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DE19614787A1 - Building air-conditioning system with solar radiation concentrators - Google Patents

Building air-conditioning system with solar radiation concentrators

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Publication number
DE19614787A1
DE19614787A1 DE19614787A DE19614787A DE19614787A1 DE 19614787 A1 DE19614787 A1 DE 19614787A1 DE 19614787 A DE19614787 A DE 19614787A DE 19614787 A DE19614787 A DE 19614787A DE 19614787 A1 DE19614787 A1 DE 19614787A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
absorption
air conditioning
conditioning system
devices
glass
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19614787A
Other languages
German (de)
Inventor
Lothar Prof Dr Ebner
Vladimir Dr Havlin
Bernd Dr Goerig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Protekum Umweltinstitut O GmbH
Original Assignee
Protekum Umweltinstitut O GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Protekum Umweltinstitut O GmbH filed Critical Protekum Umweltinstitut O GmbH
Priority to DE19614787A priority Critical patent/DE19614787A1/en
Publication of DE19614787A1 publication Critical patent/DE19614787A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00—Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
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    • F24D11/0221—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with solar energy
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Abstract

The building air-conditioning system has facilities for the concentration of the solar radiation, for energy conversion, utilisation and/or storage. A transparent roof surface formed of units of linear Fresnel lens panels (1) of a glass type material in a frame construction. The direct part (direct light) of the impinging total light radiation is focussed on the absorption unit (4). The diffused part (diffused light) of the total light is allowed to pass through unfocussed. Thus, a room in which the absorption unit is installed, is in quasi-shadow without producing any actual heating effect. Absorption units (4) arranged at a distance from and parallel under the Fresnel lens panels, accept and convert the focussed solar radiation in to usable power. So designed that essentially they accept the total focussed radiation. Connecting elements are provided, which connect the absorption unit (4) with the energy or utilisation systems or storage systems.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Gebäudeklimatisie­ rung, bei dem durch energetische Umwandlung des direkten An­ teils des sichtbaren Lichtes nur der diffuse Anteil der Licht­ strahlung für die Raumbeleuchtung erhalten bleibt und damit eine Quasiverschattung eintritt.The invention relates to a system for building air conditioning in which through direct conversion of energy some of the visible light only the diffuse part of the light radiation for room lighting is retained and thus quasi-shading occurs.

Es ist bekannt, Sonnenkollektoren auf Dachflächen von Gebäuden einzusetzen, um Wärme für die Gebäudeklimatisierung oder Warmwassererzeugung zu gewinnen. Die eingesetzten Kollek­ toren verdunkeln den darunter liegenden Raum vollständig. Es ist auch bekannt, Glasdächer auf Gebäuden zu errichten, um einen ungehinderten Lichtdurchtritt in die darunter liegenden Räume zu ermöglichen. In der Hauptsache wird dies bei Gewächs­ häusern, Atelierwohnungen usw. sowie durch großflächige Dach­ fenster verwirklicht. Dabei besteht das Problem, die erzeugte Wärme bei direkter Sonneneinstrahlung in ausreichendem Maße abzuführen, um die nachteiligen Wirkungen hoher Temperaturen auf Lebewesen und Einrichtungsgegenstände zu vermindern oder auszuschließen. Daher sind entweder aufwendige Belüftungssy­ steme erforderlich oder nur Teilabdeckungen mit Glas möglich, wodurch bei letzterem wieder ein erheblicher Teil des er­ wünschten Lichteinfalls verlorengeht.It is known to have solar panels on roof surfaces of Buildings to use heat for building air conditioning or to generate hot water. The collective used gates completely darken the space below. It is also known to build glass roofs on buildings an unhindered passage of light into the ones below Enable spaces. The main thing is with crops houses, studio apartments etc. as well as through a large roof window realized. There is the problem, the generated one Adequate heat in direct sunlight dissipate to the adverse effects of high temperatures to reduce living beings and furnishings or to exclude. Therefore, there are either complex ventilation systems required or only partial covers with glass possible, whereby with the latter again a considerable part of the he wish light was lost.

Der Einsatz von Sonnenkollektoren auf Dächern bringt zwar eine Verbesserung mit sich, was die Umwandlung einfallender Sonnenstrahlung in nutzbare Energieformen betrifft, ist jedoch mit einer Verdunklung der Räume darunter verbunden.The use of solar panels on roofs does bring an improvement in what makes the conversion more inviting However, solar radiation affects usable forms of energy  associated with a darkening of the rooms below.

Es ist bisher nur durch eine Kombination von Sonnenkol­ lektorflächen und kleineren Glasflächen auf Dächern gelungen, bei zusätzlicher Belüftung sowohl eine gewisse Raumhelligkeit durch natürliches Licht als auch eine gleichzeitige Energiege­ winnung zu ermöglichen.So far it is only through a combination of Sonnenkol Sector areas and smaller glass areas on roofs succeeded with additional ventilation both a certain room brightness through natural light as well as a simultaneous energy enable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Raumhel­ ligkeit durch Zutritt von natürlichem Licht maximal zu erhöhen und zugleich ausreichend Energie zur Klimatisierung des Gebäu­ des und gegebenenfalls von Einrichtungen des Gebäudes zu ge­ winnen.The invention has for its object the Raumhel maximum increase by access to natural light and at the same time sufficient energy to air-condition the building of and, if applicable, of facilities in the building win.

Erfindungsgemäß erfolgt dies mit einem System zur Gebäu­ deklimatisierung mit Quasiverschattung, das gekennzeichnet ist durchAccording to the invention, this is done with a building system Declimatization with quasi-shading, which is marked by

  • a) eine transparente Dachfläche, gebildet aus Einheiten linearer Fresnellinsenplatten (1) aus einem glasartigem Werkstoff in einer Rahmenkonstruktion (3), wobei die Fres­ nellinsenplatten (1) so ausgestaltet sind, daß sie den di­ rekten Anteil der eintreffenden Gesamtlichtstrahlung (direk­ tes Licht) auf die Absorptionseinrichtung (4) fokussieren und den diffusen Anteil der eintreffenden Gesamtlichtstrah­ lung (diffuses Licht) unfokussiert hindurchlassen, um im Raum, in dem die Absorptionseinrichtung installiert ist, eine Quasiverschattung ohne wesentliche Wärmewirkung hervor­ zurufen;a) a transparent roof surface, formed from units of linear Fresnel lens plates ( 1 ) made of a glass-like material in a frame structure ( 3 ), the Fresnel lens plates ( 1 ) are designed so that they the direct portion of the incoming total light radiation (direct light) focus on the absorption device ( 4 ) and let the diffuse portion of the incoming total light radiation (diffuse light) pass through in an unfocused manner in order to cause quasi-shading in the room in which the absorption device is installed without any significant heat effect;
  • b) unter den Fresnellinsenplatten (1) und parallel in einem Abstand (2) dazu angeordnete Absorptionseinrichtungen (4) zur Aufnahme und Umwandlung der fokussierten Sonnenstrahlung in nutzbare Energie, wobei die Absorptionseinrichtungen (4) so ausgestaltet sind, daß sie im wesentlichen die gesamte fokussierte Strahlung aufnehmen;b) under the Fresnel lens plates ( 1 ) and in parallel at a distance ( 2 ) from it arranged absorption devices ( 4 ) for receiving and converting the focused solar radiation into usable energy, the absorption devices ( 4 ) being designed such that they focused essentially the entire Absorb radiation;
  • c) Verbindungselemente zur Verbindung der Absorptionsein­ richtung (4) mit Energiespeichervorrichtungen und/oder Ener­ gieverbrauchseinrichtungen.c) connecting elements for connecting the Absorptionsein device ( 4 ) with energy storage devices and / or energy consumption devices.

Die Fresnellinse ist an sich bekannt, insbesondere in ihrer ringförmigen Ausführung, wo sie in Ringzonen gleicher maximaler Dicke unterteilt ist, so daß ein stufenartiger Auf­ bau mit Prismenringen entsteht. Derartige ringförmige Linsen werden z. B. für Seezeichen und Positionslaternen von Schiffen als Gürtellinsen verwendet sowie in Folienform im Over­ head-Projektor. Auch lineare Fresnellinsen zur Wärmegewinnung sind bereits bekannt geworden [Renewable Energy, Vol. 1, Nr. 3/4 (1991) 403].The Fresnel lens is known per se, especially in their ring-shaped design where they are the same in ring zones  maximum thickness is divided, so that a step-like construction with prism rings. Such ring-shaped lenses z. B. for sea signs and position lights of ships used as belt lenses and in foil form in over head projector. Linear Fresnel lenses for heat recovery are also available already known [Renewable Energy, Vol. 1, No. 3/4 (1991) 403].

Die Erfindung nutzt eine Fresnellinsenplatte, die auf einer Seite glatt und auf der anderen Seite strukturiert ist, wobei die dem Inneren des Daches zugewandte Längstrukturierung gebildet wird durch mehrere Einschnitte und Erhebungen, die parallel und längs zur längeren Plattenkante verlaufen und von der Mittellinie der Platte in Längsrichtung her spiegelbild­ lich angeordnet sind, wobei die Einschnitte zusammen mit den Erhebungen und dem darunter liegenden Glas jeweils einzelne lange prismatische Elemente bilden mit einem bestimmten Ab­ stand voneinander, und wobei die einzelnen prismatischen Ele­ mente so geformt und angeordnet sind, daß einfallende Sonnen­ strahlen auf einen Raum in Form eines plattenparallelen Strei­ fens unterhalb der Platte fokussiert sind.The invention uses a Fresnel lens plate on is smooth on one side and structured on the other, the longitudinal structure facing the interior of the roof is formed by several cuts and elevations that run parallel and longitudinal to the longer plate edge and from the center line of the plate in the longitudinal direction mirror image Lich arranged, the incisions together with the Elevations and the glass underneath each one long prismatic elements form with a certain Ab stood apart, and the individual prismatic ele elements are shaped and arranged so that incoming suns shine onto a room in the form of a parallel streak fens are focused below the plate.

Von den Flanken der stufenförmigen Einschnitte ist wenig­ stens eine Flanke eine nicht-sphärische Fläche.There is little of the flank of the stepped incisions at least one flank is a non-spherical surface.

Die Fresnellinsenplatte hat eine nutzbare Lichtdurchläs­ sigkeit Tu nach der Beziehung Tu = Iu/I = cos²ϕ, worin I die Intensität des einfallenden Lichtes, Iu die Intensität des nutzbaren Lichtes und ϕ der Steigungswinkel der nicht-sphäri­ schen Flanke des Einschnittes (Öffnungswinkel des Linsenab­ schnittes), bezogen auf die plattenebene der glatten Seite (optische Achse), ist. Der Fachmann ist in der Lage, anhand dieser Beziehung und des Fermat′schen Prinzips die genauen Parameter der einzelnen Platte zu errechnen. Danach muß der nutzbare Linsenabschnitt einen Winkel ϕ besitzen, der sich nach der GleichungThe Fresnel lens plate has a usable light transmission T u according to the relationship T u = I u / I = cos²ϕ, in which I the intensity of the incident light, I u the intensity of the usable light and ϕ the angle of inclination of the non-spherical flank of the incision ( Opening angle of the Linsenab section), based on the plate plane of the smooth side (optical axis). The person skilled in the art is able to use this relationship and Fermat's principle to calculate the exact parameters of the individual plates. Then the usable lens section must have an angle ϕ, which is according to the equation

mit h = mittlere Einfallhöhe über der optischen Achse, n = Brechungsindex, f = Brennweite berechnet. Da der Winkel ϕ von der Höhe der Brechungskante über der optischen Achse und von der Brennweite abhängt, wird als Bezugsgröße eine relative Höhe H über der optischen Achse definiert, die gleich dem Verhältnis von mittlerer Höhe h = H₁ + H₂/2 des betrachteten Linsenabschnittes über der optischen Achse und Brennweite f ist: H = h/f.with h = average incidence above the optical axis, n = Refractive index, f = focal length calculated. Since the angle ϕ of the height of the refractive edge above the optical axis and of the focal length depends, a relative is used as a reference Height H defined above the optical axis, which is equal to that Ratio of average height h = H₁ + H₂ / 2 of the considered Lens section over the optical axis and focal length f is: H = h / f.

Mit diesen Gleichungen läßt sich das individuelle Aus­ sehen, d. h. der jeweilige Winkel ϕ des einzelnen Linsenab­ schnittes in Abhängigkeit vom Abstand zur optischen Achse berechnen.With these equations the individual out can be see d. H. the respective angle ϕ of the individual lens cut depending on the distance to the optical axis to calculate.

Die theoretisch mögliche Lichtdurchlässigkeit beträgt 0,75, praktisch liegt sie meist etwas darunter, zumal aus technologischen Gründen das Aussehen der individuellen Rinnen schwach modifiziert werden muß. Dies führt zu einem rechtwink­ ligen Dreieck. Aus diesem Grunde gibt es neben den Reflexions­ verlusten zusätzliche Verluste, die bereits oben erwähnt wur­ den.The theoretically possible light transmission is 0.75, practically it is usually slightly below, especially since technological reasons the appearance of the individual channels weakly modified. This leads to a right angle leaky triangle. For this reason, in addition to the reflections lose additional losses that were mentioned above the.

Infolge von Herstellungsungenauigkeiten erfolgt auch die Fokussierung der direkten Lichtstrahlung nicht genau auf eine Linie sondern mehr auf einen bandförmigen Raum.As a result of manufacturing inaccuracies Focusing the direct light radiation not exactly on one Line rather to a band-shaped space.

Erfindungsgemäß sind die Energieumwandlungsvorrichtungen, die hier als Absorptionseinrichtungen bezeichnet werden, im Bereich des fokussierten Raumes fest oder beweglich angeord­ net. Durch die bewegliche Anordnung ist sowohl ein Ausgleich für Ungenauigkeiten bei der Fokussierung als auch ein Nachfüh­ ren entsprechend dem Sonnenstand möglich.According to the invention, the energy conversion devices which are referred to here as absorption devices, in Area of the focused space arranged in a fixed or movable manner net. The movable arrangement is both a compensation for inaccuracies in focusing as well as tracking possible depending on the position of the sun.

Als Absorptionseinrichtungen sind rohrförmige Elemente bevorzugt, die zusätzlich damit verbundene seitliche Absorp­ tionsflächen haben können. Insbesondere Kupferrohrleitungen mit seitlich jeweils angesetzter, flügelartiger Lamelle oder direkt auf ein Absorptionsblech mittig aufgelötete Kupferrohr­ leitungen stellen geeignete Teile der Absorptionseinrichtungen dar.Tubular elements are used as absorption devices preferred, the additional associated lateral absorber areas. In particular copper pipelines with wing-like lamella or copper pipe soldered directly to the middle of an absorption sheet Lines represent suitable parts of the absorption devices represents.

Desgleichen können die Absorptionseinrichtungen auch als geschwärzte flache Vierkantrohre ausgeführt werden, die gleichzeitig die Absorptionsfläche darstellen.Likewise, the absorption devices can also be used as  blackened flat square tubes that run simultaneously represent the absorption area.

Die Absorptionseinrichtungen können alternativ aus einer Reihe von Solarzellen bestehen oder mit Solarzellen gekoppelt werden. Damit entsteht ein System, das entweder nur Strom (Photovoltaikanlage) oder Wärme und Strom produziert.The absorption devices can alternatively consist of one Series of solar cells exist or are coupled with solar cells will. This creates a system that is either just electricity (Photovoltaic system) or heat and electricity.

Als Absorptionsmedium sind Wasser, Luft, Gemische von Wasser mit Alkoholen, z. B. Wassergemische mit ein oder mehr­ wertigen Alkoholen wie Glycolen und Glycerin bevorzugt.Water, air and mixtures of are the absorption medium Water with alcohols, e.g. B. water mixtures with one or more preferred alcohols such as glycols and glycerin preferred.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß unter den Absorptionseinrichtungen eine zweite transparente Fläche angeordnet ist, die z. B. eine transparente Folie, ein organisches Glas, ein anorganisches Glas und ein Sicherheitsglas sein kann. Eine solche zweite transparente Fläche kann aus Sicherheitsgründen vorgesehen sein, aber auch als Schutz gegen Staubablagerungen auf den Absorptionseinrich­ tungen, die durch Staubablagerungen in ihrer Wirksamkeit ver­ schlechtert werden können.An advantageous embodiment of the invention exists in the fact that a second Transparent surface is arranged, the z. B. a transparent Foil, an organic glass, an inorganic glass and one Can be safety glass. Such a second transparent Area can be provided for security reasons, but also as protection against dust deposits on the absorption device The effectiveness of dust deposits can be deteriorated.

Die zweite transparente Fläche kann den Raum darüber auch im wesentlichen luftdicht abschließen,wenn dies erwünscht ist.The second transparent surface can also cover the space above seal substantially airtight if desired.

Als Material sowohl für die transparente Dachfläche (Fresnellinsenplatte) als auch für die zweite transparente Fläche darunter (Unterverglasung) ist besonders bevorzugt ein anorganisches Glas, das als Einfachglas, Isolierglas oder Thermoglas mit oder ohne Sicherheitsglas-Ausführung ausgestal­ tet sein kann.As a material for both the transparent roof surface (Fresnel lens plate) as well as for the second transparent Area below (under glazing) is particularly preferred inorganic glass that can be used as single glass, insulating glass or Thermal glass with or without safety glass design can be.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die zweite transparente Fläche zugleich Träger der Absorp­ tionseinrichtungen ist, d. h. eine separate tragende Befesti­ gung der Absorptionseinrichtungen entfällt. In diesem Fall ist ein Bewegungsmechanismus notwendig, der die einzelnen Absorber dem durch die Wanderung der Sonne sich räumlich verändernden Brennpunkt nachführt. Dieser Bewegungsmechanismus kann aus einem Niederspannungsmotor mit Schneckengetriebe bestehen. Die notwendige Energie kann durch eine externe oder eine auf den Absorbern befindliche Photovoltaikanlage erzeugt werden. Another preferred embodiment is that the second transparent surface also supports the Absorp tion facilities is d. H. a separate load-bearing attachment The absorption devices are not required. In this case a movement mechanism is necessary that the individual absorber the one that changes spatially due to the migration of the sun Focus focuses. This mechanism of movement can a low-voltage motor with worm gear. The necessary energy can be supplied by an external one or on the Absorber photovoltaic system are generated.  

Transparent im Sinne der Erfindung ist jedes Material, das im UV-, sichtbaren (VIS-) und/oder IR-Bereich des elektro­ magnetischen Wellenlängenspektrums für einen für die Funktion der Absorptionseinrichtung ausreichenden Teil der Strahlung, die auf die Fresnellinsenplatte auftrifft, durchlässig ist. Bei Verwendung von aus Normalglas hergestellten Linearen Fres­ nellinsenplatten liegt z. B. die Transparenz im Wellenlängenbe­ reich von 0,3 µm bis 2,6 µm bei durchschnittlich 85%.Any material is transparent in the sense of the invention, that in the UV, visible (VIS) and / or IR range of the electro magnetic wavelength spectrum for one for function the absorption device has sufficient part of the radiation, which strikes the Fresnel lens plate is permeable. When using Linear Fres made from normal glass nellinsenplatten lies z. B. the transparency in the wavelength range range from 0.3 µm to 2.6 µm with an average of 85%.

Voraussetzung für das Wirksamwerden des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems ist die Neigung der Dachfläche in süd­ licher Himmelsrichtung und die Ausrichtung der Fresnellinsen­ platten mit ihrer Längsstrukturierung im wesentlichen in Ost- West-Richtung. Dadurch wird ein maximaler Lichteinfall ermög­ licht. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Anteil der nicht­ transparenten Teile der Dachfläche, wie Rahmen, Absorptions­ einrichtungen und Verbindungselemente auf ein Flächenminimum beschränkt ist, um den Anteil des diffusen sichtbaren Lichtes im Raum darunter auf ein Maximum zu erhöhen.Prerequisite for the effectiveness of the invention Air conditioning system is the inclination of the roof area to the south direction and the orientation of the Fresnel lenses with their longitudinal structure essentially in eastern West direction. This enables maximum incidence of light light. It is also advantageous that the proportion of the transparent parts of the roof surface, such as frames, absorption equipment and connecting elements to a minimum area is limited to the proportion of diffuse visible light to increase to a maximum in the space below.

Es ist daher vorteilhaft, wenn die transparente Dachflä­ che mit den Absorptionseinrichtungen über drei Viertel der Fläche des darunter liegenden Raumes angeordnet ist.It is therefore advantageous if the transparent roof surface with the absorption devices over three quarters of the Area of the underlying room is arranged.

Der für das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem einge­ setzte Pufferspeicher enthält einen Wärmetauscher, der die Wärmeenergie auf das Absorptionsmedium eines Wärmeverbrauchers überträgt. Als direkte Wärmeverbraucher können kommerziell verfügbare Absorptionskältemaschinen eingesetzt werden, wie sie z. B. von Firmen wie CARRIER oder YORK angeboten werden. Bevorzugt werden sollten Absorptionskältemaschinen, die be­ reits in einem niedrigen Temperaturbereich < 90°C arbeiten.The turned on for the air conditioning system according to the invention set buffer tank contains a heat exchanger that the Thermal energy on the absorption medium of a heat consumer transmits. As direct heat consumers can be commercial available absorption chillers are used, such as they z. B. are offered by companies such as CARRIER or YORK. Absorption chillers that be work in a low temperature range <90 ° C.

Die Vorlauftemperatur des Wärmetauschers liegt im all­ gemeinen im Bereich von 4°C bis 90°C. Die Absorptionskälte­ maschine benötigt nach dem derzeitigen Stand der Technik eine Vorlauftemperatur von mindestens 70°C. Um einen wirtschaftli­ chen Betrieb zu gewährleisten, sollte diese Temperatur höher liegen. Die Rücklauftemperatur der Absorptionseinrichtung und damit die Fläche der linearen Fresnellinsenplatten (inclusive zugehörige Absorber) ist abhängig vom Kältebedarf des auszu­ stattenden Gebäudes und damit von Typ und Leistungsparametern der Absorptionskältemaschine.The flow temperature of the heat exchanger is in space generally in the range of 4 ° C to 90 ° C. The absorption cold According to the current state of the art, the machine needs one Flow temperature of at least 70 ° C. To an economical To ensure proper operation, this temperature should be higher lie. The return temperature of the absorption device and thus the area of the linear Fresnel lens plates (inclusive  associated absorber) depends on the cooling requirements of the furnishing building and thus of type and performance parameters the absorption chiller.

Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:The invention has the following advantages:

  • 1) Es wird verhindert, daß der direkte Anteil des sichtbaren Lichtes auf Gegenstände oder Flächen im unter dem Dach befindlichen Raum trifft und eine Umwandlung in Wärme­ energie erfolgt, die die Raumluft erwärmt. Damit erfolgt eine Quasiverschattung des Raumes.1) It prevents the direct part of the visible Light on objects or surfaces in the under the roof located space and converts to heat energy that heats the room air. So that is done a quasi-shade of the room.
  • 2) Durch den diffusen Anteil des sichtbaren Lichtes erfolgt jedoch gleichzeitig eine schlagschattenfreie und damit angenehme Ausleuchtung des Raumes mit natürlichem Licht.2) Due to the diffuse portion of the visible light but at the same time a drop shadow-free and therefore pleasant lighting of the room with natural light.
  • 3) Die erzeugte solare Energie wird zur Klimatisierung des betreffenden Gebäudes genutzt. Daneben können weitere Wärmeverbraucher mit Wärme bedient werden, wie z. B. die Warmwasserbereitung, Swimmingpoolerwärmung etc.3) The generated solar energy is used for air conditioning the concerned building used. In addition, other Heat consumers are served with heat, such as. B. the Water heating, swimming pool heating etc.

Unter dem Begriff "Quasiverschattung" wird die Verschat­ tung durch die Absorption des direkten Anteils der einfallen­ den Strahlung, der ca. 70% beträgt, verstanden. Der unterhalb der Linearen Fresnellinsenplatte befindliche Raum ist schlag­ schattenfrei. Der diffuse Anteil der einfallenden Strahlung kann weitgehend ungehindert den unterhalb der Linearen Fres­ nellinsenplatte befindlichen Raum erhellen. Damit wird eine Schattenwirkung ohne Verzicht auf Lichteinfall erzielt.Under the term "quasi-shading" the shading tion by absorbing the direct portion of the incident the radiation, which is about 70%, understood. The one below the linear Fresnel lens plate is struck shadow free. The diffuse portion of the incident radiation can largely unimpeded the below the linear Fres Illuminate the space in the lens plate. So that becomes a Shadow effect achieved without foregoing light.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Systems, bestehend ausThe invention also relates to the use of a system consisting of

  • a) einer transparenten Dachfläche, bestehend aus Einheiten linearer Fresnellinsenplatten aus glasartigem Werkstoff in einer Rahmenkonstruktion;a) a transparent roof surface consisting of units linear Fresnel lens plates made of glassy material in a frame construction;
  • b) unter den Platten und parallel dazu angeordneten Absorp­ tionseinrichtungen, die ein Absorptionsmedium enthalten, zur Aufnahme von Wärmeenergie;b) under the plates and in parallel arranged Absorp tion devices that contain an absorption medium for Absorption of thermal energy;
  • c) einem Pufferspeicher zur Übernahme der Wärmeenergie aus der Absorptionseinrichtung und zur Speisung von Absorptionskälte­ maschinen mit Wärmeenergie; c) a buffer storage for taking over the thermal energy from the Absorption device and for feeding absorption cooling machines with thermal energy;  
  • d) Verbindungselementen zur Verbindung der Absorptionseinrich­ tung mit dem Pufferspeicher und den Absorptionskältemaschinen; undd) connecting elements for connecting the absorption device tion with the buffer storage and absorption chillers; and
  • e) einer elektronische Regelungseinrichtung mit zugehörigen Sensoren;e) an electronic control device with associated Sensors;

zur Gebäudeklimatisierung unter Quasiverschattung durch Aus­ filterung des Hauptanteiles an direktem Licht bei gleichzei­ tigem Durchlaß eines Maximums an indirektem (diffusem) Licht.for building air conditioning under quasiv shade by off filtering the main part of direct light at the same time passage of a maximum of indirect (diffuse) light.

Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen sindThe invention is illustrated below by examples are explained. In the accompanying drawings are

Fig. 1 System zur Gebäudeklimatisierung mit Quasiverschat­ tung, Schema, Fig. 1 system for air conditioning in buildings with Quasiverschat tung, scheme,

Fig. 2 Lineare Fresnellinsenplatte mit Absorptionseinrich­ tung, Fig. 2 linear Fresnel lens sheet with Absorptionseinrich tung,

Fig. 3 Wirkprinzip des Systems Lineare Fresnellinsenplatte mit Absorptionseinrichtung. Fig. 3 operating principle of the system linear Fresnel lens plate with absorption device.

In Fig. 1 ist ein Schema des Systems zur Gebäudeklimati­ sierung mit Quasiverschattung dargestellt und verdeutlicht die Funktionsweise der Anlage. Im Dachbereich ist eine transparen­ te d. h. durchsichtige Dachfläche eingebaut, die aus linearen Fresnellinsenplatten 1 aus Glas, weiteren Glasplatten und/oder Sicherheitsglas besteht, die wiederum durch eine Rahmenkon­ struktion 3 miteinander verbunden sind.In Fig. 1, a diagram of the system for building air conditioning with quasi-shading is shown and illustrates the operation of the system. In the roof area, a transparent, ie transparent, roof surface is built in, which consists of linear Fresnel lens plates 1 made of glass, further glass plates and / or safety glass, which in turn are connected to one another by a frame construction 3 .

Auf die lineare Fresnellinsenplatte 1 trifft die Sonnen­ strahlung auf und wird auf die darunter befindliche Absorp­ tionseinrichtung 4 fokussiert. In der Absorptionseinrichtung 4 befindet sich ein Absorptionsmedium 7, das die durch die Absorptionseinrichtung 4 z. B. in Wärme umgewandelte Strah­ lungsenergie aufnimmt. Die Absorptionseinrichtung 4 wird me­ chanisch nachgeführt. Die Nachführung wird durch eine elek­ trische Regelungseinrichtung 8 gesteuert, die z. B. über Photo­ sensoren die maximale Strahlungsintensität ermitteln und an­ hand dieser Daten über den Nachführmechanismus gewährleisten, daß sich die Absorptionseinrichtung in eingeschaltetem Zustand in dem genannten Strahlungsmaximum befindet. On the linear Fresnel lens plate 1 , the solar radiation strikes and is focused on the absorption device 4 located underneath. In the absorption device 4 there is an absorption medium 7 , which by the absorption device 4 z. B. absorbs radiation energy converted into radiation. The absorption device 4 is mechanically tracked me. The tracking is controlled by an electrical control device 8 , the z. B. via photo sensors determine the maximum radiation intensity and ensure, based on this data via the tracking mechanism, that the absorption device is in the switched-on state in said radiation maximum.

Die elektronische Regelungseinrichtung 8 ist nach Fig. 1 verantwortlich für die Erfassung der Meßwerte der Lichtinten­ sitäten ober- und unterhalb der Fresnellinsenplatte 1, der Rücklauftemperaturen der Absorptionseinrichtung 4 und Vorlauf­ temperatur der Absorptionskältemaschine 10 sowie für die Steuerung der mechanischen Nachführung der Absorptionseinrich­ tung 4, der eingezeichneten Pumpen und der Stellmotoren an den Dreiwegeventilen.The electronic control unit 8 is responsible of FIG. 1 for the detection of the measured values of the Lichtinten intensities above and below the Fresnel lens sheet 1, the return temperatures of the absorbing device 4 and the flow temperature of the absorption refrigerator 10 as well as processing for the control of the mechanical tracking of the Absorptionseinrich 4, the drawn pumps and the servomotors on the three-way valves.

Das Absorptionsmedium 7 gibt die in der Absorptionsein­ richtung 4 aufgenommene Wärme über einen Wärmetauscher an den Pufferspeicher 9 ab.The absorption medium 7 emits the heat absorbed in the Absorptionsein device 4 via a heat exchanger to the buffer memory 9 .

Der Pufferspeicher 9 versorgt die Absorptionskältemaschi­ ne 10 mit der notwendigen Vorlauftemperatur. Über die Absorp­ tionskältemaschine 10 erfolgt auf bekannte Art und Weise die Kühlung der entsprechenden Räumlichkeiten.The buffer memory 9 supplies the absorption refrigeration machine 10 with the necessary flow temperature. About the absorption chiller 10 takes place in a known manner, the cooling of the corresponding premises.

Der Pufferspeicher 9 wird über einen zusätzliche Wärme­ quelle beheizt. Die Wärmeenergie kann über einen Wärmetau­ scher durch eine Heizanlage (Öl oder Gas) oder durch einen elektrischen Heizstab zur Verfügung gestellt werden.The buffer memory 9 is heated by an additional heat source. The thermal energy can be provided via a heat exchanger by a heating system (oil or gas) or by an electric heating element.

Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die lineare Fresnellin­ senplatte 1 auf einer Seite glatt und auf der anderen Seite strukturiert ist, wobei die dem Inneren des Daches zugewandte Längstrukturierung 11 gebildet wird durch mehrere Einschnitte 12 und Erhebungen 13, die parallel und längs zur längeren Plattenkante 17 verlaufen und von der Mittellinie 14 der Fres­ nellinsenplatte 1 in Längsrichtung her spiegelbildlich ange­ ordnet sind, wobei die Einschnitte 12 zusammen mit den Erhe­ bungen 13 und dem darunter liegenden Glas jeweils einzelne lange prismatische Elemente 15 bilden mit einem Abstand 16 voneinander.From Fig. 2 it can be seen that the linear Fresnellin senplatte 1 is smooth on one side and structured on the other side, wherein the longitudinal structure 11 facing the interior of the roof is formed by several incisions 12 and elevations 13 which are parallel and longitudinal to longer plate edge 17 extend and from the center line 14 of the Fres nellinsenplatte 1 are arranged in mirror image in the longitudinal direction, the incisions 12 together with the elevations 13 and the underlying glass each form individual long prismatic elements 15 at a distance 16 from each other.

Das Wirkprinzip des Systems Lineare Fresnellinsenplatte mit Absorptionseinrichtung wird in Fig. 3 dargestellt. Der Anteil von diffuser und direkter Strahlung an der auf die lineare Fresnellinsenplatte 1 auftreffenden Sonnenstrahlung ist abhängig von den Luftverhältnissen des Einsatzgebietes. Der direkte Anteil der einfallenden Sonnenstrahlung beträgt zwischen 65% und 85% [Recknagel et al., Taschenbuch für Hei­ zung und Klimatechnik, München 1993, S. 29]. dementsprechend liegt der diffuse Anteil der auftreffenden Sonnenstrahlung bei 15% bis 35%.The operating principle of the system linear Fresnel lens plate with absorption device is shown in Fig. 3. The proportion of diffuse and direct radiation in the solar radiation incident on the linear Fresnel lens plate 1 depends on the air conditions in the area of use. The direct proportion of incident solar radiation is between 65% and 85% [Recknagel et al., Paperback for heating and air-conditioning technology, Munich 1993, p. 29]. accordingly, the diffuse proportion of the incident solar radiation is 15% to 35%.

Die einzelnen prismatischen Elemente 15 sind so geformt und angeordnet, daß die durch die transparente Glasfläche dringenden direkten Sonnenstrahlen auf eine Fläche in Form eines plattenparallelen Streifens 5 unterhalb der Fresnellin­ senplatten 1 fokussiert werden. Die diffuse Strahlung kann weitgehend ungehindert das System durchdringen.The individual prismatic elements 15 are shaped and arranged so that the direct sun rays penetrating through the transparent glass surface are focused on a surface in the form of a plate-parallel strip 5 below the Fresnellin senplatten 1 . The diffuse radiation can penetrate the system largely unhindered.

Claims (19)

1. Gebäudeklimatisierungssystem mit Einrichtungen zur Kon­ zentration von Sonnenstrahlung, zur Energieumwandlung und zur Speicherung oder Nutzung der umgewandelten Energie, gekenn­ zeichnet durch
  • a) eine transparente Dachfläche, gebildet aus Einheiten linearer Fresnellinsenplatten (1) aus einem glasartigem Werkstoff in einer Rahmenkonstruktion (3), wobei die Fres­ nellinsenplatten (1) so ausgestaltet sind, daß sie den di­ rekten Anteil der eintreffenden Gesamtlichtstrahlung (direk­ tes Licht) auf die Absorptionseinrichtung (4) fokussieren und den diffusen Anteil der eintreffenden Gesamtlichtstrah­ lung (diffuses Licht) unfokussiert hindurchlassen, um im Raum, in dem die Absorptionseinrichtung installiert ist, eine Quasiverschattung ohne wesentliche Wärmewirkung hervor­ zurufen;
  • b) unter den Fresnellinsenplatten (1) und parallel in einem Abstand (2) dazu angeordnete Absorptionseinrichtungen (4) zur Aufnahme und Umwandlung der fokussierten Sonnenstrahlung in nutzbare Energie, wobei die Absorptionseinrichtungen (4) so ausgestaltet sind, daß sie im wesentlichen die gesamte fokussierte Strahlung aufnehmen;
  • c) Verbindungselemente zur Verbindung der Absorptionsein­ richtung (4) mit Energiespeichervorrichtungen und/oder Ener­ gieverbrauchseinrichtungen.
1. Building air conditioning system with facilities for concentration of solar radiation, for energy conversion and for storing or using the converted energy, characterized by
  • a) a transparent roof surface, formed from units of linear Fresnel lens plates ( 1 ) made of a glass-like material in a frame structure ( 3 ), the Fresnel lens plates ( 1 ) are designed so that they the direct portion of the incoming total light radiation (direct light) focus on the absorption device ( 4 ) and let the diffuse portion of the incoming total light radiation (diffuse light) pass through in an unfocused manner in order to cause quasi-shading in the room in which the absorption device is installed without any significant heat effect;
  • b) under the Fresnel lens plates ( 1 ) and in parallel at a distance ( 2 ) from it arranged absorption devices ( 4 ) for receiving and converting the focused solar radiation into usable energy, the absorption devices ( 4 ) being designed such that they focused essentially the entire Absorb radiation;
  • c) connecting elements for connecting the Absorptionsein device ( 4 ) with energy storage devices and / or energy consumption devices.
2. Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absorptionseinrichtungen (4) ein transporta­ bles Absorptionsmedium (7) zur Aufnahme der nutzbaren Energie in Form von Wärmeenergie enthalten, und die Energiespeicher­ vorrichtung für das Absorptionsmedium (7) ein nachgeordneter Pufferspeicher (9) ist, dem gegebenenfalls eine Absorptions­ kältemaschine (10) als Energieverbrauchseinrichtung zugeordnet ist.2. Air conditioning system according to claim 1, characterized in that the absorption devices ( 4 ) contain a transporta bles absorption medium ( 7 ) for receiving the usable energy in the form of thermal energy, and the energy storage device for the absorption medium ( 7 ) a downstream buffer memory ( 9th ), which is optionally assigned an absorption refrigerator ( 10 ) as an energy consumption device. 3. Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absorptionseinrichtungen (4) Solarzellen sind.3. Air conditioning system according to claim 1, characterized in that the absorption devices ( 4 ) are solar cells. 4. Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absorptionseinrichtungen (4) eine Kombina­ tion von Solarzellen und Einrichtungen zur Aufnahme und Um­ wandlung von Wärmeenergie über ein Transportmedium (10) sind.4. Air conditioning system according to claim 1, characterized in that the absorption devices ( 4 ) are a combination of solar cells and devices for receiving and converting thermal energy via a transport medium ( 10 ). 5. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Zuführungs- und Abführungsein­ richtungen des Absorptionsmediums (7) und gegebenenfalls einer Bewegungseinrichtung (6) für die Absorptionseinrichtungen (4) eine elektronische Regelanlage (8) zugeordnet ist.5. Air conditioning system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the feed and discharge devices of the absorption medium ( 7 ) and optionally a movement device ( 6 ) for the absorption devices ( 4 ) is associated with an electronic control system ( 8 ). 6. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachfläche in südlicher Him­ melsrichtung geneigt ist und die Fresnellinsenplatten (1) mit ihrer Längsstrukturierung (11) im wesentlichen in Ost-West-Ri­ chtung ausgerichtet sind.6. Air conditioning system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the roof surface is inclined in the southern Him direction and the Fresnel lens plates ( 1 ) with their longitudinal structure ( 11 ) are aligned essentially in east-west direction. 7. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnellinsenplatte (1) auf einer Seite glatt und auf der anderen Seite strukturiert ist, wobei die dem Inneren des Daches zugewandte Längstrukturierung (10) gebildet wird durch mehrere Einschnitte (12) und Erhebun­ gen (13), die parallel und längs zur längeren Plattenkante (17) verlaufen und von der Mittellinie (14) der Fresnellinsen­ platte (1) in Längsrichtung her spiegelbildlich angeordnet sind, wobei die Einschnitte (12) zusammen mit den Erhebungen (13) und dem darunter liegenden Glas jeweils einzelne lange prismatische Elemente (15) bilden mit einem Abstand (16) von­ einander, und wobei die einzelnen prismatischen Elemente (15) so geformt und angeordnet sind, daß einfallende direkte Son­ nenstrahlen auf einen Raum in Form eines plattenparallelen Streifens (5) unterhalb der Fresnellinsenplatte (1) fokussiert sind.7. Air conditioning system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Fresnel lens plate ( 1 ) is smooth on one side and structured on the other side, the longitudinal structure ( 10 ) facing the interior of the roof being formed by a plurality of incisions ( 12 ) and Erhebun gene ( 13 ), which run parallel and longitudinal to the longer plate edge ( 17 ) and from the center line ( 14 ) of the Fresnel lens plate ( 1 ) in the longitudinal direction are mirror images, the incisions ( 12 ) together with the elevations ( 13 ) and the underlying glass each individual long prismatic elements ( 15 ) form at a distance ( 16 ) from each other, and wherein the individual prismatic elements ( 15 ) are shaped and arranged so that incident direct sun rays onto a room in the form a plate-parallel strip ( 5 ) below the Fresnel lens plate ( 1 ) are focused. 8. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionseinrichtungen rohr­ förmige Elemente aufweisen, die zusätzlich damit verbundene seitliche Absorptionsflächen haben.8. Air conditioning system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the absorption devices tube have shaped elements that are additionally connected thereto have lateral absorption surfaces. 9. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Absorptionseinrichtungen eine zweite transparente Fläche angeordnet ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus transparenter Folie, organischem Glas, anorganischem Glas und Sicherheitsglas besteht.9. Air conditioning system according to one of claims 1 to 5, characterized in that under the absorption devices a second transparent surface is arranged selected from the group consisting of transparent film, organic glass, inorganic glass and safety glass. 10. Klimatisierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite transparente Fläche den Raum darüber im wesentlichen luftdicht abschließt.10. Air conditioning system according to claim 9, characterized records that the second transparent surface covers the space above essentially airtight. 11. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Fläche ein anorganisches Glas ist, ausgestaltet als Einfachglas, Isolierglas oder Thermoglas mit oder ohne Sicherheits­ glas-Ausführung.11. Air conditioning system according to one of claims 1 to 5 or 9, characterized in that the transparent surface is an inorganic glass, designed as a single glass, Insulating glass or thermo glass with or without safety glass version. 12. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite transparente Fläche zugleich Träger der Absorptionseinrichtungen ist.12. Air conditioning system according to one of claims 9 to 11, characterized in that the second transparent surface is also the carrier of the absorption devices. 13. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der nicht-transparenten Teile der Dachfläche, wie Rahmen, Absorptionseinrichtungen und Verbindungselemente auf ein Flächenminimum beschränkt ist, um den Anteil des diffusen sichtbaren Lichtes im Raum darunter auf ein Maximum zu erhöhen. 13. Air conditioning system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the proportion of non-transparent Parts of the roof area, such as frames, absorption devices and Fasteners is limited to a minimum area the proportion of diffuse visible light in the room below to increase to a maximum.   14. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmedium (7) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasser, Luft, Alkohol/Wasser-Ge­ mischen besteht.14. Air conditioning system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the absorption medium ( 7 ) is selected from the group consisting of water, air, alcohol / water mixtures. 15. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher (9) einen Wär­ metauscher enthält, der die Wärmeenergie auf das Absorptions­ medium (7) eines Wärmeverbrauchers überträgt.15. Air conditioning system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the buffer memory ( 9 ) contains a heat exchanger which transfers the thermal energy to the absorption medium ( 7 ) of a heat consumer. 16. Klimatisierungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorlauftemperatur des Wärmetauschers im Bereich von 30 bis 90°C liegt.16. Air conditioning system according to claim 15, characterized records that the flow temperature of the heat exchanger in Range is from 30 to 90 ° C. 17. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Dachfläche über 3/4 der Fläche des darunter liegenden Raumes angeordnet ist.17. Air conditioning system according to one of claims 1 to 16, characterized in that the transparent roof surface over 3/4 of the area of the room below is arranged. 18. Verwendung eines Systems, bestehend aus
  • a) einer transparenten Dachfläche, bestehend aus Einheiten linearer Fresnellinsenplatten (1) aus glasartigem Werkstoff in einer Rahmenkonstruktion (3);
  • b) unter den Platten (2) und parallel dazu angeordneten Ab­ sorptionseinrichtungen (4), die ein Absorptionsmedium (7) enthalten, zur Aufnahme von Wärmeenergie;
  • c) einem Pufferspeicher (9) zur Übernahme der Wärmeenergie aus der Absorptionseinrichtung (4) und zur Speisung von Absorp­ tionskältemaschinen (10) mit Wärmeenergie;
  • d) Verbindungselementen zur Verbindung der Absorptionseinrich­ tung (4) mit dem Pufferspeicher (9) und den Absorptionskälte­ maschinen (10);
  • e) einer elektronische Regelungseinrichtung (8) zur Steuerung des Gesamtsystems; und gegebenenfalls
  • f) Photosensoren (9), die die Intensität der einfallenden di­ rekten Sonnenstrahlung ermitteln und die Meßergebnisse an die elektronische Regelungseinrichtung (8) weitergeben;
18. Using a system consisting of
  • a) a transparent roof surface consisting of units of linear Fresnel lens plates ( 1 ) made of glass-like material in a frame construction ( 3 );
  • b) under the plates ( 2 ) and arranged in parallel from sorption devices ( 4 ) which contain an absorption medium ( 7 ) for absorbing thermal energy;
  • c) a buffer store ( 9 ) for taking over the thermal energy from the absorption device ( 4 ) and for feeding absorption chillers ( 10 ) with thermal energy;
  • d) connecting elements for connecting the Absorptionseinrich device ( 4 ) with the buffer memory ( 9 ) and the absorption refrigeration machines ( 10 );
  • e) an electronic control device ( 8 ) for controlling the overall system; and if necessary
  • f) photosensors ( 9 ) which determine the intensity of the incident direct solar radiation and pass the measurement results on to the electronic control device ( 8 );
zur Gebäudeklimatisierung bei gleichzeitiger Quasiverschattung durch Ausfilterung des Hauptanteiles an direktem Licht bei gleichzeitigem Durchlaß eines Maximums an indirektem (diffu­ sem) Licht.for building air conditioning with simultaneous quasi-shading by filtering out the main part of direct light simultaneous transmission of a maximum of indirect (diffuse sem) light.
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