DE2926931C2

DE2926931C2 - Wärmeversorgungssystem mittels vorgefertigter Solarabsorber im Baukastensystem

Info

Publication number: DE2926931C2
Application number: DE2926931A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 6148 Heppenheim Kellner
Original assignee: Individual
Current assignee: KELLNER, WERNER, DIPL.-ING., 6148 HEPPENHEIM, DE
Priority date: 1979-07-04
Filing date: 1979-07-04
Publication date: 1983-06-01
Also published as: DE2926931A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Wärmeversorgungssystem zur ganzjährigen Versorgung von Gebäuden mit warmem Brauchwasser und Raumheizwärme mittels vorgefertigter Solarabsorber im Baukastensystem als Teilsystem einer Wärmepumpenanlage, wobei «sie Solarabsorber ein Energiedach oder eine Energiefassade zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Sonneneinstrahlung und aus der Umwelt bilden und zum Energietransport ein Wärmeträgermedium in zumindest einem Absorberrohr zirkuliert, das mit dem Solarabsorber einstückig ausgebildet ist

Bekannt ist aus der DE-OS 26 15 280 ein auch für J₀ Sonnenkollektoren geeigneter Wärmetauscher, auf dessen Grundplatte eine Rohrschlange in halbkreisförmigen Sicken Aufnahme findet und bei dem die Rohrschlange durch Blechstreifen, welche auf beiden Seiten hochgestellt und abgewinkelt sind, mit der Grundplatte verbunden ist. Dadurch wird bei senkrechter Anordnung infolge thermischer Konvektion eine Kaminwirkung zur Erhöhung der Wärmeabgabe an die von unten nach oben strömende Luft bewirkt. Der beschriebene Wärmetauscher, welcher vornehmlich zur Anwendung in Kühl- und Heizgeräten konzipiert ist, weist für einen Einsatz als Solarabsorber verschiedene Nachteile auf. Wenn der Wärmetauscher an einer Außenwand oder auf einer Dachfläche montiert wird, liegen die Blechstreifen, welche die Rohrschlange halten auf der dem Gebäude zugewandten Wärmetauscherinnenseite, wodurch die Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche auf das Wärmeaufnahmevermögen des Wärmetauschers aus der von außen anströmenden Luft ohne Einfluß bleibt. Zugleich wird der gewünschte Kamineffekt bei geneigter Anordnung und wegen der im Abkühlbetrieb umgekehrten Luftströmung — nämlich von oben nach unten — durch die Strömungsbedingungen an der Gebäudeaußenseite beeinträchtigt Das Absorptionsvermögen entspricht dem der ebenen Fläche und ist damit begrenzt Für einen Einsatz als alleinige Dachhaut oder Wandverkleidung ist der Wärmetauscher überdies nicht vorgesehen.

Des weiteren ist aus der DE-OS 25 09 422 eine autonome Sonnenenergieheizung bekannt, bei welcher Wärmekollektorprofile Verwendung finden, die eine Dachhaut bzw. Wandverkleidung durch baukastensystemartige Anordnung bilden. Der Absorptionswirkungsgrad dieser KoUektorprofile wird ebenfalls durch die ebene Ausführung beschränkt Im Konvektionsbetrieb ergibt sich eine durch die ebene Kollektoroberfläche begrenzte Wärmeaufnahme pro Flächeneinheit Zur Vermeidung von Verlusten und zur Erhöhung der Systemverfügbarkeit in bestimmten Betriebsfällen sind umfangreiche und aufwendige Zusatzeinrichtungen wie Glasabdeckung, Luftklappen, Regel- und Steuerkreise, Abtaueinrichtungen usw. erforderlich, welche hohe Investitionskosten der Gesamtanlage verursachen. Die Abkühlung umgebender Medien beschränkt sich auf Luft und Luftfeurhte, wobei der Abkühlprozeß bei bestimmten Betriebsarten nur eingeschränkt möglich ist Der Betrieb der vielen Zusatzeinrichtungen reduziert den Gesamtwirkungsgrad der Anlage und erhöht die Betriebskosten.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, weiche durch die gewählte konstruktive Gestaltung ein Minimum an Fertigungsaufwand und ein Maximum an Wärmeaufnahmevermögen für die Absorption von Sonneneinstrahlung und die Abkühlung umgebender Medien (Luft, Feuchte, Regen) besitzt, um eine wirtschaftliche und monovalente Wärmeversorgung von Gebäuden sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein einzelner Solarabsorber aus einer in einer Ebene angeordneten Grundplatte besteht, auf der einseitig, senkrecht zur Grundplatte und parallel zu den Längsseiten der Grundplatte ausgerichtete Kühl- und Strömungsflächen mit integrierten Absorberrohren angebracht sind und daß die Kühl- und Strömungsflächen zur Einstrahlungsseite hin und an den Stirnseiten des Solarabsorbers gleichartige offene Hohlräume bilden.

Des weiteren hat es sich zur einfacheren Vorfertigung der Solarabsorber als vorteilhaft herausgestellt, daß die Hohlräume durch die Anordnung mehrerer Solarabsorber nebeneinander gebildet sind.

Um das Wärmeaufnahmevermögen der erfindungsgemäßen Solarabsorber noch weiter zu erhöhen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß in die Hohlräume seitlich von den Kühl- und Strömungsflächen ausgehende und parallel zur Grundfläche verlaufende Flossen hineinragen, welche mit den Kühl- und Strömungsflächen wärmeleitend verbunden sind.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die konstruktive Gestaltung der Solarabsorberoberfläche u-förmige Hohlräume geschaffen werden, welche das Wärmeaufnahmevermögen des Solarabsorbers gegenüber bekannten Anlagen wesentlich erhöhen. Diese vorteilhafte Hohlraumstruktur des Solarabsorbers bewirkt bei Sonnen-

einstrahlung aus beliebiger Richtung einen Absorptionskoeffizienten nahe 1 und für den Konvektionsbetrieb infolge der großen strömungsgünstigen Oberfläche ein vom Neigungswinkel des Solarabsorbers nahezu unabhängiges Wärmeaufnahmevermögen und nutzt vermehrt die Speicherwärme aus Feuchte und Regen. Durch die hohe spezifische Wärmeleistung pro Flächeneinheit ist bei ausreichender Dimensionierung die ganzjährige Wärmeversorgung von Gebäuden mit warmem Brauchwasser und Raumheizwärme sichergestellt Aufgrund der optimierten Gesamteigenschaften des Solarabsorbers bezüglich Fertigungsaufwand, Wärmeaufnahmevermögen und der Anwendungsmöglichkeit zur Herstellung eines Energiedaches und/oder einer Energiefassade ist damit ein Wärmeversorgungssystem entwickelt worden, welches einfach und effektiv in eine Wärmepumpenanlage integriert werden kann. Gegenüber von Kollektoren oder Solarabsorbern, welche den Stand der Technik darstellen, weist der erfindungsgemäße Solarabsorber wegen seines hohen Wirkungsgrades und seiner niedrigen Investitions- und Betriebskosten technische und wirtschaftliche Vorteile auf.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungs^emäßen Solarabsorbers sowie eine Anordnungsdarstelting des Wärmeversorgungssystems als Teilsystem einer Warmepumpenanlage ist in den Zeichnungen nach F i g. 1 bis 4 dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Ansicht des Solarabsorbers von oben,
F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 1,
Fig.4 eine Anordnungsdarstellung des Wärmeversorgungssystems als Teilsystem einer Wärmepumpenanlage.

Das Ausführungsbeispiel in F i g. 1 bis 3 zeigt einen Solarabsorber 15, wobei nach Fig.3 die u-förmigen, gleichartigen offenen Hohlräume 12 durch jeweils zwei nebeneinanderliegende Solarabsorber 15 gebildet sind, wobei jeder Solarabsorber 15 eine Grundplatte 1 und die einseitig, senkrecht zur Grundplatte 1 und parallel zu den Längsseiten 8 und 11 der Grundplatte 1 angeordneten Kühl- und Strömungsflächen 2 besitzt. Die Hohlräume 12 sind zur Einstrahlungsseite 13 hin und an den Stirnseiten 6 und 7 offen, so daß die aus beliebiger Richtung einfallende Sonneneinstrahlung 14 maximal absorbiert und die von außen anströmenden Medien Luft, Feuchte und Regen gleichmäßig verteilt und optimal abgekühlt werden. Zur weiteren Erhöhung der gesamten Wärmeaustauschfläche im Konvektionsbetrieb können Flossen 2a vorgesehen sein, welche in die von der Grundplatte 1 und den Kühl- und Strömungsflächen 2 gebildeten, u-förmigen, gleichartigen offenen Hohlräume 12 hineinragen, und welche mit den KOhJ- und Strömungsflächen 2 wärmeleitend verbunden sind. In die Kühl- und Strömungsflächen 2 sind die Absorberrohre 3 integriert Der Solarabsorber 15 weist Anschlußstücke 9 und 10 zur Verbindung der Absorberrohre 3 auf. Zur Ausbildung einer wasserundurchlässigen Dachhaut von neben- und hintcreinanderliegenden Solarabsorbern 15 sind die aneinandergrenzenden Stirnseiten 6 und 7 sowie die aneinandergrenzenden Längsseiten 8 und 11 der Grundplatte 1 mit ineinandergreifenden Profilen versehen. Auf der Unterseite des Solarabsorbers 15 sind eine Wärmeisolierung 5 und Montageeinrichtungen 4 angebracht

In F i g. 4 ist die Anordnung der ri^-:rch Serien- und Parallelschaltung miteinander verbundenen Solarabsorber 15 des Wärmeversorgungssystems als Teilsystem einer Wärmepumpenanlage dargestellt

Auf einer geneigten Dachkonstruktion bilden die miteinander verbundenen Solarabsorber 15 eine dauerhaft wasserundurchlässige Dachhaut Die in den Kühl- und Strömungsflächen 2 integrierten Absorberrohre 3 werden über die Zuleitung 16 mit einem Wärmeträgermedium versorgt das die Absorberr?hre 3 in der Richtung 18 durchströmt und über die Ableitung 17 abströmt. Das Wärmeträgermedium, welches die von den Kühl- und Strömungsflächen 2 und den Flossen 2a aus Sonneneinstrahlung und Abkühlung der Umgebung aufgenommene Wärme transportiert wird über einen Solarwärmespeicher 20 einer Wärmepumpe 21 zugeführt Die Wärmepumpe 21 gibt die von den Solarabsorbern 15 zugeführte Wärme an den von einer Umlaufpumpe 22 betriebenen Wärmeverbraucherkreis auf einem entsprechend höheren Temperaturniveau weiter. In diesem Kreis werden die angeschlossenen Wärmeverbraucher — ein Wärmespeicher 23, eine Raumheizungsanlage 24 und eine Brauchwasserversorgung 25 — mit der benötigten Wärmemenge versorgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche; 10

1. Wärmeversorgungssystem zur ganzjährigen Versorgung von Gebäuden mit warmem Brauchwasser und Raumheizwärme mittels vorgefertigter Solarabsorber im Baukastensystem als Teilsystem einer Wärmepumpenanlage, wobei die Solarabsorber ein Energiedach oder eine Energiefassade zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Sonneneinstrahlung und aus der Umwelt bilden und zum Energietransport ein Wärmeträgermedium in zumindest einem Absorberrohr zirkuliert, das mit dem Solarabsorber einstückig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelner Solarabsorber (15) aus einer in einer Ebene angeordneten Grundplatte (1) besteht, auf der einseitig, senkrecht zur Grundplatte (1) und parallel zu den Längsseiten (8, 11) der Grundplatte (1) ausgerichtete Kühl- und Strömungsflächen (2) mit integrierten Absorberrohren (3) angebracht sind und daß die Kühl- und _Μ Strömungsflächen (2) zur Einstrahlungsseite (13) hin und an den Stirnseiten (6,7) des Solarabsorbers (15) gleichartige offene Hohlräume (12) bilden.

2. Wärmeversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (12) durch die Anordnung mehrerer Solarabsorber (15) nebeneinander gebildet sind.

3. Wärmeversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hohlräume (12) seitlich von den Kühl- und Strömungsflächen (2) ausgehende und parallel zur Grundfläche (1) verlaufende Flossen (2a) hineinragen, welche mit den Kühl- und Strömuügsfläcßjn (2) wärmeleitend verbunden sind.