DE2551887C2 - Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser in Schwimmbecken unter Ausnutzung der Sonnenenergie - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser in Schwimmbecken unter Ausnutzung der Sonnenenergie, mit einem auf der der Sonnenstrahlung zugewandten Vorderseite einer Trägerplatte angebrachten, flachen, ein Wärmeträgerfluid enthaltenden doppelwandigen Absorber.

Entsprechend den gestiegenen Komfortansprüchen wird das Wasser von öffentlichen oder privaten Schwimmbädern in zunehmendem Maße beheizt.⁵⁵ Allerdings hat sich wegen der Verteuerung von fossilen Brennstoffen und elektrischer Energie sowie der hohen Investitions- und Betriebskosten für die zugehörigen Heizanlagen eine deutliche Zurückhaltung bei der Ausrüstung von bestehenden oder neuen Schwimmbädem mit Heizanlagen eingestellt. '

Als billige, jedermann frei zugängliche Energiequelle bietet sich die Sonnenstrahlung zur Beheizung des Schwimmwassers an, wobei versucht wird, mittels abseits vom Beckenrand aufgestellter Solarkollektoren die Sonnenenergie zur Erwärmung des Wassers nutzbar zu machen.

Alle bisher bekannten Versuche zur Lösung des Problems der Beheizung von Schwimmbädern mittels Sonnenenergie benötigen umfangreiche Leitungssysteme, Pumpen, Ventile und Filter und erfordern hohe Wartungskosten, ganz abgesehen von der Reparaturanfälligkeit solcher Anlagen. So ist aus der US 38 68 945 eine Vorrichtung zur Erwärmung von Wasser in Schwimmbecken unter Ausnutzung der Sonnenenergie bekannt Auch bei dieser ist eine Trägerplatte vorhanden, auf deren der Sonnenstrahlung zugewandter Vorderseite ein aus zwei Kunststoffolien bestehender, ein Wärmeträgerfluid enthaltender Absorber angebracht ist Diese Vorrichtung ist jedoch über ein System von Rohrleitungen mit einer Pumpe, einem Filter und einem Zweiwegeventil mit dem Schwimmbecken verbunden. Die bekannte Vorrichtung ist daher mit den erwähnten Nachteilen behaftet

Darüber hinaus gibt nachts oder an kühlen Tagen das bereits erwärmte Wasser ungehindert seine Wärme an die Umgebung ab, es sei denn, es wird eine zusätzliche Wärmeisolation, wie z. B. eine Abdeckung durch Planen o. ä„ vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst billige, ohne Leitung, Pumpen und Filter u. dgl. auskommende Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl zur Aufheizung des Wassers in Schwimmbecken als auch ohne jede bauliche Ergänzung zur Wärmeisolation der Wasseroberfläche eines solchen Beckens dienen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Absorber Teil eines in sich geschlossenen, das Wärmeträgerfluid führenden, aus zwei Folien doppelwandig ausgebildeten Fluidführungssystems ist, welches vom Absorber aus sich fortsetzend um die eine Stirnseite der Trägerplatte herum, an der Rückseite der Trägerplatte entlang und über eine an der anderen Stirnseite der Trägerplatte über diese hinausreichende, in das zu erwärmende Wasser eintauchende Heizschleife zum Absorber zurückgeführt ist, wobei die Trägerplatte aus wärmeisolierendem, wasserunempfindlichem Material besteht und die Vorrichtung insgesamt schwimmfähig ausgebildet ist.

Damit die Vorrichtung einerseits billig herstellbar ist, andererseits aber ihre Funktion als Energieabsorber voll erfüllt und ein leichtes Entlüften oder Einfüllen des Wärmeträgerfluids erlaubt, ist nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß das Fluidführungssystem aus einer doppelwandigen, mit Abstandsnoppen versehenen, allseitig geschlossenen Folienbahn besteht, die an der der Heizschleife gegenüberliegenden Stirnseite eine mit einem Stopfen verschließbare Füll- und Entlüftungsöffnung aufweist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht für die Aufstellung der Vorrichtung am Rand von versenkten Schwimmbädern zur Erhöhung des Wirkungsgrades an der Rückseite der Trägerplatte eine das Fluidführungssystem abdeckende, aus wärmeisolierendem, wasserunempfindlichem Material bestehende Isolierplatte vor, so daß das Fluidführungssystem dort zwischen Trägerplatte und Isolierplatte verläuft. Bei freistehenden Schwimmbecken, bei denen die Vorrichtung am Beckenrand aufgelegt wird, kann dagegen eine Isolation des auf der Rückseite der Trägerplatte verlaufenden Teils des Fluidführungssystems entfallen.

Der Durchmesser des als Heizschleife frei über die eine Stirnseite der Trägerplatte hinausgeführten Teils des Fluidführungssystems kann auf einfache Weise dadurch beeinflußt werden, daß die Isolierplatte um einen Abstand (a) gegenüber der Trägerplatte in

Richtung von der Heizschleife weg versetzt ist

Je nach Größe der Schwimmbeckenoberfläche ist lediglich entweder nur eine oder eine Addition mehrerer Vorrichtungen gemäß der Erfindung notwendig, d. h. es genügt, mehrere Grundeinheiten nebeneinander zu plazieren, wobei die- nahezu vollständige Abdeckung der Wasseroberfläche dadurch erreicht wird, daß die äußere Form der Vorrichtung annähernd mit der der Wasseroberfläche des Schwimmbeckens übereinstimmt, oder bei der Verwendung mehrerer Vorrichtungen deren Gesamtheit mit der Wasseroberfläche des Schwimmbeckens übereinstimmt.

Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch den einfachen Aufbau und die Verwendung billiger, aber zugleich zweckentsprechender Materialien wird eine äußerst effektive und zugleich einfach herstellbare, preiswerte Vorrichtung geschaffen, die wegen ihres leichten Gewichtes bequem zu handhaben ; ist. Mit dieser Anlage kann sowohl auf sehr einfache Weise die Sonnenenergie zur Beheizung des Sjhwimmbeckenwassers ausgenutzt als auch die Wärmeisolation der Wasseroberfläche nachts oder an kalten Tagen vorgenommen werden.

In Jahreszeiten, in denen eine Verwendung nicht in Frage kommt, kann die Anlage wegen des geringen Gewichts und des kleinen Raumbedarfs in einer Garage o. ä. leicht abgestellt werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Querschnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Isolierplatte;

Fig. la den Querschnitt einer das Fluidführungssystem bildenden Folienbahn;

F i g. 2 und 2a eine Vorrichtung gemäß der Erfindung für freistehende Schwimmbecken;

F i g. 3 und 3a eine Vorrichtung gemäß der Erfindung für versenkbare Schwimmbecken;

F i g. 4 und 4a eine selbstaufrichtende Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Bei der Vorrichtung t umgibt ein einen Absorber 32 und eine Heizschleife 17 aufweisendes, in sich geschlossenes Fluidführungssystem 10 eine Trägerplatte 12 (Fig. 1). Das Fluidführungssystem 10 kann durch Aufkleben oder, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, durch Spannbänder 40 mit der Trägerplatte 12 fest verbunden werden. Im Beispiel ist eine Ausführung mit einer zusätzlichen Isolierplatte 36 dargestellt, wobei letztere um einen Abstand a versetzt zur Trägerplatte 12 angeordnet ist. Die Heizschleife 17 des Fluidfüh- ⁵⁽⁾ rungssystems 10 wird frei von einem Ende 38 der Isolierplatte 36 zu einer Stirnseite 16 der Trägerplatte 12 geführt. Die der Sonnenstrahlung 2 zugewandte Oberfläche des Absorbers 32 ist wenigstens von der Stirnseite 16 der Trägerplatte 12 bis zu einem Stopfen 33 zur besseren Absorption der Sonnenstrahlung 2 mattschwarz getönt.

An der anderen Stirnseite 15 der Trägerplatte 12 ist der mit dem Fluidführungssystem 10 fest verbundene Stopfen 33 angebracht. Er dient dazu, bei Bedarf das Wärmeträgerfluid 11 durch eine Öffnung 39 nachfüllen zu können, oder die Entlüftung des Fluidführungssystems 10 zu ermöglichen.

Das Fluidführungssystem 10 besteht aus zwei länglichen Folien 30 aus Kunststoff, wie z. B. Polyäthylen, die mit thermoplastisch eingeprägten Abstandsnoppen 31 versehen sind (Fig. la). Die Folien 30 sind allseitis thermoDlastisch verschweißt, so daß ein geschlossenes, über die Öffnung 39 bz-y. den Stopfen 33 zugängliches, aus einer doppelwandigen Folienbahn bestehendes Fluidführungssystem 10 entsteht, in das das Wärmeträgerfluid 11 bequem eingefüllt werden kann. Als Wärmeträgerfiuid ist vorzugsweise abgekochtes Wasser, gegebenenfalls mit Frostschutzmittel, vorgesehen.

Das Funktionsprinzip der Anlage ist in allen Ausführungsbeispielen das folgende:

Die Sonnenstrahlung 2 fällt im Winkel λ zur Erdoberfläche 41 ein. Um einen Winkel 90° —α wird die Vorrichtung gegen die Erdoberfläche 41 geneigt aufgestellt. Der als Heizschleife 17 dienende Teil des Fluidführungssystems 10 hängt frei im Wasser 42. Aufgrund der mattschwarzen Oberfläche des Absorbers 32 wird das direkte und diffuse Sonnenlicht zu mehr als 90% an der Oberfläche absorbiert und ein großer Teil der aufgenommenen Energie als Wärme an das zwischen den Folien 30 befindliche Wärmeträgerfluid 11 abgeführt. Die Restenergie geht als Infrarotstrahlung ungenutzt an die Umgebung verloren. Die beschriebene Erwärmung des im Absorber 32 befindlichen Wärmeträgerfluids 11 führt dazu, daß gegenüber der Rückseite 37 Dichteunterschiede auftreten. Damit tritt ein Ungleichgewicht ein, und das spezifisch schwerere, weil kühlere Wärmeträgerfluid 11 auf der Rückseite 37 sinkt nach unten: eine Zirkulation setzt ein. Obwohl das erwärmte Wärmeträgerfluid 11 nun auch auf die Rückseite gelangt und damit zunächst eine Verminderung der Dichteunterschiede zu erwarten ist, so bleibt auch im Dauerbetrieb eine, wenn auch relativ langsame, Zirkulation bestehen, wie Versuche eindeutig gezeigt haben. In der Heizschleife 17, die im Wasser 42 hängt, gibt das umlaufende Wärmeträgerfluid 11 während des Abwärtsströmens seine Wärme an das Wasser 42 ab. Das Wärmeträgerfluid 11 steigt anschließend zwischen den Folien 30 zum Absorber 32 auf, wo der geschlossene Kreislauf von neuem beginnt. Ein typischer Heizleistungswert für einen wolkenfreien Mittag sind 500 W pro qm Absorberfläche, d. h. an einem sonnigen Sommertag führt ein qm Absorberfläche dem Wasser 42 zwei bis drei kWh Wärmeenergie zu.

Der beschriebene Kreislauf startet, wie oben beschrieben, von selbst. Ein günstiger Nebeneffekt ist die selbsttätige Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit bei steilerer Anstellung der Anlage entsprechend dem Sonnenstand in den Übergangsjahreszeiten, in denen eine hochgradige Sonnennutzung besonders dringend ist. Bei Aussetzung der Sonnenstrahlung 2 bleibt der Wärmeträgerkreislauf selbständig stehen.

In ihrer Funktion als Wärmeisolierung wird die Vorrichtung 1 auf die Wasseroberfläche 43 des Schwimmbeckens 50 aufgelegt.

Die Vorrichtung 1 ist aufgrund des spezifisch leichten, geschlossenporigen Kunststoffschaumes, aus dem sowohl die Trägerplatte 12 als auch die Isolierplatte 36 bestehen, schwimmfähig. Der geschlossene Wärmeträgerkreislauf kann in dieser Lage in keiner Richtung anlaufen, da in dem Fluidführungssystem 10 keine Temperatur- bzw. Dichteunterschiede in gleicher Höhe mehr auftreten. Die Träger- und die Isolierplatten 12 und 36 verhindern wie bei den üblichen Wärmeisolationen ein rasches Abkühlen des Wassers 42 und verringern die Wasserverdunstung. Bei einer Temperaturdifferenz von 20 Grad zwischen Wasser 42 und Umgebungsluft betragen die Wärmeverluste selbst bei beträchtlichem Wind weniger als 40 W pro qm Isolationsfläche.

Die Vorrichtung 1 kann auch am Beckenrand 22 eines freistehenden Schwimmbeckens 50 aufgelegt sein (Fig. 2). Für diese Benutzungsart kann die Isolierplatte 36 entfallen, da das erwärmte Wärmeträgerfluid 11 sogleich in die Heizschleife 17 gelangt und erst danach in bereits abgekühltem Zustand an der Rückseite der Trägerplatte 12 entlangströmt. Eine öse 18 dient zum Einhaken der Vorrichtung am Beckenrand 22, oder zur Befestigung eines Stützgliedes 19 (Fig.3), oder zur Anbringung einer Stellkette 35 (F i g. 4). |₀

Die Vorrichtung 1 wird auf einfache und wirkungsvolle Weise zur Wärmeisolierung des Wassers 42 durch Auflegen auf die Wasseroberfläche 43 verwendet (Fig. 2a).

Bei der in Fig.3 dargestellten Verwendung der Vorrichtung 1 für in den Erdboden eingelassene Schwimmbecken 50 ist es vorteilhaft, eine Isolierplatte 36 zu verwenden, da das erwärmte Wärmeträgerfluid 11 zunächst an der Rückseite der Trägerplatte 12 abströmen muß, bevor es in die Heizschleife 17 gelangt. Aufgrund ihres leichten Gewichts kann die Vorrichtung an einem Stützglied 19 befestigt werden. Beschädigungen durch Wind sind aufgrund der Befestigungsart nahezu ausgeschlossen. Zur Wärmeisolation braucht die Vorrichtung 1 lediglich vom Stützglied 19 abgenommen und auf die Wasseroberfläche 43 aufgelegt zu werden (F ig. 3a).

Die Vorrichtung 1 kann auch direkt in das Wasser 42 eingebracht werden (F i g. 4). Hierzu ist es zweckmäßig, ein Gewicht 34 in der Heizschleife 17 vorzusehen, beispielsweise an einem teilweise in der Trägerplatte 12 eingelagerten Haltegestänge 44, und am entgegengesetzten Ende der Vorrichtung 1 eine öse 18 zur Befestigung einer Stellkette 35 anzubringen.

Wird die Vorrichtung 1 zur Wärmeisolierung verwendet, so wird auf einfache Weise zur Ausgleichung des Gewichtes 34 ein Gegengewicht 45 am anderen Ende der Trägerplatte 12 aufgelegt (F i g. 4a).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser in Schwimmbecken unter Ausnutzung der Sonnenenergie, mit einem auf der der Sonnenstrahlung zugewandten Vorderseite einer Trägerplatte angebrachten, flachen, ein Wärmeträgerfluid enthaltenden doppelwandigen Absorber, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (32) Teil eines in sich geschlossenen, das Wärmeträgerfluid führenden, aus zwei Folien doppelwandig ausgebildeten Fluidführungssystems (10) ist, welches vom Absorber (32) aus sich fortsetzend um die eine Stirnseite (15) der Trägerplatte (12) herum, an der Rückseite (37) der Trägerplatte (12) entlang und über eine an is der anderen Stirnseite (16) der Trägerplatte (12) über diese hinausreichende, in das zu erwärmende Wasser eintauchende Heizschleife (17) zum Absorber (32) zurückgeführt ist, wobei die Trägerplatte (12) aus wärmeisolierendem, wasserunempfindlichem Material besteht und die Vorrichtung (1) insgesamt schwimmfähig ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidführungssystem (10) aus einer doppelwandigen, mit Abstandsnoppen (31) versehenen, allseitig geschlossenen Folienbahn besteht, die an der der Heizschleife (17) gegenüberliegenden Stirnseite (15) eine mit einem Stopfen (33) verschließbare Füll- und Entlüftungsöffnung (39) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rückseite (37) der Trägerplatte (12) eine das Fluidführungssystem (10) abdeckende, aus wärmeisolierendem, wasserunempfindlichem Material bestehende Isolierplatte (36) vorgesehen ist, so daß das Fluidführungssystem (10) dort zwischen Trägerplatte (12) und Isolierplatte (36) verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte (36) um einen Abstand (a) gegenüber der Trägerplatte (12) in Richtung von der Heizschleife (17) weg versetzt ist.