DE2554095A1

DE2554095A1 - Sonnenkollektor aus kunststoffrohren

Info

Publication number: DE2554095A1
Application number: DE19752554095
Authority: DE
Inventors: Wilfried Ing Grad Kromer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-12-02
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1977-06-16

Description

B e s c h r e i b u n g
Titel: Sonnenkollektor aus Kunststoffrohren Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft einen Sonnenkolleltor aus Jtunststoffrohren, durch den Wasser fließt, das durch Sonnenenergie aufgeheizt wird. Das erwärmte Wasser kann bestehenden Heizungsanlagen zugeleitet werden.
Zweck: Durch die Gewinnung von Warmwasser aus Sonnenenergie sollen die herkömmlichen Energieträger wie Erdöl, Gas, Kohle u.a. entlastet und auf längere Sicht eine Kostenminderung erzielt werden. Gleichzeitig wird auch die Verschmutzung infolge Ruß- und Ab gas entwicklung herabgesetzt.
Stand der Technik mit Fundstellen: Die Erkenntnis, Sonnenstrahlen durch dunkle Stoffe zu absorbieren um damit Wasser aufzuheizefis-rird schon seit längerem praktisch nutzbar gemacht ( siehe auch die Broschüre " Solarenergie heute ", herausgegeben von der Firma Walter Zink in Nürtingen).
Kritik des Standes der Technik: Der Bauaufwand und die davon abhängenden Herstellungskosten sind beträchtlich und oft bereitet auch die anzustrebende senkrecht zum Strahleneinfall aufzustellende Kollektorfläche weitere aufwendige Maßnahmen.
Aufgabe: Das Ziel der Erfindung ist, die Herstellungskosten von Sonnenkollektoren wesentlich zu vermindern, die Montage zu vereinfachen, Materialien auszuwählen, die den Wirkungsgrad verbessern und einen günstigen Strahleneinfallswinkel zu erzielen.
Lösung: Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der Sonnenkollektor aus einem verhältnismäßig billigem doppeltem Kunststoffrohr besteht und in einfacher Weise auf einem Hausdach montiert werden kann.
Weitere Ausgestal- Um den Wasserdurchfluß ohne zusätzlichen Energietung der Erfindung: aufwand aufrecht zu erhalten, wird der Sonnenkollektor mit einem Druckminderungsventil an die Trinkwasserleitung angeschlossen. Die Durchflußgeschwindigkeit regelt ein Dosierventil am Auslauf des Kollektors.
Erzielbare Vorteile: Die Herstellung des doppelten t.unststoffrohres kann fabrikmäßig ait Hilfe einer Strangpresse vorgenommen werden. Das nststoffrohr ist biegsam und kann daher in Schneckenform mit einfachen Halterungen am Dach befestigt werden. Der Sonnenstrahleneinfallswinkel ist bei allen Sonnenstellungen, infolge des runden Rohrquerschnittes, immer senkrecht zu einem Rohrdurchmesser. Durch den Anschluß an die Trinkwasserversorgung wird eine Umwälzpumpe eingespart.
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles: Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die obere Abbildung zeigt unmaßstäblich den in Schneckenform verlegten , 300m langen,Kollektor.
Unten ist ein Querschnitt des doppelten Kunststoffrohres dargestellt.
Wirkungsweise: Aus der Trinkwasserleitung fließt das Wasser über einen Zähler zum Druckminderungsventil, worin der Wasserdruck soweit herabgesetzt wird, daß alle Gesamtwiderstände überwunden werden. Während des Durchflusses absorbiert das Wasser Sonnenenergie und erwärmt sich.
Das erwärmte Wasser fließt mit einer errechneten konstanten Geschwindigkeit, geregelt vom Dosierventil, zu einem Warmwasserspeicher.
Die Anlage enthält die Berechnung des Beispieles.
Berechnung zum beschriebenen Beispiel Angenommene Strahlungsenergie ( laut Prof. Schöll ) 800 - 900 W/m² Aufheizung des Absorptionsrohres: # = 5,67 . 10-8W m-2 K-4 # = Absorptionsgrad 0,80 1/# = 1,25 A = Bestrahlungsfläche T1 = Aufheiztemperatur T2 = Umgebungstemperatur ang. 20°C Dimensionierung der Rohrleitung: Rohrleitungslänge L = 300 m Durchflußmenge Q = 150 l/h s 300 v = = = 0,08 m/s t 60 . 60 Aerf = Q/v = = 0,052 dm² = 5,2 cm² 0,8 gewählt d = 26 mm, D = 30 mm Wärmeenergieaufnahme: entspricht dem Wärmeübergang fließendes Wasser an glatten Flächen Q =α. A . t .#t A = U . L = 8,17 cm . 30 000 cm = 245 100 cm² = 24,51 m² Q = 800 . 24,51 . 1 . 77 = 1 510 ooo Kcal/h α= Wärmeübergangszahl A = Fläche t = Zeit lh T = Temperaturdifferenz 370°K - 293°K = 77°C Berechnung zum beschriebenen Beispiel Wärme energieverluste: 1. Verlust durch Wärmeausgleich c1 . m1 . t1 + c2 . m2 . t2 = tm ( c1 . m1 + c2 . m2 ) c1 . m1 . t1 + c2 . m2 . t2 tm = c1Wasser = 1 c1 . m1 + c2 . m2 c2Kunstst. = 0,5 1.0,53.283 + 0,5.0,18.370 # Kunstst. = 1,0 tm = = 296°K 1.0,53 + 0,5.0,18 t1 = 283°K 296 - 273 #tm = = 0,43 t2 = 370°K 283 + 370 -273 Ad = 5,30 cm² 2 AD = 7,07 cm² AK = 1,77 cm 2. Verlust durch einseitige Sonnenbestrahlung: 3. Verlust durch Wärmaleitung:

d Luft = 4,8 + 3,4 . 5 = 22

#Kunstst. = 0,2 . 1 ooo = 40

5

100

#Luft = 0,02 . = 1

2

αLuft = = 5

1 000

# Kunstst. = 0,2 . =100

2

K = 168 Berechnung zum beschriebenen Beispiel K1 168 #Tw =#T . = 77 . = 16,2°C 800 Kü 800 - 168 #w = = 0,79 Verlust durch Aufheizung: Mögliche Wärmeeindringung Q = b . A . d . T b = Wärmeeindringzahl A = Fläche Q = 8 . 1 . . 77 = 308 000 Kcal/h 0,002 d = Stoffdichte #T = Temperaturdifferenz Aifheizzeit Sonnenscheinannahme loo Tage je 6 Std. ; mittlere Zeit = 3 Std.
Gesamtwirkungsgrad #ges = 0,43 . 0,32 . 0,79 . 0,35 = 0,038 Tatsächliche Wärmeleistung: Q = #ges es . Q = = o,o38 . 1 510 ooo = 57 400 Kcal/h 57 400 Qm²netto = Q/A = = 2 340 Kcal/m²h 57 400 Qm²brutto = Q/A = = 730 Kcal/m²h A 5.5.3,14 Tatsächliche Leistung pro Jahr: Q = 57 400 . 600 = 34 440 ooo Kcal 34 440 000 Öleinsparung = = 6000 1 11 600 . 0,5 Ersparte Kosten 6 ooo . 0,40 = 2 400.- DM Durch Verbesserung der Materialkonstanten kann noch mehr Wirtschaftlichkeit erreicht werden.

Claims

Patentanspr#ch#: Der Patentanspruch soll sich auf folgendes erstrecken: Sonnenkollektor aus einem doppelten, beliebig langem, Kunststoffrohr mit Direktanschluß an die Trinhvasserversorgung.