DE2309307B2 - Solares Heizsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein solares Heizsystem in einem mit auf Dachlatten verlegten für Sonnenstrahlen undurchlässigen Ziegeln eingedeckten Dach, bei dem zwischen den Dachlatten unter den Ziegeln Wärmedämmplatten eingelegt sind, denen gegenüber die einander überlappenden Ziegel einen freien Zwischenraum bilden.

Es ist allgemein bekannt, in einem Dachaufbau eine Wärmedämmung vorzusehen, wobei über die Dachlatten Folienbahnen und auf die Folienbahnen /wischen den Dachlatten Wärmcdämmplatten verlegt werden (DE-OS 17 !59 073). Anstelle der Folienbahnen sind auch Mulden au<; tiefgezogenen Folien mit abgewinkelten Randstreifen bekannt, die über die Dachlatten greifen. In diese Mulden werden die Wärmedammplatten eingelegt (DE-OS 19 04 484).

Während der Jahreszeiten ist das Dach zumindest zeitweise der direkten Sonnenbestrahlung ausgesetzt, so daß sich in dem freien Zwischenraum zwischen den über den Wärmeclämmplaticn verlegten Ziegeln und den Wärmediimmplatten ein Wärmestau ergibt und sich Temperaturen bis zu 80" C" und darüber einstellen können. Das bedeutet, daß in dem Zwischenraum eine gewisse Wärniemenge zur Verfugung steh!.

Dc f.rfm:lung liegt die Aufgabe /upruiu'c, die in dem Zwischenraum /wischen den Ziegeln und der Wärmedämmung /ur Verfügung stehende Wärmeenergie für ein Heizsystem nutzbar zu machen, mit welchem ein Medium, z. B. Wasser, erwärmt wird und somit die vom Ziegeldach aufgenommene Sonnenenergie für eine Verwendung im Haus zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Zwischenraum ein durch mittelbare Sonneneinstrahlung beheizbares Heizrohrsystem für hindurchzuführendes Wasser eingelegt ist, und daß das Heizrohrsystem mil einem Sammelbehälter für das erwärmte Wasser in Verbindung steht.

Ein nach den Merkmalen der Erfindung aufgebautes Dach bietet den Vorteil, daß das durch den Zwischenraum zwischen der Wärmedämmung und der Dachabdeckung geführte HeLrohrsystem als Wärmeaustau-

ü scher wirkt und die Möglichkeit bietet, mit Hilfe des durch das Heizrohrsystem fließenden Wassers die Wärmeenergie in einen Speicher in Form eines Sammelbehälters für das erwärmte Wasser zu transportieren.

Es sind in diesem Zusammenhang zwei Grundsysteme von Interesse, wobei einerseits das solare Heizsystem als Durchlauferhitzer und andererseits als Umlauferhitzer Verwendung finden kann. Beim Durchlauferhitzer wird das Wasser bei einmaligem Durchgang durch das solare Heizsystem auf seine Gebrauchstemperatur gebracht, während es beim Umlauferhitzer vor der Verwendung mehrfach durch das Heizrohrsystem umgewälzt wird. Dabei lassen sich Wasserzufuhr und Wasserentnahme durch den Sammelbehälter voneinan-

JO der trennen.

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Wasser durch das Heizrohrsystem und den Sammelbehälter mit einer Pumpe umwäi/bar ist. Dabei können die Rohre von Dachlatte zu Dachlatte mäanderartig hin- und hergeführt sein. Ferner ist vorgesehen, daß im Übergang von einer Dachlatte zu der in der Fallrichtung darüber liegenden Dachlatte das Rohr in einer Nut in der Ziegclunterfläche geführt ist.

Welches der beiden Griniüsvsteme. nämlich der Durchlauferhitzer oder der IJmiauferhilzer für die Zwecke der Erfindung zu wählen ist, hängt von den Voraussetzungen ab, unter denen es verwendet werden soll. Sein Zweck kann beispielsweise sein, das Wasser eines Schwimmbeckens zu erwärmen. Man wird sieh für diesen Zweck mit einer Temperatur von etwa 25" begnügen können. Hierlür kann das Durchlaufsystcm anwendbar sein. Aber es setzt doch immerhin mehl unbeträchtliche Hei/flächengröUen voraus, um auf das Wasser bei seinen·, einmaligen Durchgang die erforderliehe Wärmemenge zu übertragen. Schon diese Überlegung zeigt, daß das Umlaufsystem, abgesehen vielleicht von Sonderfällen, das günstigere System sein wird. Bleiben wir bei dem Beispiel des Schwimmbekkens. Das Wasser im Schwimmbecken ha! in etwa die Temperatur der Umgebung, ist also »vorgewärmt«, wenn man seine Temperatur mit der Temperatur des Leitungswassers vergleicht. Entnimmt man das Wasser dem Schwimmbecken, führt man es durch ein Heizungssystem und hierauf zum Schwimmbecken zurück und so fort, so tritt eine stetige Erwärmung ein, die eine wesentlich geringere Heizfläche benötig! als das Durchlaufsystem.

Im Haus wird aber auch für andere Zwecke warmes Gebrauchswasser benötis.M. etwa für das Had oder für

h^r> die Ki.ichc. Auch hier ist das Umlaufsystem die günstigere Möglichkeit, wenn an die Stelle des Schwimmbeckens ein Speicher tritt, dessen Inhalt durch die .Sonnenwärme nach und nach aufgeheizt wird. Das

Umlaufsystem ist deshalb besonders günstig, weil man mit ihm Speicherwasser höherer Temperatur erhalten möchte als es für das Schwimmbecken benötigt wird. Diese hohe Temperatur im Durchlaufsystem zu erzielen, wird wegen der beschränkten Heizfläche kaum möglich ■; sein.

Als Voraussetzung für den Einbau, nämlich den Einbau in die von den sich überlappenden Ziegeln freigelassenen Zwischenräume kommt praktisch nur ein Rohrsystem in Frage. Auch hierfür gibt es wieder zwei in Grundsysteme, nämlich parallelgeschaltete Rohre, die beidendig an sogenannte Register angeschlossen sind, oder mäanderartig geführte Rohre, die von einer Dachlatte auf die nächste Dachlatte übergeführt werden. Das Register ergibt einen großen Strömungs- ιϊ querschnitt, jedoch ist die Warnieaufnahme des einzelnen Rohres beschränkt, da die Durchlaufzeit des Wasser- auf die Rohrlänge beschränkt ist. Das mäanderartig geführte Rohr hat zwar nur einen einfachen Strömungsquerschnitt, läßt also in der Zeiteinheit nur eine geringere Wassermenge durchströmen, jedoch ist die Verweilzeit des Wassers dann gkich der Durchlaufzeit durch das gesamte Rohrsystem. Die aufnehmbare Wärmemenge ist größer. Wo ,nit genügend hohen Temperaturen gerechnet werden kann und 2i die schnelle Bereitstellung einer gewissen Wassermenge von einer bestimmten Temperatur gefordert wird, wird das Erwärmungssystem mit Registern anzuwenden sein. Im allgemeinen wird jedoch das mäanderartig geführte Rohr als Durchlaufsystem vorzuziehen sein.

Eine weitere Frage ist die nach dem Werkstoff der Heizflächen. Optimal ist das Metallrohr (Kupferrohr, Aluminiumrohr), insbesondere in der Ausbildung als sogenanntes Flossenrohr, da der Wärmeübergang von einem guileitenden Metall auf Wasser besonders groß r> ist. Aber nicht nur der Preis, sondern auch die Schwierigkeit der Verlegung werden im allgemeinen der Verwendungsmöglichkeit von Metallrohren entgegenstehen. Man wird daher Rohre aus einem hinreichend gut wärmeleitenden Kunststoff vorziehen, wie sie die Kunststofftechnik bereithält.

Die Wärmeübertragung von der Wand auf das im Rohr strömende Wasser ist eine Funktion des Verhältnisses von Oberfläche /u Querschnitt. Aus dieser Überlegung kann es zweckmäßig sein, keine Rohre mit rundem Querschnitt, sondern solche mit abgeflachtem Querschnitt zu verwenden, um die Wärmeübertragungsfläche gegenüber dem Querschnitt zu vergrößern. Allerdings ist zu beachten, daß die Wärme nicht nur durch die Eigenstrahlung von den für Sonnenstrahlen w undurchlässigen Ziegeln übertragen wird, sondern auch durch Konvektion durch die den Zwischenraum ausfüllende Luft. Der zweckmäßigste Rohrquerschnitt ist daher von Fall zu Fall zu ermitteln.

Die Einschaltung von Dehnungsmuffen in das « Rohrsystem wird im allgemeinen nicht nötig sein. Das Rohr liegt frei im Zwischenraum und kann sich infolgedessen bei Erwärmung etwas wölben, so daß keine Längsbeanspruchungen auftreten die durch eine Dehnungsmuffe kompensiert werden müßten. Das t>o schließt versiändlieherWeise im Einzelfall die Verwendung von Dehnungsmijffen nicht aus.

I5ci der mäandcrartipen Rohrführung muß das Rohr jeweils von einer Zietrellage (Dachlatte·) /ur darüberliegcndcn Ziegcllagc geführt werden Zu beachten ist, dall tr, das Dach von unten nach oben gedeckt wird. Hierfür is! die Ausführung der /icrel hilfreich. Denn diese haben auf ihrer Unterseite läi,!.".verlaufende Nuten, in denen das Rohr von einer zur anderen Ziegellage hochgefühn werden kann. Die Verlegung ist im übrigen insofern einfach, als man das Rohr vor der Verlegung der Dämmplatten und Ziegel mäanderartig auf die Dachlatten auflegen kann, so daß das Rohr über die Dämmmittelplatten gelegt werden kann, ehe die Ziegel aufgelegt werden. Zu achten ist in jedem Fall auf knickfreie Verlegung der Rohre.

Wenn das Heizsystem nicht als Schwerkraftsysierr. aufgebaut ist, wird eine Pumpe benötigt. Hierfür läßt sich wieder eine generelle Regel aufstellen, ob man die Pumpe in Firsthöhe oder in Bodennähe einbauen soll. Soll das System zur Erwärmung des Wassers in einem Schwimmbecken dienen, das gleich/.eit.g den Speicher des Systems bildet, so kann man im Si:.ne der üblichen Ausführung solcher Systeme die Pumpe in Bodennähe aufstellen, um eine nur geringe Saughöhe zu haben.

Das System wird also in Richtung von der Traufe zum Dach durchströmt. Hierbei steht es unter Pumpendruck. Wird das System zum Aufladen eines Speichers für Gebrauchswasser benutzt, so wird .an den Speicher in Firstnähe einbauen, um eine genügend: Fallhöhe zum Entleeren zu erhalten. Die Pumpe muß dann als Druckpumpe arbeiten, um den Umlauf zum hochpestellten Speicher durchzuführen, aber das Rohrsystem steht dann ι jr noch unter dem Ablaufdruck.

Die Erfindung ist anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durcn ein wärmegedämmtes Dach mit eingelegten Heizrohren.

Fig. 2 ein Beispiel für eine Einrichtung mit einem Sammelbehälter in Bodennähe,

F i g. 2A einen Schnitt durch einen Ziegel nach der Linie A-A der F i g. 2,

Fig. 3 ein Beispiel für eine Einrichtung mit einem hochliegenden Speicher.

An Hand der F i g. 1 sei zunächst der für die Erfindung bevorzugte Grundaufbau des Daches erläutert. Der Dachstuhl ist in üblicher Weise aus Dachsparren 1 und Dachlatten 2 errichtet. Er wird mit für Sonnenstrahlen undurchlässigen Ziegeln 3 eingedeckt. Jedoch soll das Dach vorausset/ungsgemäß wärmegedämmt sein. Hierfür dienen Wärmedämmelementc in Form von aus. Folie gezogenen Mulden 4. die sich mit Abwinke'ungen auf die Dachlatten 2 auflegen und sich hier überlappen. In die Mulden 4 sind Wärmcdämmplatten 5 jus einem hartgeschäumten Kunststoff eingelegt, über welche die Ziegel 3 gelegt werden. Die Ziegel stützen sich mit ihren Nasen 6 über die Wände der Mulden 4 gegen die Dachlatten 2 ab. überlappen sich jeweils in der Zone 7 und schaffen auf diese Weise freie Zwischenräume 8. Dieser Aufbau ist in der einschlägigen Technik unter der Bezeichnung »Wärmedach« bekanntgeworden.

Messungen an einem Dach dieser Art haben, wie bereits ausgeführt wurde, ergeben, daß sich bei Sonneneinstrahlui.g in den /.wischenräumen 8 hohe Temperaturen einstellen. Es steht also dann in den Zwischenräumen 8 eine gewisse Wärmemenge zur Verfugung, die gemäß der Erfindung für Zwecke des Hauses nutzbar gemacht werden soll. Diese Aufgabe wird f?<'iiiäi3 der Erfindung durch ein in die Zwischenräume 8 verlebtes Heizrnnrsystem 9 gelost, das sowohl die Strahlungswärme der Ziepel i wie auch die im Zwischenraum * herrscherde Wärme durch Konvektion ausnützt Is sei das /unai hst an Hand der F ι g. 2 "i läutert, w eic lie die bereit, dargestellte Ausbildung de'; I k'izsyslems in form einer rnäanderartig verlegten Rohrschlange zeiut. Sie besteht jeweils au·, den

hinläufigcn Rohren 10 und den rücklaufigen Rohren 10 . die nacheinander vom Wasser durchströmt werden, so daß die Wassertemperatur vom Kiniriii Il bis /um Austritt 12 ansteigt. Die Ausführungsmoglichkeit mn Registern, bei denen die Rohre 10, K)' von einem Register ausgehen, in einem /weiten Register enden und parallel durchströmt werden, wurde nicht dargestellt

Im Beispiel ist angenommen, daß das Heizsystem da/.u dienen soll, das Wasser eines Sammelbehälters I J. der ein Schwimmbecken sein kann zu erwärmen. Ia i wird diesem Becken durch eine von einem Motor 14 angetriebene Pumpe 15 entnommen, vom [jntriti Il ms durch das Rohr 10 hindurchgedrückt und vom Ausritt 12 wieder in das Schwimmbecken /urückgeleitet.

Die Rohre 10, 10' sind jeweils durch ein querverlau- ι fendes Rohrstück 16, 16', 16" verbunden. Seine Verlegung ist einfach, wie der Schnitt durch den /icgel 3 gemäß Fi g. 2A zeigt. In die Unterfläche eines normalen Ziegels sind l.ängsnutcn 17 cingeformt. FIs ist also ohne zusätzliche Maßnahmen möglich, die Rohrstücke 16, : 16', 16" jeweils in einer Nut 17 von einer Reihe in eine darüberliegcnde Reihe zu überführen.

I ι g. ! zeigt den Aufbau eines I lei/rohrss stems mil einem Speicher IH I ■■ (iebrauchswasser. Dieser Speicher wird in Instnahe eingebaut, um eine genugende l'allhohe fur die I.nllcerung /u schaffen. Pumpe I ΐ und Motor 14 können auch hier in Kode η nahe aufgestellt sein. Die Pumpe 15 fordert das Wasser in diesem Beispiel nicht durth das Rohrsystem hindurch, sondern in den Speu her 18. aus dem es infolge der Schwerkraft d. h. ohne Piimpendruck. die Rohre K), IO iliirchstiomt. Ls gelangt /um I ιηΙ,ιΙ! der Pumpe 15 /urtick und fuhrt euun kreislauf aus. Zur Lntnahmc von Wasser aus dem Speiiher 18 dient eine Zapfleitung 14 nut einem Ventil 20 I s waie vei staiullichei weise auch möglich, den Kreislauf in der Weise durchzufuhren, daß die Pumpe 15 das Wasser durch die Rohre 10, 10 m den Speicher 18 druckt, aus dein es /um lYmpeneinlaß drucklos zurückfließt Die Anordnung ist leweils Sache ties I leizungsfachmannes. der sie n,u h den f iegebenhi'iten /u wählen hat. Ir muß .nah ■ nlscheiden, oh das ι Zusatz« ,isser /um l.rsat/ des (icbrauchswassers in den Speicher 18 oiler in the Pumpe 15 einzufuhrcnst.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Solares Heizsystem in einem mit auf Dachlatten verlegten für Sonnenstrahlen undurchlässigen Ziegeln eingedeckten Dach, bei dem zwischen den Dachlatten unter den Ziegeln Wärmedämmplatten eingelegt sind, denen gegenüber die einander überlappenden Ziegel einen freien Zwischenraum bilden, dadurch gekennzeichnet, — daß in dem Zwischenraum (8) ein durch mittelbare Sonneneinstrahlung beheizbares Heizrohrsystem (9) für hindurchzuführendes Wasser eingelegt ist und daß das Heizrohrsystem (9) mit einem Sammelbehälter (13) für das erwärmte Wasser in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohrsystem (9) aus biegsamen Rohren aus Metall oder Kunststoff besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (10,10') von Dachlatte (2) zu Dachlatiit- (2) mäanderartig hin- und hergeführt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergang von einer Dachlatte (2) zu der in der Fallrichtung darüberliegenden Dachlatte (2) ein die Rohre (10, 10') verbindendes Stück (16) in einer Nut (17) in der Ziegelunterfläche geführt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, — daß das Wasser durch das Heizrohrsystem (9| und den Sammelbehälter (13) mit einer Pumpe (15) umwälzbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sam '.(.'!behälter (13) ein Schwimmbecken ist.

7. Einrichtung nach Airspruc' 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (13) ein Speicher (18) ist.