DE4216171A1 - Energieschindel 2 - Google Patents

Description

Das Umweltproblem spitzt sich weiter zu und da der Hausbrand als Klein- und Einzelsystem am unwirtschaftlichsten ist, dieser zudem schwer auf Schadstoffausstoß zu kontrollen ist, werden in dieser Richtung einschneidende Einschränkungen gemacht werden müssen.

Um größtmögliche Unabhängigkeit in der Energieversorgung zu erreichen, sind ehest Zeichen zu setzen, die größtmögliche Unabhängigkeit von der Wärmegewinnung aus dem Verbrennungsprozeß zu erreichen. Das naheliegende ist, wie so oft zitiert in den letzten Jahren, die kostenlos gelieferte Energie der Sonne zu nutzen.

Zur wirtschaftlichen Nutzung der Sonnenenergie genügt es nicht, ein paar Quadratmeter Sonnenkollektoren auf ein Wohnobjekt zu montieren. Die gesamte Konstellation des Objektes muß möglichst auf diese Art der Energienutzung abgestimmt werden. Da im Zusammenhang mit dieser Energienutzung die Speicherung für den Gesamtnutzungsgrad ebenso wichtig ist wie die Kollektorfläche, sollten diese beiden Parameter die Planung nachhaltig beeinflussen. Der günstigste und bevorzugte Platz für die Kollektoren wird das Dach bleiben, der Speicher ist so anzuordnen, daß auch die geringste Abstrahlung genutzt werden kann, also möglichst zentral unter dem Haus. Der Trend im Bauwesen wendet sich von reiner Zweckbauweise wieder gefälligeren Formen und ökologischer Bauweise zu, daher sollte es auch ein Anliegen sein, eine durch Jahrhunderte gewachsene Dachform und Struktur beizubehalten.

Da es sich bei einem Solarheizsystem in jedem Fall um ein Niedertemperatursystem handeln wird, ist die Speichermöglichkeit möglichst groß zu wählen, im Idealfall so groß, daß die maximale Einstrahlungsmenge vor der Heizsaison gespeichert werden kann. Also ist in unseren Breiten die gesamte Auslegung auf den Spätherbst auszurichten und zu optimieren.

Das Kriterium für eine ausgewogene Nutzung ist natürlich die Kollektorfläche. Während man in Ländern mit großer Sonneneinstrahlung mit kleinen Kollektorflächen auskommen kann und da noch ein recht gutes Temperaturniveau erreicht, sind in unseren Breiten maximale Kollektorflächen ebenso wie die darauf abgestimmte Speichergröße oberstes Gebot.

Der Wirkungsgrad der Kollektoren ist stark von der Nutzungstemperatur abhängig. Darum sollte man als Wärmeträger ein Medium einsetzen, dessen Verdampfungstemperatur etwas über dem Gefrierpunkt des Wassers liegt. Damit kann bei niedriger Temperatur eine hohe Wärmemenge gespeichert werden (Verdampfungswärme).

Bei einer differenzierten Betriebsart kann in einem Zweikreissystem die Wärme im Sommer über einen Wärmetauscher abgeführt werden, in der Übergangszeit und den wärmetechnisch nutzbaren Wintertagen in Koppelung mit einer Wärmepumpe.

Für die Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärmeenergie gibt es inzwischen sozusagen unzählige Arten von Kollektoren und Systemen. Vom hochentwickelten bis hin zum einfachsten System. Die hochtechnisierten Kollektoren können in der Regel mit guten Wirkungsgraden aufwarten, allerdings sind die Installationskosten entsprechend. Mit diesen hohen Kosten sind diese Kollektoren dem breiten Publikum nicht zugänglich. Diese Tatsache ist es, die aufzeigt, daß in der Entwicklung von Solarkollektoren nicht der Weg eingeschlagen wurde, der für Mensch und Umwelt der günstigste ist.

Der finanziell gutgestellte Hausbesitzer besitzt ohnehin gut gewartete, neuere Brennanlagen, in dem hochwertige Brennstoffe verbrannt werden, die also, gemessen am Schadstoffausstoß, gegenüber den durchschnittlichen, teils veralteten Anlagen weit überlegen sind. Nicht zu reden über Einzelfeuerstellen, in denen immer noch alles mögliche verbrannt wird.

Der Weg wäre, den einfachsten Kollektor herzustellen, welcher für alle erschwinglich ist, der auf alle Dachflächen aufgebracht werden kann, der jedem gewisse Einsparungen bringt, vor allem die Umwelt vor den Folgen des Hausbrands schützt.

Letzteres läßt sich durch eine einfache Rechnung beweisen: das Halbdach eines Einfamilienhauses soll 90 qm haben. Bei 6 bis 10 qm Kollektorfläche mit einem Wirkungsgrad von 50% ist eine Ausbeute bei Einstrahlung von 100 W/qm 300 bis 500 Watt zu erzielen. Ist das gesamte Dach als Kollektorfläche mit einem Wirkungsgrad von nur 10% ausgebildet, so lassen sich damit 900 Watt "einfangen", also nahezu das doppelte.

Gehe ich nun davon aus, daß die Kollektoren höheren Wirkungsgrades auf das Dach zusätzlich montiert werden, die Kollektoren des niederen Wirkunsgrades aber das Dach sind, dann sagt eine Kosten/Nutzen-Rechnung eigentlich alles aus. Eine "Energieschindel" des Kollektortypes zur Wärmenutzung gibt es bereits. Diese Metallschindel gibt die Wärme an ein Trägermedium in einem Rohrsystem weiter, welches zugleich die Dachlattung bildet, in welches die Schindel bzw. das Schindelelement eingehängt ist.

Da die Versprechungen der Wissenschaftler, die Entwicklung der "Solarzellen" soweit fortzutreiben, bis der Kostenpunkt für 1 Watt installierte Leistung nur mehr 1 DM sein wird, zumindest nahegerückt sind, soll die Energieschindel um eine Funktion erweitert werden.

Gegenstand dieser Anmeldung ist die "Energieschindel 2", welche außer der Funktion der Dachdeckung, der Wärmeaufnahme und Übertragung an das Trägermedium auch noch eine "Solarzelle" (Umwandlung von Licht in elektrischen Strom) aufnehmen kann.

Es wurde Wert auf den opischen Eindruck gelegt, um den "Dachziegelcharakter" eines Daches zu erhalten. Die Schindel wird vorzugsweise in Elementen gefertigt, die in der Größe etwa 3 oder 4 Dachziegelbreiten entsprechen. Die Schindelelemente sind aus Metall gefertigt (vorzugsweise Aluminium, Wärmeleitung, Verarbeitung) und werden in ein Rohrsystem eingehängt. Das Rohrsystem ist wie eine Dachlattung auf den Sparren befestigt. Die Rohrleitung bildet ein System, durch welches der Wärmeträger gepumpt wird (der Wärmeträger sollte wie bereits oben erwähnt, ein Medium sein, welches knapp über 0°C verdampft). Rohrleitung und Schindeln sind beschichtet, möglichst mit einer dauerelastischen Masse (Teerpech, oder ähnliche Substanz), um eine gute Haftung und Wärmeleitung/Wärmeübergang zu gewährleisten.

Die Schindel kann als reines Deckungselement gefertigt und auf eine Schalung aufgenagelt werden (dort wo kein Rohrsystem erwünscht ist) ebenso wie oben beschrieben als "Kollektorschindel". Beide Arten können nun auch eine Solarzelle aufnehmen, deren Größe man auf die Schindelelemente abstimmen wird. Die Solarzelle wird in einen Falz geschoben und da wasserdicht verklebt (Silikon od. ä.) die Anschlüsse werden durch zwei Schlitze oder Bohrungen in der Innenseite des Falzes auf die Innenseite des Daches geführt, wo dann die Verkabelung stattfinden kann. Möglich ist auch eine Aneinanderreihung der Zellen, ohne auf die Teilung der Schindel zu achten, zum Beispiel bei Reihenschaltung der waagrechten Reihen könnten die Zellen aneinander gesteckt und dann in den Falz eingeschoben werden. Diese Möglichkeiten werden aber stark je nach Typ der Solarzellen variieren.

Die Fertigung der Schindel wird stark von Material abängig sein. Nimmt man Stahlblech, ist es einfach möglich, den "Falz" durch einen mehrfachen Biegevorgang herzustellen, eine nachträgliche Verzinkung könnte den Korrosionssschutz erweitern. Bei Aluminium wird der "Falz" kaum durch Abkanten herzustellen sein. Hier wird sich eine Fertigung aus 2 Teilen möglicherweise als günstig herausstellen.

Die Beschaffenheit des "Falzes" soll so sein, daß die Solarzelle etwa 10 bis 15 mm übedeckt ist. Der Falz sollte möglicherweise eine kleine Nase nach unten haben, um eine verstärkte Klemmwirkung auf die Solarzelle auszuüben.

Energieschindeln, welche für die Übertragung von Umweltwärme auf das Rohrsystem gedacht sind, sind an ihrem oberen Ende gekrümmt (gerollt), Krümmungsradius entspricht dem Rordurchmesser. Schindeln, die nicht an das Rohrsystem gehängt werden, erhalten Nagellöcher, um auf die Schalung genagelt werden zu können.

Claims (4)

1. Energieschindel zur Eindeckung von Häusern und Nutzung von Umweltenergie, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie drei Hauptfunktioen innehat:
Deckungselement,
Kollektorfunktion,
Aufnahme von Solarzellen.

2. Energieschindel zur Eindeckung von Häusern und Nutzung von Umweltenergie, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schindelelemente, unabhängig von der gewünschten Funktion, in jeder Konstellation untereinander kombinierbar sind.

3. Energieschindel zur Eindeckung von Häusern und Nutzung von Umweltenergie, ist dadurch gekennzeichnet, daß trotz verschiedenster Kombinationsmöglichkeiten ein gefälliger Dachcharakter gleich einer Ziegel- oder Schindeldeckung erhalten bleibt.

4. Energieschindel zur Eindeckung von Häusern und Nutzung von Umweltenergie, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen jederzeit, ohne Öffnen des Daches, nachgerüstet werden können.