Die Erfindung betrifft einen Kollektor, insbesondere Dachkollektor, zur Ausnützung der Sonnenenergie, mit einer auf einer Tragvomchtung befestigten Isolierschicht, auf der eine Blechauflage mit U-förmigen Ausbiegungen angeordnet ist, in welchen ein wärmeübertragendes Medium führende Rohre angeordnet sind, wobei die Blechauflage mit einem die Sonnenenergie absorbierenden Belag versehen ist, über dem eine einen Luftraum abschliessende, für Sonnenstrahlen durchlässige Abdeckung angeordnet ist.
Kollektoren der eingangs genannten Art sind mehrfach bekannt, doch haften ihnenNachteile an, die sowohl dieWirt- schaftlichkeit der Kollektoren betreffen wie auch deren äussere Formgebung. Aus wirtschaftlicher Sicht ist es insbesondere von Nachteil, dass die Blechauflage grossflächig ist und mehrere parallel angeordnete U-förmige Ausnehmungen aufweist, so dass für einen einzelnen Kollektor die Blechauflagen jeweils gesondert anzufertigen sind. Andererseits sind auch Blechauflagen bekannt, bei denen die Absorptionsschicht direkt aufgebracht ist, was deren Herstellung ebenfalls verteuert. Von der äusseren Formgebung her gesehen sind die bekannten Kollektoren, insbesondere die Dachkollektoren, zu klobig und gliedern sich nicht harmonisch in die Dachhaut ein.
Die Ausnutzung der in grossem Masse zur Verfügung stehenden Sonnenenergie ist ein von der Menschheit seit eh und je verfolgtes Ziel, das in der heutigen Zeit der Verteuerung der sonstigen Energiequellen und im Zeichen des Umweltschutzes an Aktualität gewonnen hat. Insbesondere für Heizungszwecke bestehen realisierbare Aussichten, die Sonnenenergie zu nutzen. Zwar können herkömmliche Heizungssysteme durch Anlagen zur Ausnutzung der Sonnenenergie nicht ersetzt werden, doch sind sie eine wertvolle Ergänzung herkömmlicher Heizungssysteme. Ihr wirtschaftlicher Einsatz ist aber nur dann denkbar, wenn solche Anlagen zur Ausnutzung der Sonnenenergie sowohl in der Herstellung wie im Betrieb wirtschaftlich sind und sich optisch möglichst unauffällig in das Landschafts- und Städtebild eingliedern.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, Kollektoren, insbesondere Dachkollektoren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sie die genannten Nachteile nicht aufweisen und den angestrebten Zielen genügen.
Der erfindungsgemässe Kollektor, insbesondere Dachkollektor, der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blechauflage aus einzelnen Lamellen besteht, die längs einer Mittellinie je eine U-förmige Ausbiegung aufweisen, wobei die U-förmige Ausbiegung in eine Aussparung in der Isolierschicht eingelegt ist und der Absorptionsbelag die U-förmige Ausbiegung und das eingelegte Rohr überdeckt.
Dadurch, dass die Blechauflage aus einzelnen Lamellen besteht, die je längs einer Mittellinie die U-förmige Ausbiegung aufweisen, können Lamellen einheitlicher Grösse zur Herstellung von Kollektoren der verschiedensten Form und Grösse verwendet werden, ohne dass die Blechauflage für jeden einzelnenKollektor getrennt herzustellen oderzuzuschneiden wäre. Durch beliebiges Aneinanderreihen einzelner Lamellen und die Anordnung mehrerer paralleler Lamellenreihen lassen sich Kollektorflächen beliebiger Grösse und Gestalt auf einfachste Weise herstellen. Durch die Anordnung der U-förmigen Ausbiegung in einer Aussparung in der Isolierschicht ergibt sich weiter ein besonders flacher Aufbau des Kollektors, der sich den verschiedensten baulichen Gege benheiten anpasst.
Weiter hat diese Ausgestaltung des Kollektors den Vorteil, dass die der Strahlungsseite zugekehrte Flä- che der Lamellen praktisch eben ist, d. h. nicht durch Ausbiegungen unterbrochen wird, so dass die Fläche auf einfache Weise mit dem Absorptionsbelag versehen werden kann. Es ergibt sich somit ein ausserordentlich einfacher Aufbau des Kollektors, der besonders wirtschaftlich ist, sich durch grosse Flexibilität auszeichnet und sich architektonischen Gegebenheiten sehr unauffällig eingliedern lässt.
Dieser Kollektor lässt sich als Dachkollektor besonders vorteilhaft in die Dachkonstruktion undDachhaut integrieren, wenn die Tragvorrichtung aus Dachsparren und dazwischen sowie gegenüber deren Oberseite zurückgesetzt angeordneten Tragplatten besteht, wobei die auf den Tragplatten angeordnete Isolierschicht auf der Oberseite bündig mit der Oberseite der Dachsparren ist. Dabei ist es weiter von Vorteil, wenn auf den Dachsparren Längslatten und Querlatten angeordnet sind, welche den Luftraum seitlich begrenzen und die für die Sonnenstrahlen durchlässige Abdeckung tragen. So ist es möglich, dass die Abdeckung des Dachkollektors praktisch bün dig ist mit der übrigen, beispielsweise aus Dachplatten bestehenden Dachhaut.
Ein solcher Dachkollektor ist somit optimal in die Dachkonstruktion, insbesondere die Dachhaut, integriert und stört das architektonische Bild eines Gebäudes am wenigsten.
Von Vorteil ist es, wenn die Abdeckung aus gewellten Kunststoffplatten besteht, die eine störende Spiegelung, wel che sonst durch eine ebene Abdeckung gegeben wäre, weitgehend verhindern. Besteht auch die übrige Dachhaut aus gewellten Platten, so ist die Eingliederung des Dachkollektors in die Dachhaut weiter verbessert.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Kollektors werden am Beispiel eines Dachkollektors nachfolgend näher beschrieben, dabei zeigen:
Fig. 1 ein Dach mit Dachkollektor in schematischer Darstellung und im Ausschnitt;
Fig. 2 das Dach der Fig. 1 im Schnitt 11-11 in grösserem Massstab; und
Fig. 3 eine Lamelle in schaubildlicher Darstellung.
Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Daches, in dessen aus Dachplatten 1 bestehende Dachhaut 2 ein Dachkollektor 3 angeordnet ist.
Der Dachkollektor besteht, wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, aus einer Tragvorrichtung 4, die aus Dachsparren 5 besteht, zwischen denen sowie gegenüber deren Oberseite zurückgesetzt Tragplatten 6 angeordnet sind, die auf Leisten
7 ruhen, welche seitlich an den Dachsparren 5 befestigt sind.
Auf der Tragvorrichtung 4, d. h. auf den Tragplatten 6, ist eine Isolierschicht 8 befestigt, die Aussparungen 9 enthält. Die Isolierschicht besteht beispielsweise aus einzelnen, auf den Tragplatten befestigten Isolierplatten, wie solchen aus Sicatherm . Die Isolierschicht ist so angeordnet, dass ihre Oberseite bündig mit der Oberseite der Dachsparren 5 ist.
Auf der Isolierschicht 8 sind Lamellen 10 aus Blech an einandergereiht, die eine Blechauflage bilden, die zur Wärme übertragung dient. Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, weisen die einzelnen Lamellen längs einer Mittellinie U-förmige Ausbiegungen 11 auf, mit denen sie in die Aussparungen 9 der Isolierschicht 8 eingesetzt sind. In den Ausbiegungen sind Rohre 12 eingesetzt, die ein wärmeübertragendes Medium führen. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges sind die Ausbiegungen vorzugsweise so ausgebildet, dass sie unter Vorspannung an den Rohren 12 anliegen. Zweckmässigerweise enthalten die Seitenwände 13 der Ausbiegungen 11 Sicken 14, welche die Rohre 12 übergreifen. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges können die Rohre gegebenenfalls mittels einer wärmeübertragenden Masse in die Ausbiegungen eingebettet sein.
Die Lamellen, die vorzugsweise aus einem Material bestehen, wie beispielsweise Aluminium, das Wärme besonders gut leitet, sind so angeordnet, dass sie mit ihren Lamellenteilen 15 die Isolierschicht übergreifen und vorzugsweise auch noch über den freien Teil der Dachsparren 5 reichen.
Die Lamellen 10 sind mit einem Absorptionsbelag 16 überdeckt, der auch die Ausbiegungen 11 und die Rohre 12 überdeckt. Der Absorptionsbelag dient als schwarzer Körper zur Aufnahme der Sonnenenergie und Weitergabe an die Lamellen. Der Absorptionsbelag besteht beispielsweise aus einer aufgeklebten Bitumenpappe. Zweckmässigerweise ist der Absorptionsbelag 16 auch noch an Längslatten 17 und Querlatten 18 hochgezogen, die einen Luftraum 19 seitlich begrenzen.
Die Längslatten 17 und die Querlatten 18 sind an den Dachsparren 5 befestigt und tragen eine den Luftraum 19 abschliessende, sonnenstrahlendurchlässige Abdeckung 20.
Letztere besteht beispielsweise aus Kunststoff, vorzugsweise glasfaserverstärktem Polyesterharz, das unter der Bezeichnung Scobalit erhältlich ist. Zweckmässigerweise ist die Abdekkung nicht eben, sondern facetiert, so dass eine Spiegelung der Abdeckung weitgehend vermieden ist. Besonders zweckmässig ist es, wenn die Abdeckung aus einer gewellten Platte besteht.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist der Dachkollektor 3 in die Dachhaut 2 weitgehend integriert und schliesst praktisch bündig mit der aus Dachplatten 1 bestehenden Dachhaut 2. Die Rohre 12, die beispielsweise aus Stahl oder Kunststoff bestehen können, verlaufen parallel zueinander und senkrecht zum First 21. Die einzelnen Rohre sind an beiden Enden durch Sammelleitungen 22 verbunden, von denen lediglich die dem First 21 benachbarte dargestellt ist. Die Ableitungen der Rohre 12, deren Anschlüsse und insbesondere auch die Sammelleitungen 22 sind ausserhalb des Luftraumes 19 auf der Rückseite des Kollektors, d. h. unter der Dachhaut angeordnet.
Dadurch befinden sich keine oder nur das Minimum an Verschraubungen oder sonstigen Verbindungselementen innerhalb des treibhausartigen Luftraumes 19. Dadurch sind diese Teile nicht nur vor Korrosion geschützt, sondern auch leicht zugänglich, was für Bedienungs- und/oder Reparaturzwecke von Vorteil ist.
Mittels einer unterhalb der strukturierten Abdeckung 20 angeordneten zweiten, flachen sonnenstrahlendurchlässigen Platte kann der Luftraum 19 weiter geschlossen und der Treibhauseffekt verbessert werden.
Gemäss einer bevorzugten, nicht näher dargestellten Ausführungsform weisen die Lamellen Ausbiegungen auf, die das Rohr in einem Winkel von mehr als 1800 umfassen. Dadurch kann jede Lamelle ohne zusätzliche Befestigungsmittel, wie Kleben und dergleichen, auf dem Rohr gehalten werden. Ferner ergibt sich dadurch eine grössere Kontaktfläche und damit ein besonders guter Wärmeübergang. Dieser ist bei Sonnenkollektoren sehr wichtig, da die Lamelle als Wärmetauschrippe für das Rohr fungiert und nur sehr geringe Temperaturdifferenzen auftreten dürfen, wenn ein guter Wirkungsgrad erzielt werden soll. Die Lamellendicke kann 0,7 bis 1 mm und die Lamellenbreite, d. h. die Abmessung quer zur Ausbiegung, 90 bis 120 mm betragen. Für einen guten Wirkungs grad ist es allerdings von Vorteil, wenn ein bestimmtes Verhältnis von Lamellenbreite zu Lamellendicke eingehalten wird.
Dieses von der Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes der
Lamelle abhängige Verhältnis beträgt beispielsweise bei einem Innendurchmesser des Rohres von 10 mm für eine Lamelle aus Aluminium 100 : 0,8 und für eine solche aus Kupfer 200:
0,8. Der Wirkungsgrad des Kollektors lässt sich noch verbessern, wenn sich die Lamellen benachbarter Rohre über lappen. Hierzu können die Lamellen an einem parallel zur
Ausbiegung liegenden Randbereich gestuft ausgebildet sein.
Die Lamellen können aus einem Blech gebogen oder als Strangpressprofil hergestellt sein.
Die Integration eines solchen Kollektors, insbesondere
Dachkollektors, in eine Heizungsanlage ist mehrfach bekannt und braucht hier nicht im Detail geschildert zu werden. Eine einfache Anlage kann beispielsweise darin bestehen, dass der
Kollektor an einen Wärmespeicher angeschlossen ist, den er aufheizt. Der Wärmespeicher kann beispielsweise aus einem Wasserbehälter bestehen. Ein im Wärmespeicher angeordneter Wärmeaustauscher kann zur Warmwasseraufbereitung dienen. Andererseits kann das Wasser des Wärmespeichers auch direkt für Heizungszwecke verwendet werden. Eine solche Anlage kann so ausgelegt sein, dass der Speicher lediglich kurzfristig wirksam ist, so dass er beispielsweise lediglich den Wärmebedarf eines Tages deckt. Es sind aber auch Speicher denkbar, die während der Sommerzeit Energie speichern und sie in der Winterzeit abgeben.
Eine solche Heizungsanlage lässt sich durch Umwälzpumpen und Wärmepumpen beliebig ergänzen.
The invention relates to a collector, in particular a roof collector, for utilizing solar energy, with an insulating layer fastened to a supporting device on which a sheet metal support with U-shaped bends is arranged, in which a heat-transferring medium-carrying tubes are arranged, the sheet metal support with a die Solar energy absorbing covering is provided, over which a cover is arranged which closes off an air space and is permeable to sun rays.
Collectors of the type mentioned at the outset are known several times, but they have disadvantages that affect both the economy of the collectors and their external shape. From an economic point of view, it is particularly disadvantageous that the sheet metal support is large and has several U-shaped recesses arranged in parallel, so that the sheet metal supports have to be made separately for a single collector. On the other hand, sheet metal supports are also known in which the absorption layer is applied directly, which also makes their production more expensive. In terms of their external shape, the known collectors, especially the roof collectors, are too bulky and do not fit harmoniously into the roof skin.
The utilization of the large quantities of available solar energy is a goal pursued by mankind since time immemorial, which has become more topical in today's times of the rise in the price of other energy sources and in the context of environmental protection. In particular for heating purposes there are realizable prospects of using solar energy. Although conventional heating systems cannot be replaced by systems that use solar energy, they are a valuable addition to conventional heating systems. However, their economic use is only conceivable if such systems for utilizing solar energy are economical both in production and in operation and are integrated as inconspicuously as possible into the landscape and cityscape.
The object of the invention is to design collectors, in particular roof collectors of the type mentioned at the outset, in such a way that they do not have the disadvantages mentioned and that they meet the aims pursued.
The collector according to the invention, in particular the roof collector, of the type mentioned at the beginning is characterized in that the sheet metal support consists of individual lamellae each having a U-shaped bend along a center line, the U-shaped bend being inserted into a recess in the insulating layer and the absorption covering covers the U-shaped bend and the inserted pipe.
Because the sheet metal support consists of individual lamellae, each of which has a U-shaped bend along a center line, lamellae of a uniform size can be used to produce collectors of various shapes and sizes, without having to produce or cut the sheet metal support separately for each individual collector. By randomly lining up individual lamellae and arranging several parallel lamellae rows, collector surfaces of any size and shape can be produced in the simplest possible way. The arrangement of the U-shaped bend in a recess in the insulating layer also results in a particularly flat design of the collector, which adapts to a wide variety of structural conditions.
This configuration of the collector also has the advantage that the surface of the lamellae facing the radiation side is practically flat, ie. H. is not interrupted by bends, so that the surface can be provided with the absorption covering in a simple manner. The result is an extremely simple construction of the collector, which is particularly economical, is characterized by great flexibility and can be incorporated into architectural conditions very inconspicuously.
As a roof collector, this collector can be integrated particularly advantageously into the roof structure and roof cladding if the supporting device consists of rafters and supporting plates arranged in between and set back from their upper side, with the insulating layer on the upper side being flush with the upper side of the rafters. It is also advantageous if longitudinal battens and transverse battens are arranged on the rafters, which laterally delimit the air space and carry the cover that is permeable to the rays of the sun. So it is possible that the cover of the roof collector is practically flush with the rest of the roof, for example consisting of roof panels.
Such a roof collector is thus optimally integrated into the roof structure, in particular the roof skin, and disturbs the architectural image of a building the least.
It is advantageous if the cover consists of corrugated plastic plates which largely prevent a disruptive reflection that would otherwise be provided by a flat cover. If the rest of the roof skin also consists of corrugated sheets, the integration of the roof collector into the roof skin is further improved.
Embodiments of the collector according to the invention are described in more detail below using the example of a roof collector, showing:
1 shows a roof with roof collector in a schematic representation and in detail;
FIG. 2 shows the roof of FIG. 1 in section 11-11 on a larger scale; and
3 shows a lamella in a perspective representation.
Fig. 1 shows a section of a roof, in the roof skin 2 consisting of roof panels 1, a roof collector 3 is arranged.
The roof collector consists, as can be seen in particular from FIG. 2, of a support device 4, which consists of rafters 5, between which support plates 6 are arranged, which are set back with respect to their upper side and which are on strips
7 rest which are attached to the rafters 5 on the side.
On the support device 4, d. H. An insulating layer 8, which contains recesses 9, is attached to the support plates 6. The insulating layer consists, for example, of individual insulating plates, such as those made of Sicatherm, which are fastened to the supporting plates. The insulating layer is arranged so that its top side is flush with the top side of the rafters 5.
On the insulating layer 8 lamellae 10 made of sheet metal are strung together, which form a sheet metal support, which is used for heat transfer. As can be seen in particular from FIG. 3, the individual lamellae have U-shaped bends 11 along a center line, with which they are inserted into the recesses 9 of the insulating layer 8. In the bends pipes 12 are used, which carry a heat-transferring medium. To improve the heat transfer, the bends are preferably designed in such a way that they rest against the tubes 12 under prestress. The side walls 13 of the bends 11 expediently contain beads 14 which overlap the tubes 12. To improve the heat transfer, the tubes can optionally be embedded in the bends by means of a heat-transferring compound.
The lamellas, which are preferably made of a material such as aluminum, which conducts heat particularly well, are arranged in such a way that their lamella parts 15 overlap the insulating layer and preferably also extend over the free part of the rafters 5.
The lamellas 10 are covered with an absorption covering 16 which also covers the bends 11 and the tubes 12. The absorption coating serves as a black body to absorb the solar energy and pass it on to the slats. The absorption covering consists, for example, of a glued-on bitumen cardboard. The absorption covering 16 is expediently also drawn up on longitudinal battens 17 and transverse battens 18, which laterally delimit an air space 19.
The longitudinal battens 17 and the transverse battens 18 are attached to the rafters 5 and carry a cover 20 which closes off the air space 19 and is transparent to sunlight.
The latter consists for example of plastic, preferably glass fiber reinforced polyester resin, which is available under the name Scobalit. The cover is expediently not flat, but rather faceted, so that the cover is largely avoided. It is particularly useful if the cover consists of a corrugated plate.
As FIGS. 1 and 2 show, the roof collector 3 is largely integrated into the roof skin 2 and closes practically flush with the roof skin 2 consisting of roof panels 1. The pipes 12, which can be made of steel or plastic, for example, run parallel to one another and perpendicular to the ridge 21. The individual pipes are connected at both ends by collecting lines 22, of which only the one adjacent to the ridge 21 is shown. The outlets of the pipes 12, their connections and in particular also the collecting lines 22 are outside the air space 19 on the back of the collector, i.e. H. arranged under the roof membrane.
As a result, there are no or only a minimum of screw connections or other connecting elements within the greenhouse-like air space 19. As a result, these parts are not only protected against corrosion, but also easily accessible, which is advantageous for operating and / or repair purposes.
The air space 19 can be closed further and the greenhouse effect can be improved by means of a second, flat plate that is permeable to sunlight and is arranged below the structured cover 20.
According to a preferred embodiment not shown in detail, the lamellae have bends that enclose the tube at an angle of more than 1800. As a result, each lamella can be held on the pipe without additional fastening means such as gluing and the like. Furthermore, this results in a larger contact area and thus particularly good heat transfer. This is very important with solar collectors, since the lamella acts as a heat exchange rib for the pipe and only very small temperature differences may occur if a good level of efficiency is to be achieved. The slat thickness can be 0.7 to 1 mm and the slat width, i. H. the dimension across the bend, be 90 to 120 mm. For a good degree of efficiency, however, it is advantageous if a certain ratio of lamella width to lamella thickness is maintained.
This depends on the thermal conductivity of the material
Lamella-dependent ratio is, for example, with an inner diameter of the pipe of 10 mm for a lamella made of aluminum 100: 0.8 and for one made of copper 200:
0.8. The efficiency of the collector can be further improved if the fins of adjacent pipes overlap. For this purpose, the slats can be parallel to the
Bending lying edge area be formed stepped.
The slats can be bent from sheet metal or made as an extruded profile.
The integration of such a collector, in particular
Roof collector in a heating system is known several times and does not need to be described in detail here. A simple system can, for example, consist of the
Collector is connected to a heat storage tank, which it heats up. The heat accumulator can for example consist of a water tank. A heat exchanger arranged in the heat accumulator can be used to prepare hot water. On the other hand, the water from the heat storage tank can also be used directly for heating purposes. Such a system can be designed in such a way that the memory is only effective for a short time, so that it only covers the heat demand for one day, for example. However, storage tanks are also conceivable that store energy during summer and release it in winter.
Such a heating system can be supplemented as required with circulation pumps and heat pumps.