DE2631771A1

DE2631771A1 - Sonnenkollektoreinrichtung

Info

Publication number: DE2631771A1
Application number: DE19762631771
Authority: DE
Inventors: Siegfried Kofink
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1976-07-15
Publication date: 1978-01-19

Description

Sonnenkollektoreinri chtung
Die Erfindung betrifft eine Sonnenkollektoreinrichtung, bestehend aus einem von einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise wasserdurchströmtem , aus zwei Platten gebildeten Kollektor, sowie einer im Abstand angeordneten Abdeckung, durch welche eine Isolation gegen Abstrahlung von in dem Kollektor gesammelte Wärme gegeben ist.
Sonnenkollektoreinrichtungen dienen dazu, die von außen auftretende Wärme in einem geschlossenen System zu sammeln und zu speichern. Als Wärmeübertragungs- und Speichermedium wird hierzu vorzugsweise Wasser genommen, unter Umständen ein Gemenge von Wasser mit Äthylen-Glykol. Dieses W§rmeübertragungsmedium überträgt die aufgenommene Solarwärme in einem Wärme taucher auf das Brauchwasser. Es sind Jedoch auch Anordnungen bekannt, bei denen das aufgewärmte Wärmeübertragungsmedium, in dem Fall handelt es sich ausschließlich um Wasser, unmittelbar als Brauchwasser verwendet wird, z.B. zur Beheizung von Schwimmbädern. Die Sonnenkollektoreinrichtungen bestehen grundsätzlich aus einem Kollektor, der gegenüber dem Gebäude, auf das er aufgesetzt ist, wärmeisoliert ist, der von dem Wärmoübertragungsmedium durchflossen ist sowie aus einer für Wärme strahlen durchlässigen Abdeckung, die den Kollektor nach außen schützt. Die Kollektoren selbst können als Dünnschichtkollektoren ausgebildet sein und so z.B. aus einer Vielzahl von Rohren geringen Durchmessers bestehen oder aus Platten, wie die bekannten Doppelstegplatten, zwien denen das Wärmeübertragungsaedium zirkulieren kann. Es sind auch Anordnungen beannt, bei denen die eigentlichen Elemente des Kollektors enthalten sind. Bei diesen Anordnungen bestehen die Kollektorelemente aus Absorberöhren mit schwarzem Glasemail, wobei die umgebenden evakuierten Glasröhren mit einer aufgedampften Spiegel schicht versehen sein können, um so ein Optimum von Wärme sammlung zu bewirken.
Die vorliegende Erfindung gehört zu der Gruppe der Sonnenkollektoreinrichtungen mit Flachkollektoren, d.h., mit Kollektoren, bei denen eine nur begrenzte Wassermenge umläuft, um so eine schnelle Aufheizung des Wärmeübertragungsmediums zu bewirken bei leichten Dachbelastungen. Als Flachkollektoren sind bekannt Anordnungen aus Rollband-Aluminium, die mit einer non-selektiven schwarzen Schicht bestrichen sind und vor denen als Abdeckung eine doppelte Verglasung angeordnet ist. Weitere Sonnenkollektoren der gattungsgemäßen Art bestehen aus Aluminiumwellblech, sind schwarz gestrichen, mit Glas abgedeckt und weisen an der Unterseite eine starke Wärmeisolierung auf, wobei das als Wärmeübertragungsmedium dienende Wasser mittels einer Pumpe am Scheitel des Kollektors zugeführt wird und durch ein perforiertes Rohr gXichmäßig verteilt wird. Auch bei dieser bekanten Anordnung ist eine Glasabdeckung vorgesehen, mit der neben der Schutzfunktion des Kollektors auch eine Verbesserung der Sammlung der Sonnenstrahlen bewirkt werden soll. Der Aufbau dieser bekannten Sonnenkollektoreinrichtungen erfolgt durch Aufeinandersetzen einzelner Gruppen. So ist zunächst die Wärmeisolierung gegenüber der Dachfläche angeordnet. Auf diese Wärmeisolierung wird der Kollektor aufgesetzt, der randseitig verschweißt ist und mittels einzelnen getrennt angeordneten Abstandehalteelementen wird sodann die Abdeckung als getrenntes Bauteil aufgeaetst. Zur Montagevereinfachung wird dabei vielfach die Einheit von Kollektor und Abdeckung von einer U-förmigen Schiene umgeben, zwischen deren Schenkeln sowohl die Kollektoren als auch die abstandhaltenden Elemente und die Äbdeckplatte angeordnet ist.
Diese zuletzt beschriebenen Sonnenkollektoreinrichtungen haben jedoch den erheblichen Nachteil eines heterogenen Aufbaues.
Die eigentlichen Kollektoren, die abstandhaltendaiElemente und die Abdeckung bestehen aus unterschiedlichen Werkstoffen, vorzugsweise Metall bei den Kollektoren, Glas bei der Abdeckplatte und Kunststoff bei den abstandhaltenden Elementen, wobei die diese Elemente umgebende U-förmige Rahmenanordnung wiederum vorzugsweise aus Leichtmetall besteht. Hierdurch treten nicht nur Gefahren der Korrosion auf, sondern auch Schwierigkeiten in der Lagerung infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen. Außerdem ist die Herstellung dieser Anordnungen bis zum Transport auf die Baustelle sehr aufwendig und die Gesamtanordnung zwangsläufig durch den getrennten Rahmen sehr schwer, was wiederum zu Belastungen des Daches führen kann, die unter Umständen eine besondere Unterkonstruktion erfordert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonnenkollektoreinrichtung aufzuzeigen, die einen besonders einfachen Aufbau aufweist, wobei sich die Einfachheit sowohl auf die Herstellung der Sonnenkollektoreinrichtung beziehen soll als auch auf den Zusammenbau von Kollektor und Abdeckung sowie auf die spätere Montage. Außerdem soll die Sonnenkollektoreinrichtung möglichst leicht sein, so daß auf eine zusätzliche-Unterkonstruktlon verzichtet werden kann. Die Lösung der gestellten Aufgabe bildet eine Sonnenkollektoreinrichtung, bei der die Abdeckung samt Auflagefläche und dem den Abstand zwischen Abdeckung und Auflage bestimmenden Rahmen einstückig ausgebildet ist, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführung diese Elemente aus Kunststoff gefertigt sind. Hierbei hat sich in besonderer Weise das unter dem Namen Makrolon Acrwlglas-bewährt. Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Abdeckung wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht, daß die gesamte Außenkontur der Sonnenkollektoreinrichtung aus nur einem einzigen Teil besteht, daß zudem in nur einem relativ einfachen Arbeitsgang herstellbar ist. Dabei lassen sich außerdem durch die bekannten Herstellungsverfahren hohe Maßgenauigkeiten erreichen, so daß alle anderen Teile, die zu der Sonnenkollektoreinrichtung gehören, nämlich die Kollektoren selbat einschließlich der Wärmeübertragungsmediumszuführung- und Abführungsstutzen sowie einer zusätzlichen gegen die Dachhaut gerichteten Isolierung in dieses Bauelement werkstattseitig eingesetzt werden können, so daß die ganze Anlage als eine Einheit an der Baustelle angeliefert und in besonders einfacher Weise montiert werden kann. Um die weiteren Bauteile der Sonnenkollektoreinrichtung in diese Abdeckung einzubauen, hat es sich gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung als günstig erwiesen, daß der Rahmen einen Absatz aufweist und daß der entweder aus Platten bestehende Kollektor oder nach dem Rollbandverfahren hergestellte Kollektor durch den Absatz in seiner Lage fixiert angeordnet werden kann. Dabei ist es auch möglich, einen Kollektor zu verwenden, der aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise Aluminium, besteht, und bei dem erfindungsgemäß mindestens eine der Platten mit einer selektiven Schicht versehen ist.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß in besonders zweckmäßiger Weise ein aus zwei Platten bestehender Kollektor in der Sonnenkollektoreinrichtung angeordnet ist, bei dem die der Abdeckung zugewandte Platte klar durchsichtig ist, während die dahinter liegende Platte undurchsichtig und aus einem dunklen, möglichst schwarz eingefärbten Material besteht und das mindestens eine der Platten als Versteifung wirkende Einprägungen aufweist und daß ferner diese beiden Platten randseitig flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Diese Kollektorausgestaltung hat den Vorteil besonders einfacher Herstellung, wobei die Randverbindung mittels Klebung erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft ist dabei die Ausgestaltung, wenn es sich bei den Platten um Acrvlglasplatten handelt, da hierbei das besonders günstige Gewicht zu berücksichtigen ist.
Weitere Vorteile sind in den Patentansprdchen dargestellt und werden an Hand der Figurenbeschreibung erläutert.
In den Fig. 1 - 3 sind zwei Ausführungsbeispiele vereinfacht und schematisch dargestellt.
Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Kollektoreinrichtung, Fig. 2 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Kollektor, Fig. 3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sonnenkollektoreinrichtung.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sonnenkollektoreinrichtung zeigt eine Baueinheit, die im zusammengebauten Zustand zum Einbau angeliefert werden kann.
Sie wird als Einheit auf der vorgesehenen Position, z.B. einem Dach aufgesetzt und befestigt. Diese Sonnenkollektoreinrichtung besteht aus Kunststoff, z.B. Makrolon (Acryl-Glas) und ist zwischen der erfindungsgemäßen Abdeckung 1 samt Rahmen 4 und Auflagefläche 2 einerseits und dem plattenartigen Auflager 3 angeordnet. Die Abdeckung 1 weist Einprägungen 8b zur Versteifung auf, so daß eine relativ dünnwandige Ausführung gewählt werden kann. Auch der Absatz 5 trägt zur Versteifung bei, obwohl dieser Absatz 5 primär der Fixierung des aus den Platten 6 und 7 bestehenden Kollektors sowie der Aufnahme der Wärmeisolierung 16 dient. Der Rahmen 4 der Abdeckung 1 stellt die zeitliche Begrenzung der Sonnenkollektoreinrichtung dar und endet mit der Auflagerfläche 2, die auf dem Auflager 3 aufsitzt. Diese Auflagefläche 2 kann, wie in Fig. 1 dargestellt als abgewinkeltes Teil des Rahmens 4 ausgebildet sein und eine weitere nach oben gerichtete Abwinkelung ( nicht dargestellt) aufweisen, so daß eine Abiußrinne für z.B. Regenwasser entsteht. Anstelle dieser Abwinkelung kann auch die dargestellte Abwinkelung 15 des Auflagers 3 mit gleicher Funktion treten.
Werden mehrere Sonnenkollektoreinrichtungen aneinandergereiht, so wirkt die Abwinkelung 15 zugleich als Anschlag für die jeweils nächste Einrichtung, wobei die Stoßstelle durch ein U-förmiges Profilband abgedeckt werden kann.
Der Innenaufbau der Sonnenkollektoreinrichtung besteht zunächst aus dem Kollektor 6, 7. Dieser,in Fig. 1 als DUnnschichtkollektor ausgebildete Kollektor besteht aus einer unteren Platte 7, vorzugsweise aus einem undurchsichtigen, schwarz eingefärbten Kunststoff und einer darüber angeordneten klaren, durchsichtigen Platte 6 die wiederum versteifende Einprägungen 8a aufweist. Der zwischen den Platten 6 und 7 gebildete Raum 13 ist durch die Einprägungen 8a in einzelne Abschnitte - Jedoch nicht unbedingt flüssigkeitsdicht - unterteilt und wird von dem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Wasser, durchströmt. Der Zufluß bzw. Abluß des Wärmeübertragungsmediums erfolgt durch die trichterförmige Zu- bzw. Abflußstutien 10 die unmittelbar an die Platte 7 angeformt sind und über in diese Abflußtrichter 10 eingesetzte Rohrleitungen 11. Dabei ist wie in der Fig. 2 erkenntlich Zu- und Abfluß diagonal versetzt auf in den Kollektoren angeordnet (Pos. 10a, 10b). Unterhalb der zu dem Kollektor gehörenden Platte 7 kann gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung eine schwarz Schicht 12 z. B. aus Kunststoffolie angeordnet sein. Diese Schicht kann entweder lose eingelegt werden und zwar sodann auf der Wärmeisolationsschicht 16, die ihrerseits wiederum zwischen der Platte 7 bzw. der Folie 12 und der Fläche 9 des Auflagers 3 angeordnet ist. Diese Folie 12 bewirkt durch ihre Anordnung an der beschriebenen Stelle infolge der Totalreflextion eine zusätzliche Aufheizung des Wärmeübertragungsmediums. Selbstverständlich kann diese Folie auch metallisch ausgestaltet sein.
Hinter dieser Folie 12 oder anstelle der Folie 12 kann ebenfalls eine spiegelnde Folie angeordnet sein, die ebenfalls zu einer Verbesserung der Wärmeübertragung beiträgt, jedoch hat sich gezeigt, daß die Anordnung der schwarzen Folie unter vorwiegend herrschenden Wärmeeinfallsbedingungen günstiger ist.
Die bereits beschriebene Ausgestaltung des Auflagers 3 als ebene Platte mit den Abschnitten 9, ermöglicht einen besonders günstigen Aufbau, in dem in die erfindungsgemäße Abdeckung zunächst der Dünnschichtkollektor eingelegt wird, wobei die Verbindung der beiden Platten 6 und 7 des Dünnschichtkollektors huber eine Verklebung in den Randzonen flüssigkeitsdicht hergestellt werden kann und wobei der Rahmen 4 der Abdeckung 1 in Verbindung mit dem Absatz 5 der Fixierung des Kollektors dient.
Auf diesen eingelegten Kollektor wird sodann die Folie 12 aufgebracht und die dem Dach zugewandte Wärmeisolierung 16 und zum Schluß das Auflager 3. Die Verbindung zwischen Abdeckung 1 mit der Auflagefläche 2 und dem Auflager 3 kann durch Kleben erfolgen oder in besonders zweckmäßiger Ausgestaltung durch Zapfen, die in dem Auflager 3 angeordnet sind und die in Ausnehmungen der Auflage fläche 2 ragen. Eine derartige Anordnung stellt die Lage der einzelnen Bauteile zueinander sicher und läßt doch Bewegungen in gewissem Maße zu. Der Raum 14 zwischen der Abdeckung 1 und dem Dünnschichtkollektor dient der Wärme isolierung, das heißt, zum Schutze der Kollektoranordnung gegen Abstrahlverluste nach außen.
In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 ist ein nach dem Rollbandverfahren hergestellter Aluminiumkollektor mit selektiver Schicht dargestellt. Dieser Kollektor ruht ebenfalls auf dem Absatz 5, d.h., zwischen dem Absatz 5 der der Fixierung dient und der Wärmeisolierung 16. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche zweite Abdeckschicht 19, die ebenfalls vorzugsweise aus Acrylglas hergestell ist und ebenfalls Versteifungseinprägungen 8a aufweist, dargestellt. Diese zweite zusätzliche Abdeckung liegt in einem zweiten Absatz 5a der in Verbindung mit dem zugehörigen Rahmenteil der Fixierung dieser weiteren Abdeckung dient. Die Distanz gegenüber dem Kollektor wird durch einen Distanzring 18 oder einzelne Distanzstücke bewirkt. Die Zuführung bzw. Abführung des WärmeUbertragungsmediums erfolgt bei dieser Aufführungsvariante durch einen oberen bzw. unteren jeweils senkrecht zu den Kanälen 13 angeordneten Zufuhr- bzw. Abfuhrkanal, von dem aus die Verteilung in diese vom Wärmeübertragungsmedium durchflossenen Räume 13 erfolgt.
Zufluß-und Abflußstutzen sind wiederum diagonal versetzt zueinander angeordnet.
Durch die erfindungsgemäße einstückige Ausgestaltung der Abdeckung samt Rahmen und Auflagefläche mit den erfindungsgemäß angeordneten Absätzen, ergibt sich eine Sonn-nkollektoreinrichtung, die in besonders einfacher Weise montierbar ist und durch die Wahl des Werkstoffes besonders leicht ausgestaltet werden kann. Dadurch wird erreicht, daß bei einer Anordnung mit ausreichender Steifigkeit die Montage werkseitig erfolgen kann und der Aufbau auf das Dach in besonders einfacher Weise möglich ist. Schließlich läßt sich gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Abdeckung Jede beliebige Kollektoranordnung verwenden und es können bei Bedarf selbstverständlich neben den in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 dargestellten Isolationsräumen 14 und 17 noch weitere Räu'ie gebildet werden, falls dieses erforderlich sein sollte.
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Claims

Patentansprüche 1. Sonnenkollektoreinrichtung, bestehend aus einem von einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Wasser, durchströmten, aus zwei Platten gebildeten Kollektor sowie einer im Abstand angeordneten Abdeckung, durch welche eine Isolation gegen Abstrahlung von in dem Kollektor gesammelte Wärme gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (1) samt Auflagefläche (2) und dem den Abstand zwischen Abdeckung (1) und Auflager (3) bestimmenden Rahmen (4) einstückig ausgebildet ist.
2.) Sonnenkollektoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (4) einen Absatz (5) aufweist und daß der aus den Platten (6,7) bestehende Kollektor mit diesem Absatz (5) verbunden ist.
3.) Sonnenkollektoreinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Platten (6,7) bestehende Kollektor aus metallischem Werkstoff vorzugsweise Aluminium besteht und daß mindestens eine der Platten (6,7) mit einer selektiven Schicht versehen ist.
4.) Sonnenkollektoreinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Wärmeübertragungsmedium enthaltende Kollektor aus zwei Platten (6,7) besteht, von denen die der Abdeckung (1) zugewandte (6) klar durchsichtig ist, während die dahinter-liegende (7) undurchsichtig und aus einem dunklen, möglichst schwarz eingefärbten Material besteht und daß mindestens eine der Platten (6,7) als Versteifung wirkende Einprägungen (8) aufweist und daß ferner diese beiden Platten (6,7) randseitig fltissigkeitsdicht miteinander verbunden sind.
5.) zu ) Sonnenkollektoreinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (1), die den Kollektor bildenden Platten (6,7) sowie die das Auflager (3) bildende Platte (9) aus Kunststoff, vorzugsweise Acryl-Glas bestehen.
6.) Sonnenkollektoreinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Platte (7) eine (12) schwarze Schicht, z.B. aus Kunststoffolie angeordnet ist.
7.) zu ) Sonnenkollektoreinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Platte (7) eine Aluminium-Folie angeordnet ist.
8.) Sonnenkollektoreinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem aus den Platten (6,7) bestehenden Kollektor und dem Auflager (3) eine Wärmeisolation(16) z.B. aus Styropor angeordnet ist.
9.) Sonnnenkollektor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Platte (7) des Kollektors trichterförmige Zu- und Abflußstutzen (10) zur Zu- bzw. Abfuhr des wärmeilbertragenden Mediums angeformt sind.
10.) Sonnenkollektor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflager (3) als ebene Platte auegebildet ist.
11.) Sonnenkollektoreinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche (2) nach außen abgewinkelt ist.