Anordnung zum Aufnehmen von Solarenergie an Gebäuden Arrangement for absorbing solar energy on buildings
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufnehmen von Energie, die als Strahlungs- und/oder Wärmeenergie aus der äußeren Umgebung eines Gebäudes auf Bereiche der Außenhaut des Gebäudes einwirkt, mit einer Schicht aus wärmedämmendem Material, die unter ausgewählten Außenhautbereichen angeordnet ist, wobei zwischen dieser Schicht und den Außenhautbereichen Luftkonvektionskanäle gebildet sind, und mit einer Luftüberführungseinrichtung zum Überführen von Luft aus den Luftkon- vektionskanälen an eine Nutzwärmesenke.The invention relates to an arrangement for absorbing energy which acts as radiation and / or thermal energy from the external environment of a building on areas of the outer skin of the building, with a layer of heat-insulating material which is arranged under selected outer skin areas, between this layer and the outer skin areas are formed air convection channels, and with an air transfer device for transferring air from the air convection channels to a useful heat sink.
Anordnungen zum Aufnehmen von Solarenergie an Gebäuden sind vielfältig bekannt. Derzeit am meisten gebräuchlich sind Sonnenkollektoren in Form flacher Bauelemente, die auf einer der Sonne zugewandten Seite des Daches installiert werden und die Form flacher Gehäuse mit strahlungsdurchlässiger Oberfläche und einem mit einem Röhrensystem belegten Innenraum haben, der durch die Sonneneinstrahlung ähnlich einem Treibhaus aufgeheizt wird und die so gesammelte Wärme an eine in den Röhren strömende Flüssigkeit überträgt. Die Flüssigkeit wird dann einer Nutzwärmesenke zugeführt, z.B. der Verdampferseite einer Wärmepumpe oder direkt einem Wärmetauscher zur Warmwasserbereitung, um sie im Haushalt des Gebäudes als Brauchwasser oder zu Heizzwecken zu verwenden. Derartige Sonnenkollektoren sind empfindlich gegenüber mechanischen Einwirkungen und Verschmutzung, sie beeinträchtigen ferner das Aussehen des Daches, erfordern relativ aufwendige Installationsarbeiten und bedürfen häufiger Wartung.
Diese Probleme vermeidet ein aus der DE-A-28 09 442 bekanntes Dach, bei welchem die Dacheindeckung zwischen einem Abdichtbelag und einer Warmeisolierschicht angeordnete Zwischenräume aufweist, in denen eine Luftzirkulation zwischen einer in das Innere des Gebäudes weisenden ersten Öffnung und einer nach außerhalb des Gebäudes weisenden zweiten Öffnung stattfindet. Die sich in den Zwischenräumen infolge Sonneneinstrahlung auf die Außenhaut erwärmende Luft kann zur Beheizung des Gebäudes genutzt werden, was naturlich nur m kälteren Jahreszeiten sinnvoll ist. Im Sommer wird die Luft aus dem Inneren des Hauses durch die Zwischenräume hindurch nach außen geleitet, um so zu verhindern, daß die Sonneneinstrahlung auf die Dachhaut sich durch einen Warmetausch in das Innere des Hauses übertragt. Im Sommer geht die Warme so ungenutzt verloren.Arrangements for absorbing solar energy on buildings are widely known. Currently, the most common are solar panels in the form of flat components, which are installed on a side of the roof facing the sun and have the shape of flat housings with a radiation-permeable surface and an interior covered with a tube system, which is heated up by solar radiation similar to a greenhouse and which transfers heat thus collected to a liquid flowing in the tubes. The liquid is then fed to a useful heat sink, for example the evaporator side of a heat pump or directly to a heat exchanger for hot water preparation, in order to use it in the household of the building as process water or for heating purposes. Such solar panels are sensitive to mechanical influences and dirt, they also impair the appearance of the roof, require relatively complex installation work and require frequent maintenance. These problems are avoided by a roof known from DE-A-28 09 442, in which the roof covering has gaps arranged between a sealing covering and a heat insulation layer, in which air circulation between a first opening pointing into the interior of the building and one outside the building pointing second opening takes place. The air that warms up in the spaces as a result of solar radiation on the outer skin can be used to heat the building, which of course only makes sense in colder seasons. In summer, the air from the inside of the house is passed through the gaps to the outside, in order to prevent the solar radiation on the roof skin from being transferred to the inside of the house by a heat exchange. In the summer, the heat is lost so unused.
Angesichts dieses Nachteils wird in der EP-A-0 033 145 angeregt, m einem Dach für ein solarbeheiztes Haus einen Luftsammeiraum zum Erwarmen von Luft durch Warmeabsorption aus der auf das Dach eingestrahlten Sonnenenergie vorzusehen. Der unter dem Dachfirst angeordnete und mit Lichtstrahlung nach innen durchlassende formplattengedeckte Luftsammeiraum enthalt spezielle Rohrkollektoren mit geschlossenem Flussig- keitskreislaufsystem und ist außerdem über Zu- und Abluftka- nale mit dem Inneren des Hauses verbunden. In den unter der Dachhaut verlaufenden Zuluftkanalen zum Luftsammeiraum entsteht ein Luftisolationspolster, das bei Sonneneinstrahlung durch Konvektion in Bewegung versetzt wird, so daß ein Luftaustausch zwischen diesen Kanälen und dem Luftsammeiraum auftreten kann. Die in den Rohrkollektoren erwärmte Flüssigkeit dient zum Betrieb eines Wärmetauschers, der direkt an den Wasserkreislauf des Hauses angeschlossen ist.In view of this disadvantage, it is suggested in EP-A-0 033 145 to provide an air collection space in a roof for a solar-heated house for heating air by means of heat absorption from the solar energy radiated onto the roof. The air-collecting space, which is arranged under the roof ridge and allows light radiation to pass inwards, contains special tube collectors with a closed fluid circulation system and is also connected to the interior of the house via supply and exhaust air ducts. An air insulation cushion is created in the supply air ducts to the air collection space running under the roof skin, which is set into motion by convection when exposed to sunlight, so that an air exchange can occur between these ducts and the air collection space. The liquid heated in the tube collectors is used to operate a heat exchanger that is directly connected to the water circuit in the house.
Auch dieses Solarsystem bedarf aufwendiger Eingriffe m die Konstruktion des Daches. Dies betrifft sowohl das Einrichten des Luftsammeiraumes und der darin befindlichen Rohrkollekto-
ren unter dem Dachfirst als auch die Bildung der Dachabdek- kung an diesem Ort, wo anstelle der ansonsten verwendeten Eindeckung gesonderte transparente Formplatten anzuordnen sind.This solar system also requires extensive intervention in the construction of the roof. This applies both to setting up the air collection space and the pipe collectors located in it. under the roof ridge as well as the formation of the roof covering at this location, where separate, transparent molded panels have to be arranged instead of the roofing otherwise used.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die aus der äußeren Umgebung eines Gebäudes auf Bereiche der Außenhaut des Gebäudes einwirkende Strahlungs- und/oder Wärmeenergie nutzbringend mittels einer Anordnung aufzunehmen, die das äußere Erscheinungsbild des Gebäudes wenig beeinträchtigt, einfach zu installieren ist und dennoch einen zufriedenstellenden Ausnutzungsgrad der von außen einwirkenden Energie sicherstellt .The object of the present invention is to take advantage of the radiation and / or thermal energy acting on the outer skin of the building from the external environment of a building by means of an arrangement which has little effect on the external appearance of the building, is easy to install and yet has one ensures a satisfactory level of utilization of the external energy.
Diese Aufgabe ist durch die Erfindung bei einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the invention in an arrangement with the features of claim 1. Advantageous refinements and developments of the arrangement according to the invention are the subject of the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Aufnehmen von Energie, die als Strahlungs- und/oder Wärmeenergie aus der äußeren Umgebung eines Gebäudes auf Bereiche der Außenhaut des Gebäudes einwirkt, enthält eine Schicht aus wärmedämmendem Material, die unter ausgewählten Außenhautbereichen angeordnet ist, wobei zwischen dieser Schicht und den Außenhautbereichen Luftkonvektionskanäle gebildet sind, und eine Luftüberführungseinrichtung zum Überführen von Luft aus den Luftkonvektions- kanälen an eine Nutzwärmesenke. Innerhalb der Luftkonvektionskanäle ist ein luftdurchlässiger Trockenabsorber mit hohem Strahlungsabsorptionsvermögen und hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet, der sich im wesentlichen parallel zur Außenhaut über die Länge und Breite der Luftkonvektionskanäle erstreckt. Die Luftüberführungseinrichtung leitet diejenige Luft, die den Trockenabsorber durchströmt hat, an die Nutzwärmesenke .
Die erfindungsgemäße Anordnung kann sowohl an Bereichen der seitlichen Außenhaut (also an Seitenwänden) als auch unter der Dachhaut installiert werden und erzielt einen Nutzeffekt auch bei Verwendung herkömmlicher Baumaterialien für diese Außenhautbereiche. Besonders vorteilhaft ist es natürlich, den betreffenden Außenhautbereichen ein gutes Strahlungsabsorptionsvermögen zu geben, so daß ein möglichst geringer Teil der einfallenden Strahlungsenergie durch Reflexion verlorengeht. Aber auch im Falle weniger gut abstrahlungsabsor- bierender Außenhautbereiche kann sich ein Nutzeffekt schon durch den stofflichen Kontakt der Außenhaut mit warmer Umgebungsluft einstellen.An arrangement according to the invention for absorbing energy which acts as radiation and / or thermal energy from the external environment of a building on areas of the outer skin of the building contains a layer of heat-insulating material which is arranged under selected outer skin areas, between this layer and the Air convection channels are formed in the outer skin areas, and an air transfer device for transferring air from the air convection channels to a useful heat sink. An air-permeable dry absorber with high radiation absorption capacity and high thermal conductivity is arranged within the air convection channels and extends essentially parallel to the outer skin over the length and width of the air convection channels. The air transfer device directs the air that has flowed through the dry absorber to the useful heat sink. The arrangement according to the invention can be installed both on areas of the lateral outer skin (that is on side walls) and under the roof skin and achieves a useful effect even when using conventional building materials for these outer skin areas. It is of course particularly advantageous to give the relevant outer skin areas good radiation absorption capacity, so that the smallest possible part of the incident radiation energy is lost by reflection. But even in the case of less good radiation-absorbing outer skin areas, a useful effect can be achieved by the material contact of the outer skin with warm ambient air.
Wenn die erfindungsgemäße Anordnung unter der Dachhaut installiert wird, bringen herkömmliche Eindeckungen wie Tonoder Betonziegel, Natur- oder Kunstschiefer, Wellplatten aus Hartfaserzement oder Hartfaserbitumen oder Stahlblech, verzinkte Trapezbleche oder auch Kupferbleche eine zufriedenstellende Wirkung, falls sie direkt auf den Dachlatten verlegt sind. Vorzugsweise sind die betreffenden Außenhautbereiche, insbesondere wenn es sich um Ziegel handelt, mit einer selektiven Beschichtung versehen.If the arrangement according to the invention is installed under the roof skin, conventional coverings such as clay or concrete tiles, natural or synthetic slate, corrugated sheets made of hard fiber cement or hard fiber bitumen or steel sheet, galvanized trapezoidal sheets or copper sheets bring a satisfactory effect if they are laid directly on the roof battens. The relevant outer skin areas, in particular when it is brick, are preferably provided with a selective coating.
Die erfindungsgemäße Anordnung kommt ohne Röhrenkollektoren mit Flüssigkeitskreislauf aus und benötigt auch keine transparenten Platten, wie sie bei herkömmlichen Solarkollektoren zur Erzielung des Treibhauseffektes verwendet werden. Die mit der Erfindung geschaffene Möglichkeit, herkömmliche Außenhautelemente oder -materialien einzusetzen oder beizubehalten, ist vorteilhaft sowohl aus ästhetischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen. Einer eventuell zu befürchtenden Verminderung des Wirkungsgrades durch den Wegfall des Treibhauseffektes wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch eine Mehrzahl anderer Ausnutzungsfaktoren entgegengewirkt, wenn sie nicht sogar mehr als ausgeglichen wird.
Erstens können größere Bereiche der Außenhaut genutzt werden, auch solche, bei denen aus architektonischen Gründen keine herkömmlichen Sonnenkollektoren angeordnet werden können. Zweitens wird der Mangel an Strahlungstransparenz normaler Außenhautmaterialien aufgewogen durch die Ausnutzung der War- meabsorptionsfahigkeit und der Warmespeicherfahigkeit , die solche Materialien aufweisen. So wird nicht nur die Strah- lungsenergie des Sonnenlichtes, sondern auch die Wärmeenergie der über die Außenhaut stromenden Umgebungsluft aufgenommen, was bei herkömmlichen Sonnenkollektoren nicht der Fall ist. Auf diese Weise kann jede Erwärmung der Außenhaut nutzbringend abgeleitet werden, z.B. auch in Nachtstunden wahrend des Sommers, in denen die Außenhaut infolge Speicherung der Tageswarme noch erhöhte Temperatur hat oder eventuell durch laue Nachtluft erwärmt wird. Ein dritter Faktor ist das Vorhandensein des erfindungsgemaßen Trockenabsorbers, der zum einen durch seine strahlungsabsorbierende Wirkung und zum anderen durch seine Wärmeleitfähigkeit einen hohen Wirkungsgrad der Wärmeübertragung von den erwärmten Außenhautbereichen zur Nutzwarmesenke gewährleistet. Vorzugsweise besteht der Trok- kenabsorber aus einem schwarzmatt lackierten oder eloxierten Metallgestrick, z.B. aus Aluminium. Trockenabsorber aus Metallgestrick sind an sich aus der WO 94/19652 bekannt, und zwar zum Aufnehmen direkter Sonneneinstrahlung.The arrangement according to the invention does not require tube collectors with a liquid circuit and does not require any transparent plates, as are used in conventional solar collectors to achieve the greenhouse effect. The possibility created by the invention of using or maintaining conventional outer skin elements or materials is advantageous for both aesthetic and economic reasons. A possible fear of a reduction in efficiency due to the elimination of the greenhouse effect is counteracted in the arrangement according to the invention by a plurality of other utilization factors if it is not even more than compensated for. Firstly, larger areas of the outer skin can be used, even those in which, for architectural reasons, conventional solar panels cannot be arranged. Second, the lack of radiation transparency of normal skin materials is offset by the exploitation of the heat absorption and heat storage capabilities of such materials. Not only is the radiation energy from sunlight absorbed, but also the thermal energy from the ambient air flowing through the outer skin, which is not the case with conventional solar collectors. In this way, any warming of the outer skin can be derived, for example, even during the night during summer, when the outer skin is still at a higher temperature due to the storage of the daytime heat or may be warmed by mild night air. A third factor is the presence of the dry absorber according to the invention, which on the one hand ensures a high efficiency of heat transfer from the heated outer skin areas to the useful heat sink due to its radiation-absorbing effect and on the other hand through its thermal conductivity. The dry absorber preferably consists of a black matt lacquered or anodized metal knitted fabric, for example of aluminum. Dry absorbers made of knitted metal are known per se from WO 94/19652, specifically for absorbing direct sunlight.
Besonders gunstig ist es, wenn in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Trockenabsorber im Abstand sowohl zur Außenhaut als auch zur warmedammenden Schicht angeordnet ist, um die Luftkonvektionskanäle jeweils in eine zur Außenhaut gewandte primäre Stromungskammer und eine zur warmedammenden Schicht gewandte sekundäre Stromungskammer zu unterteilen, wobei die Luftuberfuhrungseinrichtung Luft aus der sekundären Stromungskammer zur Nutzwarmesenke leitet. Vorzugsweise ist die warmedammende Schicht auf ihrer die Luftkonvektionskanäle begrenzenden Innenflache mit einem wärmere-
flektierenden Belag versehen.It is particularly advantageous if, in an advantageous embodiment of the invention, the dry absorber is arranged at a distance from both the outer skin and the heat-insulating layer in order to divide the air convection channels into a primary flow chamber facing the outer skin and a secondary flow chamber facing the heat-insulating layer, whereby the air transfer device directs air from the secondary flow chamber to the useful heat sink. The heat-insulating layer is preferably provided on its inner surface delimiting the air convection channels with a warmer reflective covering.
Es können für die Bildung der Luftkonvektionskanäle Hohlsteine verwendet werden, deren Zulufteinlaß sich am unteren Ende und deren Abluftauslaß sich am oberen Ende befindet. Vorteilhaft ist dann die Anordnung der Zuluftkanäle jeweils zwischen diesen Hohlsteinen, wobei zweckmäßig für die Bildung der Zuluftkanäle ebenfalls Hohlsteine verwendet werden.Hollow stones can be used for the formation of the air convection channels, the inlet air inlet of which is located at the lower end and the outlet air outlet of which is located at the upper end. It is then advantageous to arrange the supply air ducts in each case between these hollow blocks, whereby hollow blocks are also expediently used for the formation of the supply air ducts.
Als Nutzwärmesenke können Wärmeverbraucher oder Wärmespeicher beliebiger Art verwendet werden. Während der Tagesstunden oder bei nicht benötigter Raumheizung kann die Luft aus den Luftkonvektionskanälen der erfindungsgemäßen Anordnung einem Wärmetauscher und/oder einem Wärmespeicher zugeführt werden, etwa zur Warmwasserbereitung, gewünschtenfalls über eine Wärmepumpe .Heat consumers or heat stores of any kind can be used as the useful heat sink. During the daytime or when room heating is not required, the air from the air convection channels of the arrangement according to the invention can be fed to a heat exchanger and / or a heat store, for example for hot water preparation, if desired via a heat pump.
Zum Betrieb von Wärmetauschern oder zur Aufladung von Wärmespeichern wird die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erwärmte Luft vorzugsweise in einem geschlossenen Kreislauf geführt, d.h. der Abluftauslaß der Nutzwärmesenke ist mit einem Zulufteinlaß der Luftkonvektionskanäle verbunden, während der Abluftauslaß der Konvektionskanäle zum Zulufteinlaß der Nutzwärmesenke führt, wobei dieser Kreislauf vorzugsweise durch ein Gebläse angetrieben wird.For the operation of heat exchangers or for charging heat stores, the air heated with the arrangement according to the invention is preferably conducted in a closed circuit, i.e. the exhaust air outlet of the useful heat sink is connected to a supply air inlet of the air convection channels, while the exhaust air outlet of the convection channels leads to the supply air inlet of the useful heat sink, this circuit preferably being driven by a blower.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist ganz besonders geeignet zum Aufladen eines Langzeit-Wärmespeichers, der z.B. ein im Erdreich versenkter Flüssigkeitstank sein kann. In diesem Fall kann die in den Luftkonvektionskanälen der erfindungsgemäßen Anordnung erwärmte Luft auf die Primärseite eines Wärmetauschers gegeben werden, dessen sekundäre Seite von der Speicherflüssigkeit des Tanks durchströmt wird. Auf diese Weise kann die Strahlungs- bzw. Wärmeenergie, die während der gesamten warmen Jahreszeit auf das Gebäude einwirkt, im Langzeit-Wärmespeicher akkumuliert werden, um dann während der
kalten Jahreszeit im Gebäude zu Heizzwecken benutzt zu werden, gewünschtenfalls unter Zwischenschaltung einer Wärmepumpe .The arrangement according to the invention is particularly suitable for charging a long-term heat store, which can be, for example, a liquid tank sunk into the ground. In this case, the air heated in the air convection channels of the arrangement according to the invention can be given to the primary side of a heat exchanger, the secondary side of which is flowed through by the storage liquid of the tank. In this way, the radiation or heat energy, which acts on the building during the entire warm season, can be accumulated in the long-term heat accumulator, and then during the to be used in the building during the cold season for heating purposes, if necessary with the interposition of a heat pump.
Diese Anwendungsart trägt den Eigenarten der erfindungsgemäßen Anordnung besonders gut Rechnung, da diese Anordnung den besten Wirkungsgrad entfaltet, wenn sie im Langzeitbetrieb während der gesamten warmen Jahreszeit arbeitet. Dies ist deswegen so, weil bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Wärmekapazität und auch das Speichervermögen der Baumaterialien der Außenhaut mitbestimmend sind und sich dadurch eine Trägheit ergibt, welche die Schwankungen der Solarenergie in ihren Auswirkungen auf die Wärmeleistung der Anordnung gleichsam glättet. Somit wird auch der Ausbeutungsgrad dieser Wärmeleistung am höchsten sein, wenn die Wärmesenke, also der Verbraucher der Wärmeleistung, möglichst stetig und ohne Stoßbetrieb die angebotene Wärmeleistung aufnimmt. Diese Bedingung ist mit dem Langzeitspeicher hervorragend erfüllt.This type of application takes into account the peculiarities of the arrangement according to the invention particularly well, since this arrangement develops the best efficiency if it works in long-term operation throughout the warm season. This is because, in the arrangement according to the invention, the heat capacity and also the storage capacity of the building materials of the outer skin are also determinative and this results in an inertia which, as it were, smoothes the effects of the fluctuations in solar energy on the thermal output of the arrangement. Thus the degree of exploitation of this heat output will also be highest if the heat sink, that is to say the consumer of the heat output, absorbs the offered heat output as steadily as possible and without surge operation. This condition is perfectly fulfilled with the long-term storage.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und besondere Vorzüge werden nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :Further details of the invention as well as advantageous refinements and special advantages are explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawing. Show it :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung;Fig. 1 is a schematic representation of an arrangement according to the invention;
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Bereich einesFig. 2 shows a vertical section through an area of a
Hausdaches, der mit einer erfindungsgemäßen Anordnung versehen ist;House roof, which is provided with an arrangement according to the invention;
Fig. 3A bis 3C3A to 3C
Einzelheiten der Installation der erfindungsgemäßen Anordnung zwischen den Sparren des in Fig. 2 dargestellten Daches;
Fig. 4 in perspektivischer Darstellung einen Teil einesDetails of the installation of the arrangement according to the invention between the rafters of the roof shown in Fig. 2; Fig. 4 shows a part of a perspective view
Streckgitters, wie es für den Aufbau des in der erfindungsgemäßen Anordnung enthaltenen Trockenabsorbers verwendet werden kann; undExpanded mesh, as can be used for the construction of the dry absorber contained in the arrangement according to the invention; and
Fig. 5A bis 5C5A to 5C
Einzelheiten des Aufbaus einer Seitenwand eines Gebäudes zur Realisierung der Erfindung.Details of the construction of a side wall of a building for realizing the invention.
In der Fig. 1 ist in Schnittansicht ein Bereich der Außenhaut 10 eines Gebäudes dargestellt, auf den Strahlungs- und/oder Wärmeenergie aus der Umgebung einwirkt, wie es mit dem eingezeichneten Sonnensymbol und dem Pfeilbundel angedeutet ist. Die Außenhaut 10 kann z.B. die Dachabdeckung des Gebäudes sein, etwa in Form von Ziegeln, die direkt auf Dachlatten verlegt sind. Unter der Außenhaut 10 befindet sich eine Dammschicht 20 aus warmeisolierendem Material. Die Dammschicht 20 ist so angeordnet, daß zwischen ihr und der Außenhaut 10 Raum für Luftströmung verbleibt. Innerhalb dieses Raumes erstreckt sich im wesentlichen parallel zur Außenhaut 10 ein luftdurchlässiger Trockenabsorber 30 mit hohem Strahlungsabsorptions- vermogen und hoher Wärmeleitfähigkeit. Der Trockenabsorber 30 teilt den Luftraum in eine zur Außenhaut 10 gewandte primäre Stromungskammer 41 und eine zur Dammschicht 20 gewandte sekundäre Stromungskammer 42. Die primäre Stromungskammer 41 ist mit einem Lufteinlaß 43 verbunden, der vorzugsweise an einem raumlich tieferliegenden Ende angeordnet ist. Die sekundäre Stromungskämmer 42 ist, vorzugsweise an einem hoher- liegenden Ende, mit einem Luftauslaß 44 verbunden.1 shows a section of an area of the outer skin 10 of a building, on which radiation and / or thermal energy from the environment acts, as indicated by the sun symbol and the bundle of arrows. The outer skin 10 can e.g. be the roof covering of the building, for example in the form of bricks, which are laid directly on roof battens. Under the outer skin 10 there is a dam layer 20 made of heat-insulating material. The dam layer 20 is arranged in such a way that space for air flow remains between it and the outer skin 10. An air-permeable dry absorber 30 with a high radiation absorption capacity and high thermal conductivity extends essentially parallel to the outer skin 10. The dry absorber 30 divides the air space into a primary flow chamber 41 facing the outer skin 10 and a secondary flow chamber 42 facing the dam layer 20. The primary flow chamber 41 is connected to an air inlet 43, which is preferably arranged at a spatially lower end. The secondary flow chamber 42 is connected to an air outlet 44, preferably at a higher end.
Der Luftauslaß 44 fuhrt zu einem Geblase 45 und von dort zum Lufteinlaß eines Luft/Wasser-Warmetauschers 50. Der Luftauslaß des Wärmetauschers 50 ist wiederum mit dem Lufteinlaß 43 der primären Stromungskammer 41 verbunden.
Die auf die Außenhaut 10 einwirkende Sonnenstrahlung und/oder Umgebungswarme fuhrt zur Erwärmung der Außenhaut. Die Warme der Außenhaut 10 übertragt sich durch stofflichen Kontakt an die m der primären Stromungskammer 41 stromende Luft und durch Strahlung an den Trockenabsorber 30, der dann die hm- durchstromende Luft zusätzlich erwärmt. Die Luftwarme wird im Wärmetauscher 50 an einen Wasserkreislauf übertragen, der über Vorlauf- und Rucklaufleitungen 61 bzw. 62, zugeordnete Steuerventile 63 bzw. 64 zur Aufladung eines Warmespeichers 66 geschaltet werden kann, angetrieben durch eine Pumpe 65. Der Warmespeicher 66, z.B. ein im Erdreich versenkter Wasserspeicher, ist im dargestellten Fall gemeinsam mit der Pumpe 65 über die Ventile 63 und 64 alternativ an die Verdampferseite einer Wärmepumpe 65 anschließbar, um die m ihm gespeicherte Wärmeenergie zum Betrieb einer Raumheizung H zu nutzen, etwa wahrend der kalten Jahreszeit.The air outlet 44 leads to a blower 45 and from there to the air inlet of an air / water heat exchanger 50. The air outlet of the heat exchanger 50 is in turn connected to the air inlet 43 of the primary flow chamber 41. The solar radiation and / or ambient heat acting on the outer skin 10 leads to the heating of the outer skin. The heat of the outer skin 10 is transmitted by material contact to the air flowing in the primary flow chamber 41 and by radiation to the dry absorber 30, which then additionally heats the air flowing through the skin. The air heat is transferred in the heat exchanger 50 to a water circuit, which can be switched via feed and return lines 61 and 62, associated control valves 63 and 64 for charging a heat storage device 66, driven by a pump 65. The heat storage device 66, for example an im Soil-buried water storage, can be connected together with the pump 65 via the valves 63 and 64 alternatively to the evaporator side of a heat pump 65 in order to use the thermal energy stored in it to operate a room heating H, for example during the cold season.
Die m Fig. 1 gezeigte Anordnung kann zur Aufladung des Warmespeichers 66 in Betrieb geschaltet werden, sobald und solange die Temperatur der Zuluft am Wärmetauscher 50 hoher als die Wassertemperatur m der Rucklaufleitung am Wärmetauscher ist. Diese Bedingung laßt sich durch ein Temparatursensorsy- stem am Wärmetauscher überwachen. Alternativ kann die Ein- und Ausschaltung des Ladebetriebs auch in Ansprache auf Außenluft-Temperaturfuhler, Voltaik-Solarzellen oder Außenhaut- Temperaturf hler erfolgen.The arrangement shown in FIG. 1 can be switched into operation for charging the heat storage device 66 as soon as and as long as the temperature of the supply air at the heat exchanger 50 is higher than the water temperature m of the return line at the heat exchanger. This condition can be monitored by a temperature sensor system on the heat exchanger. Alternatively, the charging mode can also be switched on and off in response to external air temperature sensors, voltaic solar cells or external skin temperature sensors.
Fig. 2 und 3A bis 3C zeigen Einzelheiten eines Beispiels für die Installation einer erfmdungsgemaßen Anordnung unter der Dachhaut eines Hauses . Im dargestellten Fall besteht die Dachhaut aus Ziegeln 10, die direkt auf den Dachlatten 11 verlegt sind. Die Ziegel 10 seien herkömmliche Ton- oder Betonziegel irgendeiner bekannten Form. Die Dachlatten 11 sind auf die Dachsparren 12 aufgenagelt, wie es in Fig. 3A und 3C zu erkennen ist, welche einen Schnitt senkrecht zur Zeichene-
102 and 3A to 3C show details of an example for the installation of an arrangement according to the invention under the roof skin of a house. In the case shown, the roof skin consists of bricks 10 which are laid directly on the roof battens 11. The bricks 10 are conventional clay or concrete bricks of any known shape. The roof battens 11 are nailed onto the rafters 12, as can be seen in FIGS. 3A and 3C, which show a section perpendicular to the drawing. 10
bene der Fig. 2 zeigen. In die Räume zwischen benachbarten Sparren 12 sind einzelne, im wesentlichen gleichartige Module eingepaßt, von denen eines m der Fig. 3B perspektivisch und geschnitten dargestellt ist. Jedes Modul weist eine die Dammschicht 20 bildende Platte aus Kunststoff-Hartschaum wie z.B. Polyurethanschaum auf, deren Breite dem Zwischenraum zwischen den Sparren 12 entspricht und die an ihrer Oberseite mehrere beabstandete, sich in Längsrichtung erstreckende Mittelstege 21 und zwei am Rand liegende Außenstege 22 hat. Die Außenstege 22 sind hoher als die Mittelstege 21 und haben an ihrer Innenseite jeweils eine Schulter in einer Hohe, die der Hohe der Mittelstege 21 entspricht. Die Mittelstege 21 und die Schultern der Außenstege 22 bilden die Auflage für den Trok- kenabsorber 30, der ein Metallgestrick ist, bestehend aus mehreren ubereinanderliegenden und schwarzmatt lackierten Aluminium-Streckgittern . Die oberen Enden der Randstege 22 stehen über die Oberseite des Trockenabsorbers 30 vor. Auf der Unterseite der Dammschichtplatte 20 befindet sich eine Tragerplatte 23 aus Gips oder Hartfaser.plane of Fig. 2 show. Individual, essentially similar modules are fitted into the spaces between adjacent rafters 12, one of which is shown in perspective and in section in FIG. 3B. Each module has a sheet of rigid plastic foam forming the dam layer 20, e.g. Polyurethane foam, the width of which corresponds to the space between the rafters 12 and which has on its upper side a plurality of spaced-apart, longitudinally extending central webs 21 and two outer webs 22 lying on the edge. The outer webs 22 are higher than the central webs 21 and each have a shoulder on their inside at a height that corresponds to the height of the central webs 21. The middle webs 21 and the shoulders of the outer webs 22 form the support for the dry absorber 30, which is a knitted metal fabric, consisting of several superimposed and matt black lacquered aluminum expanded grids. The upper ends of the edge webs 22 protrude above the top of the dry absorber 30. A support plate 23 made of gypsum or hard fiber is located on the underside of the dam layer plate 20.
Die Dicke des gesamten Moduls nach Fig. 3B ist gleich der Dicke der Dachsparren 12, so daß nach Einfügung des Moduls zwischen die Dachsparren 12, wobei der obere Rand der Seitenstege 22 gegen die Dachlatten 11 stoßt, die Unterseite der Tragerplatte 23 bundig mit der Unterseite der Dachsparren 12 ist. Somit wird ein glatter durchgehender Deckenabschluß im Dachraum gebildet. Die Höhe der Mittelstege 21 und der Schultern an den Seitenstegen 22 und die gesamte Hohe dieser Seitenstege 22 sind so bemessen, daß sowohl auf der zur Dachhaut 10 gewandten Seite des Trockenabsorbers 30 als auch auf der zur Dammschichtplatte 20 gewandten Seite jeweils genügend große Luftkanale 41 bzw. 42 für ausreichende Konvektion bleiben, wie m Fig. 3C erkennbar, welche das Modul nach Fig. 3B im eingebauten Zustand zeigt.
113B is equal to the thickness of the rafters 12, so that after the module has been inserted between the rafters 12, the upper edge of the side webs 22 abutting the roof battens 11, the underside of the support plate 23 is flush with the underside the rafters is 12. This creates a smooth, continuous ceiling in the attic. The height of the center webs 21 and the shoulders on the side webs 22 and the total height of these side webs 22 are dimensioned such that both on the side of the dry absorber 30 facing the roof skin 10 and on the side facing the dam layer plate 20, respectively, sufficiently large air channels 41 and 42 for sufficient convection remain, as can be seen in FIG. 3C, which shows the module according to FIG. 3B in the installed state. 11
Die Module nach Fig. 3B können als maßgerechte Baufertigelemente hergestellt werden und in bereits vorhandene Dachkonstruktionen mit wenig Aufwand eingebaut werden, so daß die erfindungsgemäße Anordnung auch für Altbauten verwendet werden kann. Eine Neubedachung ist nicht erforderlich. Vorzugsweise sind die Oberseite der Dämmschichtplatte 20 und auch deren Mittel- und Seitenstege 21 bzw. 22 mit Aluminiumfolie kaschiert, um die Wärmerückstrahlung zum Trockenabsorber 30 zu verbessern und damit den Nutzwirkungsgrad der gesamten Anordnung zu erhöhen. Zusätzlich zu der hauptsächlich angestrebten Wirkung der Aufnahme der Umgebungswärme wird durch die Anordnung auch noch eine Dämmung des Daches gegen Wärmeverluste nach außen im Winter erreicht.The modules according to FIG. 3B can be produced as ready-to-build elements and can be installed in existing roof structures with little effort, so that the arrangement according to the invention can also be used for old buildings. A new roofing is not necessary. The top side of the insulation layer panel 20 and also its middle and side webs 21 and 22 are preferably laminated with aluminum foil in order to improve the heat reflection to the dry absorber 30 and thus to increase the efficiency of the entire arrangement. In addition to the main objective of absorbing ambient heat, the arrangement also insulates the roof against heat loss to the outside in winter.
Der Trockenabsorber 30 kann, wie bereits erwähnt, ein Metallgestrick aus mehreren übereinanderliegenden, schwarzlackierten Aluminium-Streckgittern sein. Vorzugsweise werden mindestens sieben Lagen aus Langsteg-Streckgittern verwendet, für eine Gesamtstärke des Trockenabsorbers von mindestens 16 mm und maximal 20 mm und für eine innere Oberfläche von 3,6 bis 4 m2/m2. Hierzu können sieben Streckgitter-Lagen mit folgender Dimensionierung verwendet werden:As already mentioned, the dry absorber 30 can be a knitted metal fabric made of a plurality of black-lacquered aluminum expanded metal meshes lying one above the other. Preferably at least seven layers of long web expanded metal are used, for a total thickness of the dry absorber of at least 16 mm and a maximum of 20 mm and for an inner surface of 3.6 to 4 m 2 / m 2 . Seven expanded metal layers with the following dimensions can be used for this:
a) Oberlage aus Langsteg-Streckgitter Maschenlänge 20 mma) Top layer made of long web expanded mesh, mesh length 20 mm
Knotenlänge 4 mmKnot length 4 mm
Knotenbreite 4 mmKnot width 4 mm
Stegbreite 2 mmBridge width 2 mm
Stegdicke 0,2 mmWeb thickness 0.2 mm
b) zwei Lagen mit gleichen Daten wie a) , jedoch Stegdicke 0,1 mm
12b) two layers with the same data as a), but web thickness 0.1 mm 12
c) drei Lagen aus Langsteg-Streckgitter Maschenlange 12 mmc) three layers of long web expanded metal mesh 12 mm long
Knotenlange 2 mmKnot length 2 mm
Knotenbreite 2 mmKnot width 2 mm
Stegbreite 1 mmBridge width 1 mm
Stegdicke 0,1 mmBridge thickness 0.1 mm
d) Abschlußlage Langsteg-Streckgitter mit gleichen Daten wie c) , jedoch Stegdicke 0,2 mmd) End position of long-wall expanded metal with the same data as c), but web thickness 0.2 mm
Die Bedeutung der einzelnen Begriffe "Maschenlange", "Knotenlange", "Knotenbreite", "Stegbreite" und "Stegdicke" ergibt sich aus Fig. 4, wobei a die Maschenlange, b die Knotenlange, c die Knotenbreite, d die Stegbreite, e die Stegdicke und S die Strömung zeigt. Die Dimension "Lange" geht jeweils in Richtung der Luftströmung, wahrend die Dimensionen "Breite" und "Dicke" m einer dazu senkrechten Ebene gerichtet sind.The meaning of the individual terms "mesh length", "knot length", "knot width", "web width" and "web thickness" results from Fig. 4, where a is the mesh length, b the knot length, c the knot width, d the web width, e the Bridge thickness and S shows the flow. The dimension "long" goes in the direction of the air flow, while the dimensions "width" and "thickness" are directed in a plane perpendicular thereto.
Statt der erwähnten und m den Figuren 2, 3A und 3C gezeigten Ziegel kann die Außenhaut 10 auch Natur- oder Kunstschiefer- elemente aufweisen, jeweils auf Lattenrost verlegt. Alternativ kann die Außenhaut auch gebildet sein durch Wellformplatten aus Mineralfaserzement oder Stahlblech oder Hartfaserbitumen. Verwendbar ist auch verzinktes und mattlackiertes Trapezblech oder schwarz-oxidiertes Kupferblech. Dies seien nur Beispiele für bevorzugte Ausgestaltungen der Außenhaut, wobei die mit der erfmdungsgemaßen Anordnung auszustattenden Außenhautbereiche nicht nur am Dach, sondern auch an Seiten- wanden des Gebäudes liegen können.Instead of the bricks mentioned and shown in FIGS. 2, 3A and 3C, the outer skin 10 can also have natural or artificial slate elements, each laid on a slatted frame. Alternatively, the outer skin can also be formed by corrugated sheets made of mineral fiber cement or steel sheet or hard fiber bitumen. Galvanized and matt lacquered trapezoidal sheet or black-oxidized copper sheet can also be used. These are only examples of preferred configurations of the outer skin, wherein the outer skin areas to be equipped with the arrangement according to the invention can lie not only on the roof but also on the side walls of the building.
Die Fig. 5A bis 50 zeigen Einzelheiten eines Beispiels für die Anwendung der Erfindung an der Seitenwand eines Gebäudes. Im dargestellten Fall ist die tragende Konstruktion der Seitenwand ein Mauerwerk 70 aus warmedammenden Ziegeln 71, wie am deutlichsten m Fig. 5A zu erkennen ist, welche einen Horizontalschnitt durch die in perspektivischer Ansicht m Fig.
135A to 50 show details of an example of the application of the invention to the side wall of a building. In the case shown, the supporting structure of the side wall is a masonry 70 made of heat-insulating bricks 71, as can be seen most clearly in FIG. 5A, which is a horizontal section through the perspective view in FIG. 13
5B veranschaulichte Seitenwand zeigt. Das Mauerwerk 70 bildet zugleich die Dammschicht der erfmdungsgemaßen Anordnung. Die Ziegel 71 sind vorzugsweise sogenannte "Poroton"-Zιegel, bestehend aus porösem Ton, dessen Porosität durch Beifügung von Hartschaumpartikeln vor dem Brennen erzielt wird.5B shows illustrated sidewall. The masonry 70 also forms the dam layer of the arrangement according to the invention. The bricks 71 are preferably so-called "Poroton" tiles, consisting of porous clay, the porosity of which is achieved by adding hard foam particles before firing.
Auf der nach außen weisenden Seite des warmedammenden Mauerwerkes 70 befindet sich eine Lage aus Hohlsteinen 80 erster Art und Hohlsteinen 90 zweiter Art. Die Hohlsteine bestehen vorzugsweise aus gebranntem Ton (Hohlziegelsteme) . Die Hohlräume m den Hohlsteinen 80 der ersten Art sind jeweils begrenzt durch eine am Mauerwerk 70 lehnende hintere Wandung 81, eine im Abstand und parallel dazu verlaufende vordere Wandung 82 und zwei Seitenwandungen 83 und 84. Die vorderen Wandungen 82 der Hohlsteine 80 bilden die Außenhaut, auf welche die Strahlungs- und/oder Wärmeenergie aus der äußeren Umgebung des Gebäudes einwirkt.On the outward-facing side of the heat-insulating masonry 70 there is a layer of hollow bricks 80 of the first type and hollow bricks 90 of the second type. The hollow bricks preferably consist of fired clay (hollow brick systems). The cavities in the hollow bricks 80 of the first type are each delimited by a rear wall 81 leaning against the masonry 70, a front wall 82 running at a distance and parallel to it and two side walls 83 and 84. The front walls 82 of the hollow bricks 80 form the outer skin, to which the radiation and / or thermal energy acts from the external environment of the building.
Die Hohlräume in den Hohlsteinen 80 bilden Luftkonvektionskanäle, die durch die Trockenabsorber 30 in jeweils die primäre Stromungskammer 41 und die sekundäre Stromungskammer 42 unterteilt werden. Die Trockenabsorber 30 können so ausgebildet sein, wie es oben m Verbindung mit den Figuren 3A bis 30 und 4 beschrieben wurde. Die Trockenabsorber 30 werden an ihren Seitenrandern jeweils einer Nut gehalten, welche zwischen einem Paar langgestreckter Vorsprunge m jeder Seitenwandung 83 und 84 der Hohlsteine 80 gebildet ist. Teile der Innenflache der Hohlsteine 80, zumindest die Innenflache der hinteren Wandung 82, sind vorzugsweise aluminiumkaschiert, um Warme- ruckstrahlung zum Trockenabsorber zu verbessern.The cavities in the hollow stones 80 form air convection channels which are divided into the primary flow chamber 41 and the secondary flow chamber 42 by the dry absorbers 30. The dry absorbers 30 can be designed as described above in connection with FIGS. 3A to 30 and 4. The dry absorbers 30 are each held on their side edges by a groove which is formed between a pair of elongated projections m in each side wall 83 and 84 of the hollow blocks 80. Parts of the inner surface of the hollow blocks 80, at least the inner surface of the rear wall 82, are preferably aluminum-clad in order to improve heat reflection to the dry absorber.
Die Hohlsteine 90 der zweiten Art bilden Zuluftkanale 95 für die primären Stromungskammern 41 in den Hohlsteinen 80. Die Hohlsteine 90 bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material und haben gleiche Dicke wie die Hohlsteine 80 und sind seitlich neben letzteren angeordnet, und zwar so, daß eine Sei-
14The hollow blocks 90 of the second type form supply air channels 95 for the primary flow chambers 41 in the hollow blocks 80. The hollow blocks 90 are preferably made of the same material and have the same thickness as the hollow blocks 80 and are arranged laterally next to the latter, in such a way that they are - 14
tenwandung eines jeden Hohlsteins 80 an einer Seitenwandung eines Hohlsteins 90 anliegt. Jeder Zuluftkanal 95 ist nahe seinem unteren Ende über seitliche Luftdurchlasse 43 mit der primären Stromungskammer 41 der jeweils benachbarten Hohlsteine 80 verbunden, wie gestrichelt m der perspektivischen Darstellung der Fig. 5B und m der vertikalen Schnittdarstellung der Fig. 50, die einen Schnitt längs Linie C-C in Fig. 5A zeigt, angedeutet ist. Die Hohlsteine 90 sind relativ schmal gehalten, vorzugsweise weniger als 1/3 der Breite der Hohlsteine 80. In der zur Ebene des Mauerwerkes 70 orthogonalen Richtung haben die Hohlsteine 80 und 90 vorzugsweise gleiche Abmessung.tenwandung of each hollow block 80 abuts a side wall of a hollow block 90. Each supply air duct 95 is connected near its lower end via side air passages 43 to the primary flow chamber 41 of the respectively adjacent hollow blocks 80, as shown in dashed lines in the perspective view of FIG. 5B and in the vertical sectional view of FIG. 50, which is a section along line CC 5A, is indicated. The hollow blocks 90 are kept relatively narrow, preferably less than 1/3 of the width of the hollow blocks 80. In the direction orthogonal to the level of the masonry 70, the hollow blocks 80 and 90 preferably have the same dimensions.
Im Betrieb wird die zu erwärmende Kaltluft oben m die Zu- luftkanale 95 eingeleitet, um dann an deren unteren Enden durch die seitlichen Durchlasse 43 in die primäre Stromungskammern 41 zu fließen, wo sie unter Erwärmung die Trockenabsorber 30 durchströmt und am oberen Ende der Hohlsteine 80 aus den sekundären Stromungskammern 42 abgezogen wird, um zur Nutzwarmesenke zu gelangen, beispielsweise zu dem Fig. 1 dargestellten Wärmetauscher 50.In operation, the cold air to be heated is introduced at the top of the supply air ducts 95, in order to then flow at its lower ends through the side passages 43 into the primary flow chambers 41, where it flows through the dry absorbers 30 under heating and at the upper end of the hollow blocks 80 is withdrawn from the secondary flow chambers 42 in order to arrive at the useful heat sink, for example to the heat exchanger 50 shown in FIG. 1.
In vorteilhafter Ausfuhrungsform können die mit der erfin- dungsgemaßen Anordnung genutzten Außenhautbereiche auf ihrer Außenflache mit einer zusatzlichen selektiven Beschichtung versehen sein, welche die Ruckstrahlung vermindert. So können z.B. Ziegel derart beschichtet werden, daß die Ruckstrahlung im Bereich von 80-120 my selektiv ist und Strahlen in diesem Bereich nicht durchgelassen werden. Als Beschichtung können entweder Keramikfarben, Keramikembrennfarben für Ziegel oder aber, bei alten Dachziegeln, Beschichtungsfarben aufgetragen werden. Alte Dacher sind vorher mit einer Remigungsflussig- keit und anschließendem Auftragen eines Antikorrosionsmateri- als zu behandeln.
In an advantageous embodiment, the outer skin areas used with the arrangement according to the invention can be provided on their outer surface with an additional selective coating which reduces the reflection. For example, Bricks are coated in such a way that the reflection in the range of 80-120 my is selective and rays in this area are not allowed to pass. Either ceramic paints, ceramic embossing paints for tiles or, in the case of old roof tiles, coating paints can be applied as the coating. Old roofs should be treated beforehand with a cleaning fluid and then applied with an anti-corrosion material.