gebäudes (19, 27) jeweils mindestens eine Öffnung (4, 5) aufweist, wobei eine Ventilationsvorrichtung (12) derart angeordnet ist, daß Luft aus dem Luftkanal (3) in das Innere des Gebäudes (19, 27) geführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche (1) mindestens während einigen Stunden des Tages der Sonne (20) zugewandt ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche (1) mindestens einen transparenten Abschnitt (15) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche (1) aus einer witterungsbeständigen Schicht (22) besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche (1) eine Dachfläche (8) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachfläche (8) aus Dachsteinen oder Dachziegeln (21) gebildet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Fläche (2) von der Dachisolierung (18) gebildet wird.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Fläche (2) von einer über der Dachisolierung (18) angebrachten Folie (6) gebildet wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche (1) eine Wandfläche (9) ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft einer Vorrichtung (16, 17) zur Erwärmung eines flüssigen Mediums zugeführt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erwärmung eines flüssigen Mediums ein Wärmeaustauscher (16) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erwärmung eines flüssigen Mediums mit einem Boiler (17) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachsteine oder Dachziegel (21) Anschlüsse (23) zu einer luftdichten Verbindung aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlüssen (23) Dichtungsmaterial (24) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachsteine oder Dachziegel (21) nach innen gerichtet eine vergrößerte Fläche (26) aufweisen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die vergrößerte Fläche (26) durch Rippen (25) gebildet wird.

17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der in das Innere des Gebäudes (19, 27) gerichteten Öffnung (5) des Luftkanals (3) ein Fühler (10) zur Messung der Luftwärme angeordnet ist und daß der Fühler mit einem Regler (11) zur Betätigung der Ventilationsvorrichtung (12) verbunden ist.