DE2540463A1

DE2540463A1 - Waermepumpe mit sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2540463A1
Application number: DE19752540463
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing Grad Kirn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-11
Filing date: 1975-09-11
Publication date: 1977-03-24

Description

Wärmepumpe mit Sonnenkollektor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem sowohl Sonnenenergie als auch Umweltwärme fiir die Raumheizung genutzt werden können. 1)er erforderliche Sonnenkollektor ist so ausgebildet, daß er bei Sonnenschein Sonnenenergie bei hohem Wirkungsgrad aufnehmen und bei trüben Wetter sowie nachts der Außenluft Wärme entziehen kann.
Bekannt sind Sonnenenergieheizungen, bei denen eine von einem flässigen Medium durchflossene Platte in einem wärmegedämmten Kas@en hinter einer Glasscheibe angeordnet ist. Die Glasscheibe wirkt dabei als Wärmefalle, sie läßt das lurzwellige, sichtbare licht noir wenig geschwächt hindurchtreten und absorbiert die langwelligen rnfrarotstralll en, die von der sich erwärmenden Empfängerplatte zurückgestrahlt werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß nur die unmittelbare Sonnenstrahlunrr aufgenommen und verwertet werden kann. Der An fall an Sonnenenergie im Winter ist aber erheblich kleiner als im Sommer. Um daher bei noch vertretbar großen Kollektorflächen die erforderliche Heizwärme bereitstellen zu können, sind recht große Speichervolumen erforderlich, die bei einem Finfamilienhaus etwa 200 m³ betragen und in denen Sommerwärme für die winterliche Heizung bevorratet wird.
Bekannt ist ferner ein Verfahren der Wohnraumheizung mit Wärmepumpen. Dabei entzieht auch bei tiefen Außentemperaturen elli Wärmetauscher der Außenluft Wärme, die von einer liSarmepumpe auf ein für Raumheizzwecke verwertbares Temperaturpriveau angehoben und dem beheiztem Gebände z.B. über eine Warmwasser- oder Warmluftheizung zugeführt wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Leistungsziffer einer solchen mit Außenluft als Wärmeträger betriebenen Wärmepumpe bei tiefen Außentemperaturen, d.h. großer Temperaturdifferenz Außenluft zu Heizwasser der Warmwasserheizung, klein wird.
l)adurc11 steigt <ler Heizleistungsbedarf einer Viel zahl vo;i Wärme pumpen nn den wenigen Wintertagen sehr tiefer Außentemperatur überproportional an, wodurch die Anlage unwirtschftlich groß ausgelegt werden muß und ferner die energiewirtschaftlich bedeutungsvolle Jahresbenutzungsdauer klein wird.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung sollen vorgenannte Schwierigkeiten gemeistert werden. An Sonnentagen soll unmittelbar Sonnenenergie für den Betrieb der Heizungsanlage gewonnen und gegebenenfalls gespeichert werden; an trüben Wintertagen wird die in der Außenluft gespeicherte Sonnenenergie durch das Entwärmen der Außenluft gewonnen. I)ie Speichervoluminas können nun erheblich kleiner sein, weil fast immer, u.U. auch nachts, Wärme gewonnen wird, zum andern kann die Leistungsziffer der Wärmepumpe an den sehr kalten Wintertagen auf durchschnittlicher Höhe gehalten werden, weil die Klimastatistik zeigt, daß sehr kalte Wintertage stets von Hochdruckwetterlagen begleitet werden, die tags Sonnenschein bringen. Dies trifft insbesondere auch im Gebirge zu, wo bei recht tiefen Außentemperaturen tags intensive Sonneneinstrahlung auftritt, die als Heizenergi e gewonnen werden kann, während die Wärmegewinnung aus der sehr kalten Außenluft eine unwirtschaftlich niedrige Leistungsziffer im Gefolge hätte. Bei winterlichen Tiefdruckwetterlagen liegen die Verhältnisse umgekehrt; eine dichte Wolkenschicht läßt nur wenig Sonnenlicht an den kurzen Wintertagen zur Erdoberfläche dringen. Die Außenluft ist aber nur mäßig kalt und eignet sich als Wärmeträger bei noch vertrtbarer Leistungsziffer der Wärmepumpe. Die verbleibenden, wenigen Wintertage starker Kälte und dicht bedeckten @immels, Tage, an denen also bei noch wirtschaftlicher Leistungsziffer keine Wärme gewonnen werden kann, müsson dtirch einen Wärmespeicher überbrückt werden, der aber, verglichen mit der reinen, direkten Sonnenenergieheizung, wesentlich kleiner sein kann.
Die Zeichnung zeigt die gegenständliche Ausführung des Sonnenkollektors nach der Erfindung. In einem Gestell 11 der Figur 1 ist eine von Flüssigkeit durchflossene geschwärzte Platte (3) untergebracht, die mit Rippen (7) versehen ist.
Diese Rippen befinden sich vorzugsweise auf der der Sonnenstrahlung S zugewandten Seite der Platte, können aber auch all f' deren Rückseitie angeordnet sein. 1)ie der Sonne zugewandte Seite des Gestells ist durch Glasscheiben (8) abgedeckt, die übrigen Seiten sind durch Wärmedämmung (10) gegen Wärmeverluste geschützt. Die Kollektorplatte (3) sitzt auf der Grundfläche des Gestells, wie die Fig. 1 zeigt, auf, während sie zur Deckfläche einen Zwischenraum frei läßt; ebenso sind zwischen der Platte und der Rückwand sowie der Platte und den Gasscheiben, hier bedingt durch die senkrechten Rippen der Platte, Zwischenräume frei, so daß ein Luftkanal (6) um die Platte führt. Die Unterseite des Gestells ist von Luftein- und Luftaustrittsöffnungen (4) durchbrochen. Ein Gebläse (9) saugt oder drückt durch den Luftkanal (6) Außenluft. In Figur 1 ist das Gebläse als li'alzenliifter mit Antriebsmotor (12) dargestellt. Ebenso könnte es ein Radial- oder Achsialgebläse auf der Saug-oder auf der Druckseite sein. Ein Leitblech (5) sorgt dafür, daß die aus dem Sonnenkollektorgestell (11) austretende abgekühlte Luft von der wärmeren angesaugten Außenluft getrennt bleibt. Durch Rohr (1) fließt dem Kollektor eine frost feste Flüssigkeit zu, die ihn erwärmt durch das Rohr (2) wieder verläßt.
Bei Sonnenschein ist das Gebläse (9) abgeschaltet, die Sonnenstrablen werden durch die Platte (3) absorbiert und in Wärme umgewandelt. Dabei verbessern die Kühlrippen (7) die mittlere Strahlungszahl der Platte. Gleichzeitig drückt eine Umwälzpumpe durch die Rohre (1) und (2) Kühlflüssigkeit. Sinkt die Strahlstärke der Sonne, was z.B. durch ein Bolometer festgestellt wird, unter einen bestimmten Wert ab, so daß kein namhafter direkter Wärmegewinn mehr erzielbar ist, und weisi die Außentemperatur mittlere winterliche Temperaturwerte, z.B. 0a > 0°C, auf, dann schaltet sich durch einen Ketterfühler gesteuert, Gebläse (9) sowie in der Heizungsanlage eine Wärmepumpe ein. Die Außenluft umströmt in der in Fig. 1 dargestellten Weise die Kollektorplatte und kühlt sich an dieser, insbesondere an deren Kühlrippen (7), ab. Die in Flüssigkeitsstrom (2) enthaltene Wärme nimmt eine Wärmepumpe auf, hebt sie auf das Niveau der Vorlauftemperatur der Warmwasserheizung bez. auf die Temperatur des Wärmespeichers an und speist sie dort ein.
Die Zeichnung, Fig. 2, zeigt, daß anfallendes Kondensat durch Leitung (13) abgeführt wird. Um Kondensat, das auf der Vorderseite der Kollektorplatte (3) anfällt, ebenfalls entweichen zu lassen, sitzt Platte (3) nicht völlig dicht auf der Unterseite des Gestells auf, sondern gestattet dem Kondensat durch kleine Öffnungen, die für die strömende Luft unbedeutend sind, zum Ausfluß (13) zu gelangen.
An Stelle einer Kollektorplatte kann auch ein Lamellenkörper (7) treten, der von Rohren (14), durch die frostfeste Flüssigkeit fließt, durchzogen ist, wie die Zeichnung, Fig. 3 und Fig. 4,zeigt. Eine Trennplatte (3), die auf der Rückseite oder der Vorderseite oder innerhalb des Lamellenkorpers @@co@@@@@ ist, sorgt dafür, daß der steigende und der fallende Luftstrom bis zu ihrer Umlenkung getrennt bleiben.
Bei starker @onneneinstrahlung in sonnenreichen Sommern kann es vorkommen, daß der Speicher der Gesamtanlage vollaufgeheizt ist und keine Wärme mehr aufnehmen kann. Um Dampfbildung im Sonnenkollektor zu vermeiden, kann das Gebläse Kühlluft fördern. Wirtschaftlicher ist es aber, den Sonnenkollektor, wie die Zeichnung, FIg. 4, zeigt, mit einem Sonnensenntz für diesen Notfall zu versehen. Ein Band der Breite der Glasscheibe wird bei vollaufgeheiztem Speicher vor die Kollektorfläche durch Motor (17) gezogen, so daß diese gegen Sonnenstrahlen abgeschattet ist. Die Ausbildung des die Kollektorplatte umgebenden Luftkanals in Form eines auf den Kopf gestellten U verhindert, daß bei abgeschaltetem Gebläse und Betrieb als reiner Sonnenkollektor kalte Außenluft eindringen und die gewonnene Wärme abführen kann.

Claims

Patentansprüche: 1. @onnenkollektor zur Wärmegewinnung für Helzzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenstrahlung absobierende Fläche durch einen Ventilator von Luft angeblassen werden kann, der sie Wärme entzieht.
2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kollektorplatte in einem wärmegedämmten Gestell hinter Glastplatten so angeordnet ist, daß im unteren Bereich des Gestells Außenluft angesaugt, um die Platte geführt und wiederum im unteren Bereich des Gestells ausgeblasen werden kann.
3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet.

daß die das Gestell verlassende, abgekühlte Luft so geführt wird, daß sie sich mit der in das Gestell eintretenden nicht vermischen kann.
4. Sonnenkollektor nach dem Anspruch 1 und den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensat aus dem Kollektor abgeleitet wird.
5. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und den folgenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorplatte mit Kühlrippen versehen ist.
6. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 und den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorplatte gegen die Sonneneinstrahlung automatisch abgeschattet werden kann.