DE4230537A1

DE4230537A1 - Modular aufgebauter dachintegrierter Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE4230537A1
Application number: DE4230537A
Authority: DE
Inventors: Rainer Pfluger
Original assignee: ATLANTIS GmbH
Current assignee: ATLANTIS GmbH
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1994-03-17

Description

Es sind eine Reihe von Sonnenkollektoren zur Dachintegration bekannt, welche in Form von Kollektorkästen auf Schrägdächern befestigt werden und mit Hilfe von Blechen und Bleischürzen als seitliche Verwahrung in die Dachhaut eingebunden werden.

Eine Weiterentwicklung stellt das Sonnenkollektorsystem (US 39 80 071) dar, das zwischen den Sparren angeordnet ist (siehe auch US 39 37 208, DE 28 09 550 C2 und DE-OS 26 03 080). Diese Systeme müssen jedoch auf die jeweiligen Sparrenabstände ange paßt werden und können so nicht universell eingesetzt werden.

Dieser Nachteil wird, wie in DE 28 39 362 C2 beschrieben, be hoben, wenn spezielle Wärmedämmelemente über den Sparren angebracht werden.

Diese Ausführung weist jedoch den Nachteil auf, daß eine bestehende Verlattung nicht genutzt werden kann, und daß als transparente Abdeckung nur transparente Ziegel eingesetzt wer den können.

Weiter ist ein Bausatz für einen Modulfeldrahmen bekannt (G 9114949.5). Es werden jedoch keine Angaben über Art und An bringung der Isolierung gemacht, da dieses System hauptsächlich für die Dachintegration von PV-Modulen konzipiert wurde.

Übliche Dachisolierungen, die über der Sparrenebene verlegt werden, bezeichnet man als Warmdachisolierung. Für den Aufbau eines solchen Unterdachs sind spezielle schuppenförmige Dämm platten bekannt (DE 36 23 428, G 8907676.1), die auf ein beste hendes Lattengerüst aufgebracht werden und sich wegen der großen Überlappung an variable Lattungsabstände anpassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst einfachen und montagefreundlichen Mitteln ein modular erweiterbares Kollek torsystem zu entwickeln, das über den Sparren angebracht wird und die bestehende Lattung nutzt. Darüber hinaus soll es auf beliebig große Flächen erweiterbar und problemlos in die rest liche Dachhaut, vorzugsweise mit Isolierung, zu integrieren sein.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß gemäß Anspruch 1 schuppenförmige, aus temperaturbeständigem Material gefertigte Wärmedämmelemente in die übliche Dachlattung eingehängt werden (Fig. 1, 2 u. 3) und neben der Wärmedämmung gleichzeitig die Bettung für die Absorber und sowie Auflagen für die transparente Abdeckung ergeben. Die geforderte Temperaturbeständigkeit hängt von der Stagnationstemperatur des Kollektors, also hauptsächlich von der Wahl des Absorbers ab. Verwendet man EPDM-Absorbermatten, wie in Unteranspruch 7 vorgeschlagen, so liegt diese etwa bei 150 Grad. Polystyrol- Hartschaum, wie es bei den handelsüblichen Wärmedämmelementen gem. DE 89 07 676 U1 eingesetzt wird, gast jedoch schon bei Temperaturen von ca. 80 Grad aus. Vorzugsweise finden deshalb Formteile aus gebundener Holzwolle (z. B. Magnesitbinder), bzw. Zellulose (Altpapapierflocken mit Wasserglas oder Leim gebunden) oder Schaumglas Verwendung. Abgesehen von ökologischen Bedenken, eignet sich natürlich auch formgeschäumter PU-Hartschaum, vorzugsweise mit reflektierender Folie kaschiert. Besonders bei Verwendung von selektiv beschichteten Absorbern müssen IR-reflektierende Zwischenschichten, bzw. Abstandshalter eingebracht werden (Unteranspruch 1b) und/oder auf temperaturbeständigere Isoliermaterialien übergegangen werden, vorzugsweise mineralisch gebundener Blähton, Schaumglas oder ähnliches.

Gemäß Anspruch 3 werden für die Befestigung der transparenten Abdeckung und der Absorber Befestigungshaken, vorzugsweise aus verzinktem Flachstahl bzw. Edelstahl verwendet, die in den Dachlatten eingreifen und durch den Spalt der Überlappung zweier Schuppenteile verlaufen (Fig. 1). Um die Befestigung der Haken mit den Glasträgerschienen auf verschiedene Lattweiten anpassen zu können, sollte diese nach Anspruch 5 variabel gestaltet werden. Hierfür wird vorgeschlagen im Profil eine Nut anzubringen, in der die Be festigungsschrauben beliebig verschoben und an jeder Stelle fixiert werden können (Fig. 6). Entsprechend ist es natürlich auch möglich im oberen Schenkel des Hakens ein Langloch vorzusehen, welches die unterschiedliche Lattweite auszugleichen vermag (Fig. 5). Um Windsogkräfte aufnehmen zu können, müssen die Glasträgerschienen noch durch zusätzliche Befestigungselemente am Dachstuhl gehaltert werden.

Zur Überbrückung des notwendigen Abstandes zwischen Isolie rung und transparenter Abdeckung wird vorgeschlagen, das Profil der Glasträgerschiene so hoch auszuführen, daß diese auf der Isolierung aufliegen kann (Fig. 1). Wird die Profilhöhe geringer gewählt, natürlich unter der Voraussetzung, daß die statischen Anforderungen noch erfüllt sind, so müssen die Haken die Abstandsfunktion erfüllen (Fig. 2). Die Absorber können dann auch in horizontaler Richtung verlaufen. Die horizontalen Glasträgerschienen mit den Haken zu befestigen ist aufwendiger, da nicht immer sicherzustellen ist, daß wegen dem vorgegebenen Scheibenmaß der transparenten Abdeckung und dem variablen Lattenabstand, eine Hakenbefestigung mit einem horizontalen Glasstoß zusammentrifft.

Gemäß Anspruch 4 können für die Glasträger selbst können Systeme Verwendung finden, wie sie im Glasdachbau bei kittloser Verglasung üblich sind. Die verwendeten Dichtungen müssen UV- beständig, bzw. vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt sein. Die horizontalen Glasstöße können mit speziellen Dichtungssystemen in einer Ebene ausgeführt werden. Sollen die Gläser überlappend angeordnet werden, ist darauf zu achten, daß der Spalt abgedichtet wird, um das Entweichen warmer Luft zu verhindern.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Wärmedämmelemente können gemäß Anspruch 4 auch wie in DE 28 39 362 C2 verwendet werden (Fig. 3). Bei dieser Ausführungsform werden dann lichtdurchlässige Dachziegel, die der Dachziegelform der umgebenden Dacheindeckung entsprechen, in die nasenförmigen Ausbildungen eingehängt. Diese Ausführungsform eignet sich ideal zur Dacheinbindung, da keine Übergangsbleche benötigt werden, wenn die transparenten Elemente mit den Dacheindeckungsplatten formidentisch sind. Der Wirkungsgrad ist jedoch wegen der relativ geringen Transmission und der formbedingten Reflexionsverluste, der vorzugsweise aus Methylmethacrylatglas gefertigten transparenten Ziegeln ge ringer als bei speziellen eisenarmen Gläsern. Bei dieser Aus gestaltung der Erfindung ist der Einsatz von EPDM-Absorbermat ten vorteilhaft, die in großen Längen einfach und kostengünstig verlegt werden können. Die relativ hohe Absorbtion von UV- Strahlung in Kunststoffabdeckungen erhöht zudem deren Lebens dauer.

Anspruch 10 beschreibt wie eine nasenförmige Ausbildung bei großflächigen Kollektoren als Konvektionsbremse eingesetzt werden kann. Diese soll verhindern, daß sich aufgrund natürlicher Konvektion zwischen traufseitigem und firstseitigem Kollektorrand hohe Temperaturdifferenzen einstellen können.

Diese können schon bei 3 Metern Kollektorhöhe bis zu 50 K betragen. Eine nasenförmige Ausbildung, möglichst mit zusätzlicher Abdichtung versehen, wirkt als horizontale Trennung zwischen oberen und unteren Kollektorteil und kann so die Konvektion unterbinden.

Die seitliche Ausformung der schuppenförmigen Wärmedämmele mente sollte mit denen der handelsüblichen Dämmplatten übereinstimmen, um einen nahtlosen Übergang von der Kollektorisolierung zum Unterdach zu schaffen. Für eine gute seitliche Überdeckung eignet sich erfahrungsgemäß auch eine pa rallelogrammartige Abschrägung der Elemente mit vorzugsweise mehr als 45 Grad.

Gemäß Anspruch 6 soll die Breite der Wärmedämmelemente soll so gewählt sein, daß die Breite eines Kollektormoduls (etwa die Breite der transparenten Abdeckung) ein ganzzahliges Vielfaches der Breite der Wärmedämmelemente entspricht. Dadurch ist ein bündiger Randabschluß bei beliebiger Modulzahl zu erreichen. Für den oberen und unteren Randabschluß ist es vorteilhaft, die Modulhöhe mit der Höhe der Wärmedämmelemente abzustimmen, auch wenn ein exakter Randabschluß wegen der variablen Lattenabstände nicht möglich ist.

Fig. 4 zeigt die Einbindung des Kollektors in die umgebende Dachhaut mit der seitlichen Verwahrung. Besonders günstig und optisch gefälliger paßt sich das System ein, wenn, wie in Fig. 7 gezeigt, die restliche Dachfläche mit handelsüblichen, vorzugsweise gemäß DE 36 23 428, bzw. G 8907676.1 gestalteten Wärmedämmelementen als Unterdach isoliert wird. Gemäß Anspruch 8 können dann die Bleche zur seitlichen Verwahrung besonders schmal ausgeführt werden. Der Hauptvorteil, neben dieser besseren optischen Einpassung ist jedoch, daß die Kollektorisolierung als zweite Funktion auch die der Dachisolierung in diesem Bereich übernimmt. Man spart bei diesem System an zusätzlicher Isolierung und erhöht dadurch die Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Fig. 8 zeigt einen horizontalen Schnitt durch den Aufbau, wenn die Isolierschicht im übrigen Dachbereich entfällt. Man sieht deutlich den Niveauunterschied zwischen der transparenten Abdeckung und der wasserführenden Schicht der Dacheindeckungsplatten, die durch entsprechend breite Ver blechung ausgeglichen werden muß.

Fig. 9 stellt ein Wärmedämmelement nach Anspruch 1a dar, wel ches an der Oberseite flach ausgeführt wurde und so als Absor berauflage geeignet ist.

Anhand von Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispiele wird die Neuerung mit weiteren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen erläutert.

In Fig. 1 ist eine mögliche Ausführungsform des modular aufge bauten dachintegrierten Sonnenkollektors in der Draufsicht dar gestellt, aufgebaut aus 10 Modulen. Diese werden gebildet aus Glasträgerschienen (6) auf denen die transparente Abdeckung (5) Glasträgern (7) gehaltert werden. In der Abbildung sind zwei Reihen zu je 5 Modulen übereinander angeordnet. Das System ist also sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung be liebig erweiterbar. Übergangsbleche (10) zur Verwahrung leiten das Regenwasser auf die Dacheindeckungsplatten (13) ab und bin den den Kollektor in die Dachhaut ein. Am traufseitigen Kollek torrand geschieht dies durch eine Bleischürze (11).

Fig. 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine Dachkonstruk tion, gebildet durch die Dachsparren (1) und die Dachlatten (2). Darauf werden die schuppenförmigen temperaturbeständigen Wärmedämmelemente (3) eingehängt. Bei dieser Ausführungsform wurde die Oberfläche so gestaltet, daß diese keine nasenförmigen Ausbildungen aufweist. Es entsteht also eine großflächige Auflage für Absorber. Hierauf wurde in diesem Ausführungsbeispiel noch eine IR-reflektierende Schicht (9) aufgebracht. Die Glasträgerschiene (6) ist in dieser Abbildung so hoch ausgeführt, daß sie auf den Wärmedämmele menten aufliegt und den Abstand bis zur transparenten Abdeckung (5) überbrückt. Dies ist z. B. als Randabschluß notwendig, damit Heißluft nicht ungehindert aus dem Kollektorinneren entweichen kann. Zur besseren Wärmeisolation im Randbereich kann anstelle eines Rechteck- bzw. Quadratrohres auch ein U-Profil als Glas trägerschiene eingesetzt werden, dessen offene Seite zum Kol lektorinneren zeigt und mit Isoliermaterial gefüllt wird. Bei großflächigen Kollektoren sind die Randverluste jedoch so ge ring, daß darauf verzichtet werden kann und das geschlossene Profil aus Stabilitätsgründen bevorzugt wird.

Der Befestigungshaken (4) wird in die Dachlatte (2) eingehängt und eventuell noch durch Befestigungselemente gesichert. Wegen den auftretenden Windsogkräften muß die Konstruktion, möglichst durch Verschraubung mit dem Dachbalken, auf Zug belastbar ge macht werden (in Fig. 1 nicht dargestellt).

Fig. 3 zeigt wieder die übliche Dachkonstruktion aus Dachbalken (1) und Dachlatten (2) mit den erfindungsgemäßen Wärmedämmele menten (3). Diesmal wurde jedoch ein S-förmiger Haken (22) ein gesetzt, der den Spalt zwischen Wärmedämmelementen (3) und der flacheren Ausführung der Glasträgerschiene (23) überbrückt. Außerdem sind im Schnitt die horizontal verlegten Absorber symbolisch dargestellt.

Fig. 4 zeigt einen horizontalen Schnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem der Kollektor in eine Dachhaut mit Warmdachisolierung (18) eingebunden wird.

Die handelsüblichen schuppenförmigen Isolierelemente werden nach Verlegevorschrift direkt auf die Dachlattung aufgebracht und bilden das Unterdach (18). Ebenso werden die Wärmedämmele mente (3) für die Kollektorisolierung eingehängt.

Zu erkennen ist außerdem, daß sowohl die transparente Abdeckung (5) als auch die Übergangsbleche (10) vom Glasträger (7) gehal tert werden. Die Übergangsbleche greifen unter die Dacheindeckungsplatten und können so das Regenwasser ableiten. Gegen Flugschnee können noch zusätzlich die üblichen Schaumstoffkeile eingesetzt werden (in Fig. 4 nicht dargestellt).

Fig. 5 zeigt den gleichen Schnitt wie Fig. 4, wenn auf eine Warmdachisolierung verzichtet wird. Die Dacheindeckungsplatten (13) werden bei diesem Ausführungsbeispiel direkt in die Dach latten (2) eingehängt. Die Übergangsbleche (24) müssen nun den, durch die Isolierung gegebenen Abstand überbrücken. Alle übrigen Teile sind identisch mit denen der Abb. 4.

Fig. 6 stellt ein Ausführungsbeispiel für die Befestigung der transparenten Abdeckung im horizontalen Schnitt dar. Die Auf lage bildet wieder das Wärmedämmelement (3). Der Befestigungs haken (4) ist mit der Glasträgerschiene (6) verschraubt. Zur variablen Befestigung ist die Nut (16) vorgesehen. Dieses System kann natürlich ebenso bei der flachen Ausführungsform der Glasträgerschienen (23) eingesetzt werden (nicht dargestellt).

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines Befestigungs hakens (22). Die Länge des Schenkels (25) ist durch die Höhe der Dachlatte und die Dicke des Wärmedämmelementes an der Vor derkante gegeben. Die Länge des Schenkels (26) ist durch die Länge der Unterseite des traufseitigen Teils des Wärmedämmele mentes festgelegt. Nur der obere Teil des Befestigungshakens ist von der Ausführungsform der Glasträgerschiene abhängig. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel zeigt der obere Schenkel in Firstrichtung. In dieser Form kann er, wie in Fig. 2 gezeigt, eingesetzt werden. Der obere Schenkel weist zudem ein Langloch (17) auf, welches ähnlich wie die Nut 16 aus Fig. 6 zur variablen Befestigung eingesetzt werden kann.

Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Wärmedämmelementes (3). Die Seitenverfalzung ist in dieser Abbildung, wie in G 8907676.1 beschrieben, ausgeführt.

Aufstellung der Bezugszeichen

1 Dachsparren
2 Dachlatten
3 Wärmedämmelemente ohne nasenförmige
   Ausbildungen an der Oberseite
4 Befestigungshaken
5 transparente Abdeckung
6 Glasträgerschienen (hohe Ausführung)
7 Glasträger
8 Absorber
9 IR-reflektierende Schicht
10 Übergangsbleche zur Verwahrung
   (bei Verwendung von Warmdachisolierung)
11 Bleischürze
12 Langloch
13 Dacheindeckungsplatten
14 Unterdach (Warmdachisolierung)
15 nasenförmige Ausbildung
16 Nut zur variablen Befestigung
17 Langloch
18 Warmdachisolierung (Unterdach)
19 transparente Ziegel
20 EPDM- Absorbermatte
21 schuppenförmige Wärmedämmelemente
   mit nasenförmiger Ausbildung
22 S-förmiger Haken
23 Glasträgerschiene (flache Ausführung)
24 Übergangsbleche (Ausführungsform
   ohne Warmdachisolierung)
25 Schenkel des Befestigungshakens
26 Schenkel des Befestigungshakens

Claims

1. Modular aufgebauter dachintegrierter Sonnenkollektor, bei dem sich transparente Abdeckung, Absorber und Isolierung über der Sparrenebene befinden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) auf die bestehenden Dachlatten schuppenförmige Wärmedämmelemente eingehängt werden, die, wie in DE 36 23 428 bzw. G 890767676.1 beschrieben, gestaltet sind, jedoch an der Oberseite derart geformt sind, daß sie als Auflage für Absorber dienen können.
b) die üblichen Absorber entweder direkt auf den Wärmedämmelementen oder auf einer ganz oder teilweise die Strahlung reflektierende Beschichtung oder Folie aufliegen, oder durch Abstandshalter ein Luftspalt zwi schen Isolierung und Absorber erzeugt wird.

2. Modular aufgebauter dachintegrierter Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der Wärmedämmelemente flach ausgeführt wird, also keine nasenförmigen Ausbildungen erhält, so daß nach dem Verlegen eine durchgehende Auflagefläche entsteht.

3. Modular aufgebauter dachintegrierter Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Haken, die in die Dachlatten eingehängt und gegebenenfalls noch zusätzlich durch Befestigungselemente fixiert und zur Befestigung der Glasträgerschienen verwendet werden. Diese Haken sind so zu gestalten, daß sie im Überlappungsbereich der Wärmedämmelemente hindurchgeführt werden können.

4. Modular aufgebauter, dachintegrierter Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Glashalter und Glasträgerschiene die transparente Abdeckung und die obere, untere und die seitlichen Verwahrungen haltern und abdichten, wobei die Dichtung durch UV-beständige Dichtbänder und durch für kittlose Verglasung übliche Bauelemente erfolgt.

5. Modular aufgebauter dachintegrierter Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Haken an den Glasträgerschienen so variabel gestaltet ist, daß die Konstruktion auf Dächern verschiedener Lattweite angebracht werden kann.

6. Modular aufgebauter dachintegrierter Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Wärmedämmelemente so zu wählen ist, daß die Breite eines Kollektormoduls ein ganzzahliges Vielfaches dieser Breite ist.

7. Modular aufgebauter dachintegrierter Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß statt der üblichen Absorber EPDM-Absorbermatten eingesetzt werden.

8. Modular aufgebauter dachintegrierter Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwahrung schmäler gestaltet sind, wenn in der Umgebung des Kollektors eine übliche Warmdachisolierung angebracht wird.

9. Modular aufgebauter dachintegrierter Kollektor nach einem der Ansprüche 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schuppenförmigen Wärmedämmelemente mit der firstseitigen nasenförmigen Ausbildung ausgestattet werden, um als Abdeckung transparente Ziegel einsetzen zu können, die in die genannten Ausbildungen eingehängt werden. Die Absorber werden dann in horizontaler Richtung verlegt.

10. Modular aufgebauter dachintegrierter Kollektor nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine nasenförmige Ausbildung, vorzugsweise mit einer Dichtung zur transparenten Abdeckung hin, als Konvektionsbremse eingesetzt wird.