DE69401635T2

DE69401635T2 - Absorbtionswand für Sonnenwärme

Info

Publication number: DE69401635T2
Application number: DE69401635T
Authority: DE
Inventors: Jean Minder; Pierre-Maurice Minder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2014-10-26
Also published as: EP0651211B1; ATE148550T1; EP0651211A1; DE69401635D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptionswand für Sonnenwärme.
Die bisher vorgeschlagenen Absorptionswände für Sonnenwärme sind entweder sehr schwer herzustellen, wenn sie wie die in dem europäischen Patent Nr. 0492005 beschriebenen massiv sind, oder haben einen komplexen Aufbau, wenn sie wie die in dem schweizerischen Patent Nr. 651128 beschriebenen innere Konvexionsströme nutzen.
Es wurde auch vorgeschlagen, eine Absorptionswand für Sonnenwärme zu verwirklichen, die Latentwärme-Akkumulatorkapseln umfaßt (siehe den Schlußbericht des vom Nationalen Energie- Forschungs-Fonds "NEFF-Projekt Nr. 371" und dem Kanton Bern finanzierten Projektes: "Paroi chauffante solaire", Untersuchung eines fassadenintegrierten Luftkollektor-Latentwärmespeicher-Systems zur Nutzung der Sonnenenergie für die Raumheizung, September 1992). Jedoch arbeitet die in dieser Druckschrift vorgeschlagene Wand wie die obenstehend erwähnten nach dem Luftzirkulationsprinzip. Sie ist daher verhältnismäßig schwer herzustellen und erfordert insbesondere, daß ein Ventilator vorgesehen wird.
Nun erscheint die Verwendung von Latentwärme-Akkumulatorkapsein, die im Baubereich bisher im wesentlichen innerhalb von Abdeckungen oder anderen Massen aus Beton verwendet wurden, für die Absorptionswände für Sonnenwärme interessant. Sie enthalten Substanzen, die vom festen Zustand in den flüssigen Zustand übergehen, wenn sie in einer Umgebung angeordnet sind, deren Temperatur höher ist als die Schmelztemperatur dieser Substanzen; dies erlaubt der Kapsel, eine große Wärmemenge zu absorbieren, die dann beim Übergang der vorgenannten Substanzen vom flüssigen Zustand in den festen Zustand frei wird, wenn die Temperatur der Umgebung der Kapsel kleiner wird als ihre Schmelztemperatur. Substanzen dieser Art sind beispielsweise in dem schweizerischen Patent Nr. 636119 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absorptionswand für Sonnenwärme vorzuschlagen, die insbesondere Latentwärme-Akkumulatorkapseln umfaßt, die leicht zu verwirklichen ist und die ermöglicht, den Nachteilen der bisher vorgeschlagenen Absorptionswände für Sonnenwärme abzuhelfen.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Absorptionswand für Sonnenwärme gemäß Patentanspruch 1. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wand sind Gegenstand der dem Patentanspruch 1 untergeordneten Ansprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte, perspektivische Explosionsdarstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Absorptionswand für Sonnenwärme;
Fig. 2 ein vertikaler Querschnitt durch die Wand gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Horizontalschnitt entlang der Linie B-B der Fig. 2;
Fig. 4 ein Horizontalschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 2;
Fig. 5 ein vertikaler Querschnitt einer Ausführungsvariante der Wand gemäß Fig. 1;
Fig. 6 ein Horizontalschnitt entlang der Linie D-D der Fig. 5;
Fig. 7 ein Horizontalschnitt entlang der Linie C-C der Fig. 5; und
Fig. 8 eine vereinfachte und beispielhafte Darstellung einer Aneinanderreihung von in der erfindungsgemäßen Wand verwendeten Wärme-Akkumulatorkapseln.
Das in Fig. 1 dargestellte Wandelement umfaßt einen viereckförmigen Rahmen 1, der an einer Seite durch eine Scheibe 2 und an der anderen Seite durch die Außenwand 3 einer zu erwärmenden Stelle begrenzt wird. Die Wand 3 kann mit einer Schicht aus Stahlwolle 5 oder mit einem beliebigen anderen handelsüblichen äquivalenten, komprimierbaren und gut wärmeleitenden Material überzogen sein. Die Stahlwolle kann einen Überzug umfassen, der eine gute Absorption der Sonneneinstrahlung ermöglicht, beispielsweise eine Schicht aus schwarzer Farbe, insbesondere im Fall der Ausführungsform gemäß den Fig. 2 bis 4.
Der Rahmen 1 ist auf vertikalen Stützen 6, 6' angebracht, die mittels Befestigungselementen 7, beispielsweise Schrauben und Dübeln, an der Wand 3 befestigt sein können.
Gut wärmeleitende, mit Wärme-Akkumulatorkapseln 9 - beispielsweise der in Fig. 8 gezeigten Art - kombinierte Streifen oder Bänder 4 sind innerhalb des Rahmens 1 so übereinander angeordnet, daß die Ränder der Streifen die Stahlwolle berühren und diese gegen die Wand pressen. Um die Bildung von Kältebrücken zu vermeiden, sind die Streifen 4 zu der Scheibe beabstandet. Zu diesem Zweck können vertikale Stäbe 8 in der Nähe der Ränder des Rahmens zwischen der Scheibe und den Rändern der Streifen zwischengelegt sein. Die Unterseite der Streifen 4 kann mit einer Aluminiumfolie überzogen sein.
Gemäß einer in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform liegen die Streifen 4 einfach übereinander und sind so gedreht, daß die Wärme-Akkumulatorkapseln 9 mit dem Kopf nach oben angeordnet sind.
Gemäß einer zweiten, in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsform sind die Streifen paarweise angeordnet, wobei einer der Streifen eines Paares so gedreht ist, daß seine Wärme-Akkumulatorkapseln 9' mit dem Kopf nach oben angeordnet sind, der andere Streifen des Paares so gedreht ist, daß seine Wärme-Akkumulatorkapseln 9'' mit dem Kopf nach unten angeordnet sind, und die beiden Streifen des Paares dergestalt gegeneinander versetzt sind, daß sich ihre Kapseln 9' bzw. 9'' gegenseitig ineinander verschachteln.
Andere Ausführungsformen können natürlich verwirklicht werden, indem beispielsweise die Kapselstreifen in Dreiergruppen oder darüber hinaus nach dem soeben beschriebenen Prinzip angeordnet werden. Es ist auch möglich, eine Wand zu verwirklichen, die mehrere Schichten von hintereinander hinter der Scheibe angeordneten Kapselstreifen umfaßt, wobei die Streifen und/oder die Kapseln verschiedener Streifen ineinander verschachtelt sind oder sich überlappen.
Um die Figuren nicht zu überfrachten, ist in den Fig. 1, 2 und 5 nur ein Teil der Kapselstreifen 4 dargestellt. Selbstverständlich liegen solche Kapselstreifen 4 über die gesamte Höhe des Rahmens übereinander.
Die Wärme-Akkumulatorkapseln 9, 9', die beispielsweise Substanzen auf der Basis von bei 30ºC schmelzendem, exhydriertem Kalziumchlorid enthalten können, sind bevorzugt zumindest auf ihrer der Scheibe zugewandten Seite schwarz oder in einer beliebigen anderen dunklen Farbe gefärbt, welches eine gute Absorption der Sonnenstrahlung ermöglicht. Natürlich können die Kapseln auch mit einer beliebigen anderen zweckmäßigen, eine gute Absorption der Sonnenstrahlung ermöglichenden Beschichtung versehen sein. Die hieraus resultierende Wärme wird dann in den vom festen Zustand in den flüssigen Zustand übergehenden Kapseln gespeichert. Diese Wärme wird daraufhin wieder abgegeben, wie vorstehend beschrieben, und über den Streifen 4 bis zur Stahlwolle 5 geleitet, welche die Wärme an die Wand abgibt.
Die Ausgestaltung der Streifenränder ermöglicht, daß diese auch als Sonnenblende wirken. Denn die außenliegenden Ränder der Streifen sind, wie dies den Fig. 2 und 5 entnehmbar ist, abwechselnd unterschiedliche breit, so daß der Rand des breiteren Streifens 10 eine Sonnenblende bildet, die die Sonnenstrahlung im Winter, wenn die Sonne tief steht, eintreten läßt, die sommerliche Sonnenstrahlung 11 jedoch abfängt.
Die durch die Anordnung der Ränder der die Kapseln tragenden Streifen verwirklichte Sonnenblendenfunktion kann durch vor der Scheibe 2 an der Außenseite der heizbaren Wand angeordnete Sonnenblenden wie zum Beispiel eine Jalousie, ein Lamellenblech, Weinreben, deren Blätter im Sommer als Abschirmung dienen, während das Fehlen der Blätter im Winter das Hindurchtreten der Sonnenstrahlen nicht behindert, etc. ersetzt werden.
Die Kapselstreifen sowie das Vorhandensein der Stahlwolle ermöglichen eine Unterteilung des Raums in Abteile, wodurch jegliche Konvexionsbewegung im Innern des Rahmens verhindert wird. Die auf diese Weise eingeschlossene Luft bildet einen hervorragenden Isolator. Andererseits gibt es, da wie vorstehend angegeben die Streifen die Scheibe nicht berühren, keine Kältebrücken.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Stahlwolleschicht durch Zementmörtel, gegebenenfalls vermischt mit Eisenspänen, oder durch jedes andere äquivalente, gut wärmeleitende Material, welches nach dem Plazieren der Kapseln in den Raum zwischen den Kapseln und der Mauer gegossen wird, ersetzt werden. Diese Variante wird bevorzugt mit einer Kapselverteilung verwirklicht, wie sie in den Fig. 5 bis 7 dargestellt ist, in welchen die Anordnung der Kapseln durch Paare von Streifen eine Abschirmung bildet, die verhindert, daß der Mörtel in den Raum zwischen Kapsel und Scheibe eindringt. In dem Fall, in dem diese Variante mit einer wie in Fig. 2 dargestellten Kapselverteilung verwirklicht wird, ist es erforderlich, für jeden Streifen eine Unterteilung zwischen den Kapseln vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Solarwand erlaubt somit, eine bis zum heutigen Tag nicht bekannte, dauerhafte Kombination unterschiedlicher Funktionen zu verwirklichen: Absorption der Sonnenstrahlung, Wärmetransport, Wärmespeicherung, Sonnenblende und Isolierung.

Claims

1. Absorptionswand für Sonnenwärme mit Latentwärme-Akkumulatorkapseln (9; 9', 9''), dadurch gekennzeichnet, daß die Kapseln so angeordnet sind, daß gut wärmeleitende Streifen (4) gebildet werden, daß diese Streifen übereinanderliegend angeordnet sind und daß sie von der umgebenden Luft durch eine Scheibe (2) getrennt sind.

2. Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rahmen (1) umfaßt, der zur Befestigung an einer Mauer (3) ausgebildet ist, wobei die Scheibe (2) an der außenliegenden Seite des Rahmens angebracht ist und die Streifen (4) mit den Kapseln (9; 9', 9'') im Innern des Rahmens übereinanderliegend angeordnet sind.

3. Wand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus Stahlwolle (5) dergestalt zwischen der Mauer und dem Rahmen (1) angeordnet ist, daß die Stahlwolle durch die innenliegenden Ränder der Streifen (4) gegen die Mauer gepreßt wird.

4. Wand nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlwolle mit einem dunkelfarbigen Überzug versehen ist.

5. Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ganze derart angeordnet ist, daß ein Zwischenraum zwischen den äußeren Rändern der Streifen (4) und der Scheibe (2) vorhanden ist, um die Bildung von Kältebrücken zu verhindern.

6. Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (4) paarweise angeordnet sind, wobei einer der Streifen eines Paares dergestalt gedreht ist, daß seine Wärme-Akkumulatorkapseln (9') mit dem Kopf nach oben angeordnet sind, der andere Streifen des Paares dergestalt gedreht ist, daß seine Wärme- Akkumulatorkap-seln (9'') mit dem Kopf nach unten angeordnet sind, und die beiden Streifen des Paares dergestalt gegeneinander versetzt sind, daß sich ihre Kapseln (9') bzw. (9'') ineinander verschachteln.

7. Wand nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Schichten von Streifen mit Kapseln umfaßt, die hintereinander hinter der Scheibe angeordnet sind.

8. Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die sich auf der der Scheibe zugewandten Seite befindenden Teile der Kapseln (9; 9', 9'') einen dunkelfarbigen Überzug aufweisen.

9. Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Ränder (10) der Streifen abwechselnd unterschiedlich breit sind dergestalt, daß der breitere Rand (10) eine Sonnenblende bildet, die die sommerliche Sonnenstrahlung (11) abfängt, die winterliche Sonnenstrahlung jedoch passieren läßt.

10. Wand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Streifen (4) mit einer Aluminiumschicht überzogen ist.