-
Vorrichtung zum Nutzbarmachen von Umgebungswäme,
-
insbesondere Wärmetauscherdach
Beschreibung: Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Nutzbarmachen von Umgebungswärme
aus Sonneneinstrahlung, Luft oder Niederschlägen, insbesondere auf ein Wärmetauscherdach,
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Bei derartigen Vorrichtungen handelt es sich um Wärmetauscher, die
allerdings sehr unterschiedlich ausgestaltet sein und auch nach unterschiedlichen
Prinzipien arbeiten können. Typisch ist jedoch immer der Wärmeübergang von einem
abgebenden Medium zu einem aufnehmenden Medium durch Wärmetauscherflächen hindurch.
Auch Strahlungswärme, etwa von Sonneneinstrahlung herrührend, gelangt letztlich
durch die Wandungen der ein Wärmeträgermedium führenden Strömungswege hindurch in
das Wärmeträgermedium.
-
Vorrichtungen zum Nutzbarmachen von Umgebungswärme sind insbesondere
in Form von Sonnenkollektoren bekanntgeworden, die häufig auf Dachflächen angeordnet
und zuweilen auch in letztere integriert sind, also selbst Dachflächen bzw.
-
Teile davon bilden. Dabei sind unter einer Abdeckung, die Strahlungswärme
durchläßt, in zumeist nach außen dicht abgeschlossenen
flachen
Aufnahmeräumen Rohrschlangen verlegt, durch die das Wärmeträgermedium hindurchströmt
und die eingefangene Umgebungswärme abführt, etwa zu einer Wärmepumpe.
-
Bei derartigen Kollektordächern gelingt, soweit man von den recht
kostenaufwendigen Installationen einmal absieht, im wesentlichen nur die Nutzung
der durch Sonneneinstrahlung zugeführten Umgebungswärme. DemgegenUber ist durch
die Erfindung eine Vorrichtung zum Einfangen und Nutzbarmachen von Umgebungswärme
geschaffen worden, die zwar ebenfalls durch Sonneneinstrahlung einfallende Wärme
der Nutzung zugänglich macht, darüber hinaus aber auch die in Niederschlägen und
Umgebungsluft enthaltene Umgebungswärme.
-
Erfindungsgemäß ist dies durch ein mit einer Seite zur Umgebung weisendes
und Umgebungseinflüssen unmittelbar ausgesetztes Wärmetauscherelement mit in wenigstens
einer Lage nebeneinander verlaufenden Strömungswegen für das Wärmeträgermedium gelöst,
wobei das Wärmetauscherelement im Abstand von einer Aufnahmefläche angeordnet ist
und der Raum zwischen dieser Aufnahmefläche und der Rückseite des Wärmetauscherlements
einen von Umgebungsluft durchströmten Kanal bildet. Im Gegensatz zu den bekannten
Kollektordächern sind bei der Erfindung die ein Wärmeträgermedium
führenden
Strömungswege, die aus Rohrleitungen bestehen oder auch in plattenförmigen Elementen
integriert sein können, nicht abgedeckt, sondern auf der zur Umgebung hinweisenden
Seite unmittelbar Luft-, Regen und Sonneneinstrahlung ausgesetzt, und darüber hinaus
rückseitig von Umgebungsluft beaufschlagt, die durch den Kanal zwischen der Rückseite
des Wärmetauscherelements und der letzteres aufnehmendes Fläche hindurchströmt.
Diese Maßnahmen gewährleisten einen äußerst intensiven Wärmeübergang aus der Umgebung
in das Wärmeträgermedium, so daß im Vergleich zu bekannten Tauschersystemen für
den vorgenannten Verwendungszweck je Flächeneinheit große Wärmemengen selbst bei
bedecktem Himmel oder gar bei Regen eingefangen werden können.
-
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den nachgeordneten
Patentansprüchen 2 bis 15 angegeben.
-
Bei der Ausgestaltung nach Patentanspruch 2 ist eine besonders günstige
Führung der die Wärmetauscherelemente rückseitig beaufschlagenden Umgebungsluft
dadurch gewährleistet, daß die Rückseite des Wärmetauscherelements durch vorzugsweise
mit Abstand parallel zueinander verlaufende Stege im Abstand von der Aufnahmefläche
gehalten ist und diese Stege den Raum zwischen der genannten Aufstandsfläch
und
der Rückseite des Wärmetauscherelements in benachbart zueinander verlaufende Kanäle
unterteilen Bei der Ausbildung der Vorrichtung als Wärmetauscherdach bildet das
Wärmetauscherelement eine gegen Witterungseinflüsse dichte Dachhaut und die von
den Stegen gebildeten Kanäle zwischen der Aufnahmefläche und der Rückseite des Wärmetauscherelements
verlaufen zur Dachtraufkante hin fallend, so daß im Bereich der Dachtraufkante Umgebungsluft
in die genannten Kanäle eintreten und als Warmluft der Fallinie entgegengerichtet
diese Kanäle durchströmen kann. Dabei kann das Wärmetauscherelement auf einer entsprechende
Flächensteifigkeit aufweisenden Dachisolierung mit einer flüssigkeitsdichten Oberschicht
aufgenommen sein, so daß angesichts der überdeckung dieser flüssigkeitsdichten Oberschicht
der Dachisolierung durch das im Abstand von der Aufnahmefläche gehaltene Wärmetauscherelement
ein sogenanntes "Kaltdach" entsteht, bei dem anfallende Kondenswasserbildungen an
der Oberseite der flüssigkeitsdichten Beschichtung der Dachisolierung ausfallen
und dann der Dachneigung entsprechend in diesen Kanälen abfließen können.
-
Auf diese Weise ist jede Gefahr einer Durchfeuchtung der Dachisolierung
ausgeschlossen.
-
Eine wesentliche Verbesserung der Wärmeleistung eines derartigen Wärmetauscherdaches
kann dadurch -erreicht werden,
daß im Bereich der Dachtraufkante
eine Luftleitvorrichtung zum Zuführen von Warmluft, die von den Wänden eines Gebäudes
aufsteigt, zu den Kanälen zwischen der Rückseite des Wärmetauscherelementes und
der dieses aufnehmenden Fläche angeordnet ist. Wenn darüber hinaus, nach.einem weiteren
Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung, eine Sauggebläseeinrichtung zum Ansaugen von
Luft im Bereich der Dachtraufkante durch die Kanäle zwischen der Aufnahmefläche
und der Rückseite des Wärmetauscherelements vorgesehen ist, gelingt es, etwa infolge
Sonnenbestrahlung von den Gebäudewänden abstrahlende Wärme zumindest zum Teil einzufangen
und-mit der durch die genannten Kanäle hindurchströmenden Umgebungsluft zur rückseitigen
Beaufschlagung des Wärmetauscherelements heranzuziehen. Auch kann zumindest zum
Teil von Innenräumen eines Gebäudes durch die Gebäudewandungen hindurchtretende
Wärme in der vorgenannten Weise wieder eingefangen und einer erneuten Nutzung zugängig
gemacht werden.
-
Dabei sollten die Kanäle zwischen der Aufnahmefläche und der Rückseite
des Wärmetauscherelements im Firstbereich des Daches austreten und diese Austritte
durch eine Firsthaube abgedeckt sein und schließlich sollte ein vorzugsweise im
Bereich wenlgriteZnu eines Ortganges des Daches angeordnrtr:; Sauggebläse zum Ansaugen
von Luft durch die genannten Kanäle vorgesehen sein.
-
Hinsichtlich des speziellen Aufbaues des Wärmetauscherelementes bestehen
weitestgehende Freiheiten. Es kommt lediglich darauf an, daß die das Wärmeträgermedium
führenden Strömungswege auf einer Seite des Wärmetauscherelements unmittelbar Umwelteinflüssen
ausgesetzt sind und auf der anderen Seite deren Beaufschlagung durch Umgebungsluft
erfolgt, die in rückseitigen Kanälen geführt ist. Als zweckmäßig hat es sich dabei
erwiesen, wenn die das Wärmeträgermedium führenden Strömungswege und die rückseitigen
Kanäle für die Umgebungsluft in gleichen Richtungen und vorzugsweise parallel zueinander
verlaufen.
-
Ebenfalls vorteilhaft ist der Aufbau des Wärmetauscherelements aus
großformatigen Matten mit integrierten Strömungswegen für das Wärmeträgermedium,
wobei es sich vorzugsweise um Rechteckmatten handeln kann, bei denen die Strömungswege
in Richtung der größeren Erstreckung verlaufen. Dabei können die Strömungswege für
das Wärmeträgermedium aus mit gegenseitigem Abstand parallel zueinander verlaufenden
Rohren bestehen und auf der von der Aufnahmefläche entfernten Seite einer Träger
schicht angeordnet sein, sich also über die genannte Trägerschicht erheben. Diese
Rohre können mit Vorteil Kreisquerschnitt haben rund mit der Trägerschicht so verbunden
sein, daß diese eine allen Rohren einer Matte gemeinsamen Tangente bildet, so daß
ein maximaler Umfangsbereich
der Rohrwandungen sich auf der Umwelteinflüssell
ausgesetzten Seite der Trägerschicht erstreckt und mithin eine maximal mögliche
Fläche zur Beaufschlagung durch Umwelteinflüsse vorhanden ist.
-
Schließlich besteht ein weiteres wichtiges Erfindungsmerkmal darin,
daß auf der von den Rohren zum Führen des Wärmeträgermediums entfernten Seite der
Matten einstückig mit diesen schmale Stege zur Vermittlung des Abstandes der Rückseite
des Wärmetauscherelements von der letzteres aufnehmenden BlEche angeformt sind.
Eine solche Ausbildung erllliglicht einen besonders einfachen Aufbau der Anordnung.
Dabei hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Matten zum Aufbau des
Wärmetauscherelements aus vorzugsweise schwarz, zumindest dunkel, eingefärbtem Kunststoff
bestehen.
-
Bei dem Aufbau eines derartigen Wärmetauscherelements.aus aneinandergrenzenden
Matten ist es zweckmäßig, im Bereich der-Stoßstellen jeweils ein Wärmetauscherrohr
vorzusehen, das mit seitlichen Flanschen die Ränder der benachbarten Matten überdeckt
und mit diesen flüssigkeitsdicht verbunden ist. Dabei können im Bereich der Stoßstellen
zwischen aneinandergrenzenden Matten deren Ränder von einem U-Profil aufgenommen
sein, die mit parallel zu den rückseitigen Stegen verlaufenden Schenkeln auf der
Aufnahmefläche aufstehen
und, ebenso wie die genannten Stege der
Matten, nur geringe Breitenerstreckung aufweisen, so daß zwischen dem Wärmetauscherelement
und der oberseitig mit einer Flüssigkeitsdichten Schicht versehenen Dachisolierung
nur schmale Kältebrücken auftreten und eine größtmögliche Fläche für Wasserdampfdiffusion
sowie maximale Querschnitte der rückseitigen Kanäle gewährleistet sind, die einerseits
zur Ableitung von Wasserdampf und aus diesem ausfallenden Kondensat und andererseits
zum Hindurchführen von Umgebungsluft dienen, aus der infolge rückseitiger Beaufschlagung
des Wärme-.
-
tauscherelements Wärme in das in den Strömungswegen des Tauscherelements
geführte Wärmeträgermedium übergeht.
-
Anhand der beigefügten Zeichnungen sollen Möglichkeiten der praktischen
Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Ausgestaltung als Wärmetauscherdach
erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen: Fig. 1 einen Ausschnitt aus
einem Wärmetauscherdach in einer perspektivischen Darstellung, Fig. 2 eine vergrößerte
Detailansicht im Ausschnitt gemäß II in Fig. 1, Fig. 3 ebenfalls eine vergrößerte
Ansicht eines anderen Details im Ausschnitt gemäß III in Fig.-1 und
Fig.
4 einen Teilquerschnitt durch ein Gebäude mit einem derartigen Wärmetauscherdach
und einer im Bereich der Dachtraufkante angebrachten Leitvorrichtung sowie einem
Sauggebläse zum Ansaugen der von den Gebäudewänden abstrahlenden Warmluft durch
die sich zwischen dem Wärmetauscher und der Dachisolierung erstreckenden Kanäle.
-
Bei dem in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneten Wärmetauscherdach
ist das Wärmetauscherelement 15 im Abstand von einer Aufnahmefläche 11 des Daches
gehalten. Diese Aufnahmefläche ist von einer flächenstabilen Wärmedänmschicht 12,
die auf einer nur angedeuteten Tragkonstruktion 13 aufgenommen ist, und einer oberseitigen
Dachhaut 14 aus flüssigkeitsdichtem Material gebildet, was im einzel-nen hie jedoch
nicht interessiert, weil sich die Erfindung nicht auf diese Besonderheit/des Dachaufbaues
bezieht.
-
Das Wärmetauscherelement 15 ist aus großflächigen Matten 16, 16' aufgebaut,
die aus einer flüssigkeitsdichten, die Dachaußenhaut bildenden Träger schicht 17
mit auf der von der Dachunterkonstruktion wegweisenden Seite einstückig angeformten
Rohren 18 und auf der zur Dachunterkonstruktion hinweisenden Seite angeformten Stegen
19 besteht. Die das Wärmeträgermedium führenden Rohre 18 verlaufen in vorbestimmten
Abständen
parallel zueinander, desgleichen die rückseitigen Stege, deren von der Trägerschicht
entfernte freie Enden auf der flüssigkeitsdichten Oberschicht 14 der Wärmeisolierung
12 aufstehen. Vorteilhafterweise ist im Bereich eines jeden Rohres 18 ein rückseitiger
Steg 19 angeformt. Zwischen diesen Stegen einerseits und der Trägerschicht 17 und
der oberseitigen Beschichtung 14 der Dachisolierung 12 andererseits sind Strömungskanäle
20 gebildet.
-
Benachbarte Matten 16, 16' sind im Bereich von Stoßstellen 22, bei
denen es sich um parallel zu den Wärmeträgermedium führenden Rohren 18 verlaufende
Fugen handelt, aneinandergefügt. Die Ränder der Matten 16, 16' liegen im Bereich
einer derartigen Stoßstelle auf einem U-Profil 23 auf, dessen Schenkel mit ihren
freien Enden auf der oberseitigen Beschichtung 14 der Dachisolierung 12 aufstehen.
Abgedeckt sind diese Stoßstellen 22 durch ein parallel zu den in die Matten 16,
16t integrierten Wärmetauscherrohrail8 verlaufendes Wärmetauscherrohr 25, das seitliche
Flanschen 26, 26' besitzt, welche die benachbarten Ränder der Matten 16, 16' überdecken
und in solcher Weise mit dem die Mattenränder unterstützenden U-Profil 23 verbunden
sind, daß Dichtigkeit gegen den Durchtritt von Flüssigkeit gewährleistet ist.
-
Das aus aneinandergrenzenden Matten 16, i6' und den die Stoßstellen
abdeckenden Wärmetauscherrohren 25 aufgebaute
Wärmetauscherelement
15 bildet somit eine gegen Witterungseinflüsse dichte Außenhaut eines derartigen
Wärmetauscherdaches 10.
-
Wie oben bereits erwähnt, ist das Wärmetauscherelement aus Matten
mit einstückig angeformten Rohren 18 für das Wrmcträgermedium und rückseitigen Stegen
19 zur Vermittlung des Abstandes der Wärmetauscherrückseite von der Aufnahmefläche
aufgebaut. Grundsätzlich können die das Wärmeträgermedium führenden Rohre beliebige
Querschnitte haben. So wäre beispielsweise die Ausbildung des Wärmetauscherelementes
in'der Art von Stegdoppelplatten vorstellbar, wobei zwischen den beiden Außenplatten
dann durch Zwischenstege unterteilte Strömungswege für das Wärmeträgermedium vorliegen
würden. Allerdings wären bei einer derartigen Ausbildung die Wärmeübergangsflächen
nicht optimal, weil nur im Bereich der Ober- und Unterseiten solcher Kanäle Wärme
durch die Kanalwände hindurchfließen könnte. Aus diesem Grunde sind bei der veranschaulichten
Ausführungsform zum Führen des Wärmeträgermediums Rohre mit Kreisquerschnitt vorgesehen,
die im wesentlichen vollständig auf die Trägerschicht 17 aufgesetzt sind, so daß
die Trägerschicht sich als gemeinsame Tangente an allen Rohren einer Matte erstreckt.
-
Bei dem Anwendungsfall nach Fig. 4 sind im Bereich der Dachtraufkante
eine Luftleitvorrichtung 30 zum Zuführen von Luft-zu den sich zwischen der Rückseite
des Wärmetauscherelementes und der ob-erseitigen Beschichtung einer Dachisolierung
erstreckenden Kanälen sowie im Bereich des Dachfirstes eine Abdeckhaube 32 mit einem
nur angedeuteten Sauggebläse 33 vorgesehen. Bei der Luftleitvorrichtung 30 handelt
es sich um ein Führungsblech, welches sich unterhalb einer nur angedeuteten, hier
aber nicht interessierenden Regenrinne 34 längs der Dachtraufkante erstreckt und,
wie in der Ansicht ersichtlich, einen sich nach unten trichterförmig erweiternden
Querschnitt aufweist. Mittels dieser Luftleitvorrichtung wird im Bereich der darunterliegenden
Gebäudewände aufsteigende Warmluft eingefangen und den Kanälen 20 zwischen der Rückseite
des Wärmetauscherelements und der oberseitigen Beschichtung der Dachisolierung zugeführt.
Eine besonders intensive Luftansaugung durch die genannten Kanäle hindurch ist gewährleistet,
wenn dieser Vorgang durch ein im Firstbereich angeordnetes Saugluftgebläse unterstützt
wird. Die von den Gebäudewänden aufsteigende Warmluft kann einerseits durch Sonneneinstrahlung,
aber auch durch Wärme, die durch die Gebäudewand vom Gebäudeinneren her abgeflossen
ist, auf gewärmt sein, so daß derartige Wärmeverluste zumindest zu einem wesentlichen
Teil durch die Erfindung zurückgewonnen
werden. Eine gegebenenfalls
im Bereich der Dachtraufkante anzuordnende Rinne zum Auffangen von Kondenswasser,
welches aus den Kanälen 20 austreten kann, ist nicht dargestellt.
-
Leerseite