CH626438A5 - Heat-exchange device on a building - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschvorrichtung für Gebäude, mit einer Anzahl von geformten Blechtafeln. The invention relates to a heat exchange device for buildings, with a number of shaped metal sheets.

Es sind Wärmeaustauschvorrichtungen bekannt, die von einem Wärmeaustauschmedium durchströmt werden und die im Grundwasser, im Flusswasser, in Seen oder im Erdboden angeordnet werden, wobei mittels einer Wärmepumpe die zur Raumheizung, zur Aufheizung des Gebrauchswassers oder von Schwimmbeckenwasser erforderliche Wärme gewonnen wird. Wärmeaustauschvorrichtungen, die im Wasser angeordnet sind, vereisen leicht; ausserdem besteht die Gefahr einer Verschmutzung des Grundwassers oder einer Verschmutzung oder Beschädigung der Wärmeaustauscheinrichtung, z.B. durch das strömende Flusswasser und angeschwemmte Gegenstände. Der Wärmeentzug aus Seewasser ist ebenfalls problematisch, da die Wärmeaustauschvorrichtung in erheblichen Tiefen angeordnet werden muss und ebenfalls leicht von Schiffen oder dgl. beschädigt wird. Beim Wärmeentzug aus dem Erdboden tritt der Nachteil auf, dass das Erdreich schlecht wärmeleitend ist und dass dementsprechend die Wärme mehrere Monate braucht, um beispielsweise aus Entfernungen von einigen Metern nachzuströmen. Heat exchange devices are known which are flowed through by a heat exchange medium and which are arranged in groundwater, river water, lakes or in the ground, the heat required for space heating, for heating the process water or for swimming pool water being obtained by means of a heat pump. Heat exchange devices located in the water are easily iced up; there is also a risk of contamination of the groundwater or contamination or damage to the heat exchange device, e.g. through the flowing river water and washed up objects. The removal of heat from sea water is also problematic since the heat exchange device has to be arranged at considerable depths and is also easily damaged by ships or the like. When heat is extracted from the ground, there is the disadvantage that the ground is poorly heat-conducting and that the heat accordingly takes several months to flow in from a distance of a few meters, for example.

Bei der Wärmeaustauschvorrichtung gemäss der Erfindung soll die Sonnenenergie bzw. die Wärme der strömenden Luft ausgenützt werden. Die Wärmeaustauschvorrichtung soll dementsprechend in Form einer sehr grossen Blechfläche gehalten sein, die von einem Wärmeaustauschmedium durchströmt wird und die gleichzeitig als Dachabdeckung, als Fassade oder dgl. dienen kann. In the heat exchange device according to the invention, the solar energy or the heat of the flowing air is to be used. Accordingly, the heat exchange device should be held in the form of a very large sheet area through which a heat exchange medium flows and which can simultaneously serve as a roof covering, a facade or the like.

Aus der DE-OS 25 46 619 ist ein Plattensammler zum Absorbieren von Sonnenwärme bekannt, der aus zwei Blechwandungen besteht, zwischen denen Wasser oder ein anderes diathermisches Strömungsmittel so hindurchleitbar ist, dass die der Sonnenstrahlung ausgesetzte obere Platte im wesentlichen über ihre gesamte Innenfläche mit dem Strömungsmittel in wärme-5 übertragende Berührung ist. Derartige Plattensammler eignen sich jedoch nicht dazu, grosse Flächen, z.B. von über 100 m2 oder über 1000 m2 oder mehr, aufzubauen. Derartige Konstruktionen würden einerseits zu teuer werden, andererseits sind die mechanischen Stabilitätsprobleme nicht zu lösen. Die beiden io Blechwandungen müssen in einem Abstand von einigen Millimetern voneinander gehalten werden. Sie müssten andererseits so stabil sein, dass sie selbsttragend sind, dass sie die auf das Gebäude fallende Schneelast aufnehmen können und dass in Ausbildung einer Dachabdeckung sie mindestens von einer Per-15 son betreten werden könnten. From DE-OS 25 46 619 a plate collector for absorbing solar heat is known, which consists of two sheet metal walls, between which water or another diathermic fluid can be passed so that the upper plate exposed to solar radiation over substantially its entire inner surface with the Fluid is in heat-5 transmitting contact. However, such plate collectors are not suitable for covering large areas, e.g. of over 100 m2 or over 1000 m2 or more. Such constructions would on the one hand become too expensive, on the other hand the mechanical stability problems cannot be solved. The two io sheet walls must be kept a few millimeters apart. On the other hand, they would have to be so stable that they are self-supporting, that they can absorb the snow load falling on the building and that they could be entered by at least one person if a roof covering was formed.

Aus der DE-OS 26 00 973 ist weiterhin eine Empfängervorrichtung einer Sonnenenergieanlage bekannt, die im wesentlichen aus einer Metallplatte besteht, an deren Unterseite mittels Rohrschellen ein Rohr befestigt ist, das von einem Wärme-20 austauschmedium durchströmt wird. Die Praxis zeigt nun, dass der Abstand der Rohräste voneinander etwa in der Grössenord-nung von 15 cm liegen muss, damit eine entsprechende Wärmeübertragung von der Blechplatte auf das das Rohr durchströmende Medium gewährleistet ist. Es ist verständlich, dass keine 25 Dachabdeckungen oder Fassaden unter tragbaren Preisvorstellungen zu realisieren sind, bei denen über Flächen von hunder-ten oder tausenden von Quadratmetern Rohre im Abstand von 15 cm mit Rohrschellen an Blechplatten befestigt werden müssen. From DE-OS 26 00 973 a receiver device of a solar energy system is also known, which essentially consists of a metal plate, on the underside of which a pipe is fastened by means of pipe clamps and through which a heat-exchange medium flows. Practice shows that the distance of the pipe branches from each other must be of the order of 15 cm, so that a corresponding heat transfer from the sheet metal plate to the medium flowing through the pipe is guaranteed. It is understandable that no 25 roof covers or facades can be realized at affordable prices, in which pipes over a surface of hundreds or thousands of square meters have to be attached to sheet metal plates at a distance of 15 cm using pipe clamps.

30 Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeaustauschvorrichtung für Gebäude der in Rede stehenden Art so auszubilden, dass die das Wärmeaustauschmedium führenden Rohre gleichzeitig die Trag- oder Spannelemente für die die Wärmeaustauschvorrichtung bildenden Blechtafeln bilden. 35 Diese neuartige Aufgabe wurde durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. 30 The invention is based on the object of designing a heat exchange device for buildings of the type in question in such a way that the pipes carrying the heat exchange medium simultaneously form the supporting or tensioning elements for the metal sheets forming the heat exchange device. 35 This novel task was solved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Die beiliegende Zeichnung dient der weiteren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung. The accompanying drawing serves to further explain the subject matter of the invention.

4o Es zeigen: 4o It shows:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine noch nicht fertiggestellte Wärmeaustauschvorrichtung gemäss der Erfindung ; Figure 1 is a plan view of a not yet completed heat exchange device according to the invention.

Fig. 2 einen Schnitt einer als Dachabdeckung dienenden Ausführungsform. Fig. 2 shows a section of an embodiment serving as a roof covering.

Die Wärmeaustauschvorrichtung besteht aus zwei Serien von Blechtafeln 1 und 2 und aus parallel zueinander verlaufenden Rohren 3. Die Blechtafeln 1 besitzen parallel zu ihren Seitenkanten verlaufende Hochwölbungen 4 und 5. Diese entstehen dadurch, dass im Herstellerwerk ein entsprechender Blechstreifen im Durchlauf durch Werkzeuge geführt wird, in denen der Blechstreifen an zwei im Abstand voneinander liegenden Stellen rinnenförmig hochgebogen wird. Anschliessend wird die Rinne oder Sicke zusammengepresst und halbrundförmig umgebogen. Der Biegeradius der Hochwölbungen 4 und 5 entspricht etwa dem Aussendurchmesser der Rohre 3. Die Krümmung der Hochwölbungen 4 und 5 sind gegeneinander gerichtet. Der ausserhalb der Hochwölbungen 4 und 5 liegende Randbereich der Blechtafeln 1 ist je bei 6 umgebördelt oder eingeschlagen. The heat exchange device consists of two series of metal sheets 1 and 2 and of tubes 3 running parallel to one another. The metal sheets 1 have bulges 4 and 5 running parallel to their side edges. These result from the fact that a corresponding sheet metal strip is passed through tools in the manufacturing plant, in which the sheet metal strip is trough-shaped bent up at two spaced-apart locations. The channel or bead is then pressed together and bent in a semicircle. The bending radius of the bulges 4 and 5 corresponds approximately to the outside diameter of the tubes 3. The curvature of the bulges 4 and 5 are directed towards each other. The edge area of the metal sheets 1 lying outside the bulges 4 and 5 is flanged or knocked in at 6 each.

Die Blechtafeln 2 der zweiten Serie sind im wesentlichen 60 eben. Sie sind lediglich in ihren Randbereichen 7 gegensinnig nach unten umgebogen. The metal sheets 2 of the second series are essentially 60 flat. They are only bent downwards in opposite directions in their edge regions 7.

Wenn die Wärmeaustauschvorrichtung gleichzeitig als Dachabdeckung dienen soll, wird diese wie folgt aufgebaut: If the heat exchange device is also to serve as a roof cover, this is constructed as follows:

Auf Grundbalken 8, die vorzugsweise horizontal verlaufen, 65 werden Streben 9 befestigt, die schräg verlaufen können, also eine entsprechende Neigung besitzen. Auf die Querstrebe 9 kann eine Schalung oder eine Isolationsmatte 10 aufgebracht werden. Nunmehr werden zwei Bleche 1 im Abstand voneinan45 Struts 9 are fastened to the base bar 8, which preferably run horizontally, 65, which struts can run obliquely, that is to say have a corresponding inclination. A formwork or an insulation mat 10 can be applied to the cross strut 9. Now two sheets 1 are spaced 45 apart

50 50

55 55

626 438 626 438

der angeordnet. In die Hochwölbung 4 der einen Blechplatte, d.h. im Sinne der Figuren der rechten Blechplatte und in die Hochwölbung 5 der anderen Blechplatte 1, d.h. im Sinne der Figuren der linken Blechplatte 1 wird je ein Rohr 3 eingelegt. Der korrekte Abstand der Blechtafeln 1 wird durch hakenförmige Elemente 11 definiert, die in den Umschlag 6 der Blechtafeln 1 eingreifen. Die hakenförmigen Elemente werden beispielsweise durch Nägel an den Quersparren 9 befestigt. Nunmehr wird eine Blechtafel 2 auf die Rohre 3 so aufgelegt, dass deren Randkrümmungen 7 die Rohre umschliessen. Nunmehr werden die Blechtafeln 1 auseinadergezogen bis die hakenförmigen Elemente 11 voll in den Umschlag 6 eingedrungen sind und gleichzeitig die gekrümmten Randbereiche 7 der Blechtafel 2 sich satt an die Rohre 3 angelegt haben. Die entsprechende Lage wird durch weitere in die im Sinne der Zeichnung aussen liegende Umschläge 6 eingreifende hakenförmige Elemente 11 gesichert. the arranged. In the arch 4 of a sheet metal plate, i.e. in the sense of the figures of the right sheet metal plate and into the arch 5 of the other sheet metal plate 1, i.e. in the sense of the figures of the left sheet metal plate 1, a tube 3 is inserted. The correct distance between the metal sheets 1 is defined by hook-shaped elements 11 which engage in the envelope 6 of the metal sheets 1. The hook-shaped elements are fastened to the cross rafters 9, for example, by nails. Now a metal sheet 2 is placed on the tubes 3 so that their edge curvatures 7 enclose the tubes. Now the metal sheets 1 are pulled apart until the hook-shaped elements 11 have fully penetrated into the envelope 6 and at the same time the curved edge regions 7 of the metal sheet 2 have laid themselves snugly against the tubes 3. The corresponding position is secured by further hook-shaped elements 11 engaging in the envelopes 6 lying on the outside in the sense of the drawing.

Zur besseren Wärmeisolation kann auf die Unterseite der Blechtafeln 2 je eine Kunstharzschicht, insbesondere eine Schaumstoffschicht 12, aufgeschäumt sein. Durch abwechselnd kettenförmiges Aneinanderreihen von Blechtafeln 1 und 2 und Verspannen der Blechtafeln in der angegebenen Weise können dementsprechend Dachabdeckungen oder Fassadenabdeckungen beliebiger Breite hergestellt werden. Die Blechtafeln 1 und 2 können eine relativ grosse Länge, z.B. bis zu 30 m haben, die Breite der Blechtafeln 2 beträgt vorzugsweise 15 cm. Die Blechtafeln 1 sind etwas breiter, der Abstand zwischen den Hochwölbungen 4 und 5 beträgt jedoch wiederum 15 cm. Während sich für Fabrikgebäude, Hallen oder dgl. relativ lange Blechtafeln 1 und 2 besser eignen, kann z.B. für Wohngebäude eine schindelartige Anordnung gewählt werden. Dabei haben dann die Blechtafeln 1 und 2 beispielsweise eine Länge von 1 m. Der Aufbau erfolgt dann so, dass die Blechtafeln 1 und 2 der Länge nach versetzt angeordnet werden. For better thermal insulation, a synthetic resin layer, in particular a foam layer 12, can be foamed onto the underside of the metal sheets 2. By alternately chain-like stringing together of sheet metal sheets 1 and 2 and bracing the sheet metal sheets in the specified manner, roof coverings or facade covers of any width can be produced accordingly. The metal sheets 1 and 2 can have a relatively long length, e.g. have up to 30 m, the width of the metal sheets 2 is preferably 15 cm. The metal sheets 1 are somewhat wider, but the distance between the bulges 4 and 5 is again 15 cm. While relatively long metal sheets 1 and 2 are more suitable for factory buildings, halls or the like, e.g. a shingle-like arrangement can be chosen for residential buildings. The metal sheets 1 and 2 then have a length of 1 m, for example. The structure is then such that the metal sheets 1 and 2 are arranged offset in length.

Eine in der angegebenen Art und Weise hergestellte Dachabdeckung ist absolut wasserdicht, da der Bereich der Blechtafeln 1 zwischen den Hochwölbungen 4 und 5 als Regenrinne wirkt und das auf die Blechtafeln 2 auftreffende Regenwasser entweder auf denselben nach unten abläuft oder in den als Regenrinnen wirkenden Bereich der Blechtafeln 1 einläuft. A roof covering manufactured in the specified manner is absolutely watertight, since the area of the metal sheets 1 between the arches 4 and 5 acts as a rain gutter and the rainwater striking the metal sheets 2 either runs downwards onto them or into the area of the sheets acting as rain gutters Sheet 1 arrives.

Die Rohre 3 wirken dementsprechend als konstruktive Verspann- oder Verbindungselemente zwischen den Blechtafeln 1 5 und 2. Die Dachabdeckung kann nun entweder unmittelbar oder zu einem späteren Zeitpunkt als Wärmeaustauschvorrichtung für beliebige Zwecke benutzt werden. Wird lediglich eine Kühlung des Wohngebäudes oder beispielsweise der Fabrikhalle gewünscht, dann lässt man im Umwälzverfahren beispielswei-ic se das Wasser eines Schwimmbeckens durch die Rohre 3 strömen. Damit ist sichergestellt, dass z.B. auch bei starker Sonneneinstrahlung in tropischen Gegenden der abgedeckte Raum ständig gekühlt bleibt. In unseren Breiten, in denen eine Wärmegewinnung erwünscht ist, ergibt sich nun die Möglichkeit, 15 dass mittels einer Wärmepumpenanlage aus einer Dachabdek-kung oder einer Fassade, die gemäss der Erfindung hergestellt wurde, eine sehr grosse Wärmemenge entnommen werden kann. Die gesamte Dachabdeckung bleibt auch bei starker Wärmeentnahme im wesentlichen auf der Umgebungstemperatur, 20 da bereits leichte Windströmungen für eine sofortige «Nachheizung» sorgen. Da die Rohre 3 von den Blechtafeln 1 und 2 satt umschlossen werden, ergibt sich ein sehr guter Wärmeübergang. Da die Wärmeaustauschvorrichtung nicht teurer ist als übliche Blechabdeckungen, können grossflächige Lösungen in Betracht 25 gezogen werden. Auch ohne eine Wärmepumpenanlage kann beispielsweise im Sommer die auf das Blechdach einfallende Sonnenstrahlung ausgenützt werden, um beispielsweise ein Schwimmbad aufzuheizen. Es ist in diesem Fall empfehlenswert, die Oberflächen der Blechtafeln 1 und 2 möglichst reflektions-30 frei zu gestalten. The tubes 3 accordingly act as structural bracing or connecting elements between the metal sheets 15 and 2. The roof covering can now be used either immediately or at a later time as a heat exchange device for any purpose. If only cooling of the residential building or, for example, the factory hall is desired, then the water of a swimming pool can flow through the pipes 3 in the circulation process, for example. This ensures that e.g. even in strong sunlight in tropical areas, the covered room remains constantly cooled. In our latitudes, in which heat generation is desired, there is now the possibility 15 that a very large amount of heat can be drawn from a roof covering or a facade, which was produced according to the invention, by means of a heat pump system. The entire roof covering remains essentially at the ambient temperature, even when there is a high level of heat extraction, 20 since even light wind currents ensure immediate «reheating». Since the tubes 3 are fully enclosed by the metal sheets 1 and 2, the heat transfer is very good. Since the heat exchange device is not more expensive than conventional sheet metal covers, large-area solutions can be considered. Even in summer, even without a heat pump system, the solar radiation incident on the sheet metal roof can be used to heat up a swimming pool, for example. In this case it is advisable to make the surfaces of the metal sheets 1 and 2 as free from reflections as possible.

Im allgemeinen werden Rohre 3 mit rundem Querschnitt verwendet, es ist jedoch ebenfalls möglich, Rohre mit polygonalem, quadratischem oder rechteckigem oder dreieckförmigem Querschnitt zu verwenden. Die Hochwölbungen 4 und 5 der 35 Blechtafeln 1 sowie die Randbereiche 7 der Blechtafeln 2 werden dann dem entsprechenden Querschnitt des Rohres ange-passt. Pipes 3 with a round cross section are generally used, but it is also possible to use pipes with a polygonal, square or rectangular or triangular cross section. The bulges 4 and 5 of the 35 metal sheets 1 and the edge regions 7 of the metal sheets 2 are then adapted to the corresponding cross section of the tube.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (6)

626 438 PATENTANSPRÜCHE626 438 PATENT CLAIMS 1. Wärmeaustauschvorrichtung an einem Gebäude, mit Blechtafeln, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Serien von Blechtafeln (1,2) und parallel zueinander verlaufende Rohre (3) vorgesehen sind und dass die Blechtafeln (1) der ersten Serie zwei im Abstand voneinander angeordnete und parallel zu den Seitenkanten der Blechtafeln (1) verlaufende, nach oben abstehende und gegensinnig aufeinanderzugerichtete Hochwölbungen (4,5) besitzen, die dem Querschnitt der Rohre (3) entsprechen und einen Teil des Umfangs derselben umgreifen, während die Blechtafeln (2) der zweiten Serie mit ihren Randbereichen (7) nach unten abgebogen sind und mit diesen ebenfalls die Rohre (3) umgreifen, ferner dass eine abwechselnd aus einer Blechtafel (1) der ersten Serie und einer Blechtafel (2) der zweiten Serie gebildete Kette in Abstützimg an den Rohren (3) verspannt und an einer Halteeinrichtung befestigt ist. 1. Heat exchange device on a building, with metal sheets, characterized in that two series of metal sheets (1, 2) and tubes (3) running parallel to one another are provided and that the metal sheets (1) of the first series are two spaced apart and parallel to the side edges of the metal sheets (1), upwardly projecting and oppositely directed bulges (4,5), which correspond to the cross section of the tubes (3) and encompass part of the circumference thereof, while the metal sheets (2) of the second series are bent down with their edge regions (7) and also grip around the pipes (3), further that a chain alternately formed from a sheet metal plate (1) of the first series and a sheet metal plate (2) of the second series in support on the pipes (3) clamped and attached to a holding device. 2. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten abgebogenen Randbereiche (7) der Blechtafeln (2) der zweiten Serie in die Hochwölbungen (4,5) der Blechtafeln (1) der ersten Serie eingreifen. 2. Heat exchange device according to claim 1, characterized in that the downwardly bent edge regions (7) of the metal sheets (2) of the second series engage in the bulges (4, 5) of the metal sheets (1) of the first series. 3. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder (6) der Blechtafeln (1) der ersten Serie umgeschlagen sind und dass hakenförmige Befesti-gungs- und Verspannelemente (11) in den Umschlag (6) eingreifen. 3. Heat exchange device according to claim 1, characterized in that the edges (6) of the metal sheets (1) of the first series are turned over and that hook-shaped fastening and bracing elements (11) engage in the envelope (6). 4. Wärmeaustauschvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere die Blechtafeln (2) der zweiten Serie an ihrer Unterseite eine Isolierschicht (12) besitzen. 4. Heat exchange device according to claims 1 to 3, characterized in that in particular the metal sheets (2) of the second series have an insulating layer (12) on their underside. 5. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (12) aus aufgeschäumtem Kunstharzmaterial besteht. 5. Heat exchange device according to claim 4, characterized in that the insulating layer (12) consists of foamed synthetic resin material. 6. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Halteeinrichtung zur Befestigung der Dachstuhl, eine Schalung oder eine Fassade dient. 6. Heat exchange device according to claim 1, characterized in that serves as a holding device for fastening the roof structure, a formwork or a facade.