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Sonnenkollektor
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Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, insbesondere einen Flachkollektor,
mit eine. Anschlüsse und Kanäle für ein Wärmeträgermedium aufweisenden Kollektorkasten,
der innen durch eine Wärmeisoliertschicht thermisch isoliert und aunen von einer
lichtdurchlässigen, ein- oder mehrteiligen Abdeckung bedeckt ist.
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Bei bekannten Sonnenkollektoren ist die obere, lichtdurchlästige Abdeckung
über unterschiedlich breite Rahmenkonstruktionen mit dem Kollektorkasten verbunden.
Werden solche Sonnenkollektoren neben- oder übereinander auf einer
Fläche,
wie der Dachoberfläche eines Gebäudedachs, montiert entsteht ein Rasterbild, das
den vom Architekten gewollten ästhetischen Eindruck negativ beeinflußt oder sogar
zerstört. Eine fugenlose Anordnung mehrerer solcher Kollektoren ist auch deshalb
nicht möglich, weil die Anschlüsse für das Wärmeträgermedium gewöhnlich zu beiden
Seiten herauageführt sind, woraua sich zwischen benachbarten Sonnenkollektoren ein
beachtlicher Abstand ergibt. Auch aus diesem Grunde ergibt sich das unerwünschte
Rasterbild, das allenfalls durch eine aufwendige1 zusätzliche Teile und Montage
erfordernde Zwischenabdeckung in gewissem Maße verbessert werden kann.
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Andere bekannte Sonnenkollektoren erfordern eine großflächige Montage
der Einzelteile. Dies erschwert die erforderliche Dichtheit sowie die Serienfertigung
und bedingt großes handmerkliches Können der Monteure auf der Baustelle.
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Die thermische Isolierung der Kollektoren wird gewöhnlich mit einer
Isolierschicht aus Schaumstoff, wie Polyurethan-Schaum (PUR), oder mineralischen
Isolierstoffen bewirkt. Die Isolierschicht sollte temperaturbeständig, witterungs-
und verrottungssicher und bei unterschiedlichen Temperaturen volumenbeständig ein.
Ferner sollen langwellige Strahlungen gegen ein Durchdringen nach unten abgeschirmt
werden. Schließlich sollte die Isolierschicht die gesamten Wärmeübertragungsverluste
so klein wie möglich halten, damit bei winterlicher Sonneneinstrahlung und tiefen
Außentemperaturen der Xnergiegewinn nicht durch die Wärmeübertragungsverluste ausgeglichen
wird.
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Setzt man PUR-Schoux für die Isolierschicht ein, so erhält man zwar
ein gutes Isolationsvermögen. Die Temperaturbeständigkeit ist jedoch nicht ausreichend,
weil die Absorberfläche im Extremfall 2000C heiß wird und die darunterliegende Isolierschicht
beschädigt, z.B. die Struktur von PUR-Xchaum ab 120°C z-rstört wird.
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Verwendet man Mineralfasern als Werkstoff für die Isolierschicht,
so erhält man zwar eine ausreichende Temperaturbeständigkeit Jedoch muß zur Erzielung
gleicher Isolierwirkung eine größere Bauhöhe in Kauf genommen werden. Außerdem nehmen
die Mineralfasern stark Wasser auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenkollektor der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der eine fugenlose Montage mehrerer gleichartiger
Sonnenkollektoren zu einer Kollektorgruppe ermöglicht, deren Erscheinungsbild eine
geschlossene, ununterbrochene, nicht spiegelnde gleichmäßig dunkle Fläche ergibt,
wobei gleichwohl eine einfach, dichte Montage und Austausch der Abdeckung ohne Außerbetriebsetzen
der gesamten Kollektorgruppe erfolgen kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß
die Abdeckung einen integrierten Rahmen aufweist und den Kollektorkasten vollflächig
überdeckt und daß mindestens drei Zeitenränder des Kollektors zum fugenlosen Ansetzen
weiterer Kollektoren von Anschlüssen freigehalten sind.
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Die Anschlüsse können teilweise oder sämtlich die Innenfläche, s.B.
den Boden des Kollektors durchsetzen. Im letztgenannten Fall können weitere Kollektoren
fugenlos an sämtliche Seiten ränder angesetzt werden. Eine Lösung, bei welcher sämtliche
Anschlüsse an einem Seitenrand angeordnet sind, ermöglicht i ur n.oh ein fugenloses
Ansetzen weiterer lollektoren an allen übrigen Seitenrändern.
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Dichtheit der Anschlüsse wird zweckmäßig durch eine Dichtverschraubung
erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß Jeder Anschluß eine
sit Innengewinde versehene,
dem einen Leitungsteil zugeordnete Muffe
und einen damit verschraubbaren, dem anderen Leitungsteil zugeordneten Stutzen mit
Außengewinde aufweist, und daß an der Muffe und/oder dem Stutzen plane Dichtflächen
zum abdichtenden Zusammenwirken mit entsprechenden planen Flächen am Kollektorkasten
vorgesehen sind, wobei der Dichtdruck durch das Verschrauben von Stutzen und Muffe
aufgebracht wird.
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Hierdruch wird die dichte Durchführung der Anschlüsse für das Wärmeträgermedium
gewährleistet.
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Auch bei einem Sonnenkollektor nach der Erfindung ist eine Aussteifung
der Abdeckung durch einen Rahmen zweckmäßig.
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Gemäß der Erfindung ist ein solcher Rahmen jedoch vollständig in die
Abdeckung intergriert und von gleicher Färbung wie diese, so daß er unsichtbar bleibt
und nicht über die äußeren Ränder der Abdeckung vortritt. Gleichzeitig kann der
Rahmen eine definierte Dichtfläche für eine Dichtung zwischen der Abdeckung und
dem Kollektorkasten bilden. Um die Dichtung zu verbessern, kann der Rahmen einen
über den Kollektorkasten überstehenden Kragen aufweisen, welcher den oberen Abschnitt
der Seitenränder des Kollektors überlappt, um ein Vordringen von äußeren Fremdteilchen
zur Dichtung zu verhindern.
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Um eine einfache Montage der Teile des Kollektors zu ermöglichen,
ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Srfindung vorgesehen, daß Verbindungselemente
wie Schrauben und Muttern, für die Verbindung zwischen Abdeckung und Kollektorkasten
außerhalb der lichtdurchlässigen Fläche und außerhalb der diese umschließenden Dichtung
liegen. Dies ermöglicht ein problemlos es Auswechseln der Abdeckung, ohne daß der
Kollektor außer Betrieb gesetzt werden muß.
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Um in. einfache Montage des gesamten Sonnenkollektors an einer Unterlage,
wie einer Dach- oder Wandfläche eines Gebäume zu ermöglichen, weist der Kollektor
zweckmäßig Durchführungen für Befestigungselemente außerhalb der Dichtfläche und
der lichtdurchlässigen Fläche auf. Die Durchführungen ermöglichen eine Montage mit
vorgegebenem Abstand des Sonnenkollektors von der Unterlage, wobei dieser Abstand
z.B. zum Abfließen von Regenwasser und zum flächengleichen Ausrichten mehrerer Kollektoren
einer Gruppe erwünscht ist. Jede Durchführung kann dabei von einer Hülse gebildet
sein, welche dicht im Kollektorkasten angebracht und so gestaltet ist, daß sie mittels
durchsteckbaren Befestigungselementen ein sicheres Montieren ohne Beanspruchung
des Kollektors und ohne Montageabstand von Kollektor zu Kollektor gewährleistet.
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Die Erfindung bezweckt auch eine Verbesserung der Wärmeisolierung
und ein. Minderung der Bauhöhe. Hierzu sieht die Erfindung gemäß einer wichtigen
weiteren Ausgestaltung vor, daß die Isolierschicht zwei Lagen aus unterschiedlichen
wärmeisolierenden Werkstoffen umfaßt, wobei zweckmäßig die den Kanälen bzw. der
Wärmeleitfläche zugewandte Lage aus einem mineralischen Isolierstoff und die darunter
liegende Lage aus PUR-SchaumJtoff besteht. Hiermit werden die Nachteile beider Isolierstoffe
kompensiert und die Vorteile addiert, so daß sich eine optimale thermische Isolierung
ergibt. line Isolierung ist zweckmäßig nicht nur an der Innenseite des Kollektors
sondern auch an den seitlichen Rändern vorgesehen.
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Um auch die langwellige Strahlung in dem Sonnenkollektor zu halten
ins dabei mindestens die den Kanälen bzw. der Wärmeleitfläche zugewandt. Lage mit
einer Wärmestrahlung stark reflektierenden Oberfläche versehen. Bei einer Ausführung
sind vorteilhaft beide Lagen der Isolierschicht mit einer hochglänzenden Aluminiumfolie
kaschiert.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
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is zeigen: Figur 1 Eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf einen
Kollektor gemäß der Erfindung; Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Figur
13 Figur 3 einen Teilschnitt nach der Linie IIl-III in Figur 1 durch eine Abwandlung;
Figur 4 eine Teilansicht auf mehrere zu einer Kollektorgruppe montierte Sonnenkollektoren
gemäß der Erfindung.
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Die Darstellung nach Figur 1 zeigt einen Sonnenkollektor in Draufsicht,
wie er sich dem Betrachter von außen darstellt.
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Eine lichtdurchlässige Abdeckung 1 bedeckt die gesamte dem Betrachter
zugekehrte Oberfläche des Sonnenkollektors. Die Abdeckung 1 umfaßt eine zweilagige,
durch Rippen 2 ausgestifte luftgefüllte Platte 3 aus hochtransparentem, chlagfestem,
witterungsbeständigem Kunststoff, z. B. auf Polyester- Basis, sowie einen innenliegenden,
verdeckten, stabilen Rahmen 4, der bei dem gezeigten Beispiel aus einem Alu-Profil
besteht. Der Rahmen 4 ist zusätzlich mit einer Aussteifung 5 aus druckfestem Isoliermaterial,
z. B. einem Kunststoff-Schaum ausgefüllt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind
die beiden Lagen der Abdeckung 1 auf den Rahmen 4 auflaminiert oder mit diesem verklebt.
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Es ist eine lösbare, dichte Verbindung zwischen dem eigentlichen Kollektorkasten
7 und der Abdeckung 1 vorgesehen.
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Hierzu hat der lollektorkasten 7 einen umlaufenden, ebenen Montagerand
11 für die Abdeckung 1, in dem eine Rille zur Aufnahme einer vorzugsweise temperatur-1
UV-strahlungs-und ozonbeständigen Dichtschnur eingelegt ist. Der stabile Rahmen
4 der Abdeckung 1 und der umlaufende ebene Montagerand 11 des Kollektorkastens 7
bilden eine elastische Dichtfläche. Im Montagerand 11 sind in einem zur Erzelung
einer ausreichenden Befestigung sinnvollen Abstand Nietmuttern 12 angeordnet. In
diese Nietmuttern 12 sind durch den stabilen unsichtbaren Rahmen 4 hindurch versenkte
Schrauben 13 eingeschraubt. Die Elastizität der Dichtschnur 9 bringt eine ausreichende
Vorspannung in die Verbindung, um einem unerwünschten Lockern der Schrauben 13 entgegenzuwirken.
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Die Abdeckung 1 mit dem darin integrierten Rahmen 4 hat einen überstehenden
Rand von dem ein Kragen 6 rechtwinklig abgebogen ist, welcher den oberen Abschnitt
der Seitenränder des Kollektorkastens überlappt. Dadurch wird erreicht, daß Verunreinigungen
von der Dichtfuge ô zwischen der Abdeckung 1 und dem Kollektorkasten 7 ferngehalten
und damit die Dichtwirkung noch verbessert wird.
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Durch den elastischen Montagerand 11, die Dichtschnur 9, den Kragen
6 und die entsprechende Anzahl von Schrauben 13 ist gewährleistet, daß Wärmespannungen,
Längendehnungen, Innendruck im Kollektorkasten 7, Erschütterungen oder sonstige
äußere Einflüsse nicht zu Undichtigkeiten führen können.
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Ferner ist gewährleistet, daß auch bei montiertem Sonnenkollektor
die Abdeckung 1 durch Lösen der Schrauben 13 einfach Jederzeit abnehmbar ist. z.B.
für Reparaturen oder zum Austausch, ohne daß das System hierzu außer Betrieb gesetzt
werden muß.
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Die Breite des Montagerandes 11 ist so gewählt, daß an jeweils zwei
Punkten der beiden Längsseiten des Sonnenkollektors außerhalb der Dichtschnur 9
und außerhalb der lichtdurchlässigen Fläche der Abdeckung 1 eine dichte Durchführung
in Form einer Rohrhülse 14 vorgesehen werden kann.
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Jede Rohrhülse 14 ist im Boden 16 und im oberen Montagerand 11 des
Kollektorgehäuses 7 dicht und unlösbar befestigt.
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Die Rohrhülse 14 hat eine solche Länge, daß durch die Rohrhülse 14
durchgeführte Befestigungselemente, wie Stehbolzen 17, zur Befestigung an C-Profilen
18 an Dach oder Wand eines Gebäudes beim Festziehen keine Spannungen und Verformungen
auf den Kollektorkasten 7 oder die Abdeckung 1 übertragen können.
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Die Rohrhülse 14 hat einen verdickten Abschnitt 15, der den Abstand
zwischen der Außenfläche der Abdeckung 1 und dem Montagerand 11 überbrückt. Durch
diesen Abschnitt 15 wird ein unerwünschtes Verspannen der Abdeckplatte mit dem Kollektorkasten
7 bei der Montage vermieden.
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Die Rohrhülse 14 sorgt dafür, daß sämtliche Montagekräfte von dem
Kollektor ferngehalten und dessen Gesamtstärke durch Befestigungskräfte nicht beeinflußt
werden. Die Montage und Demontage der Abdeckung 1 wird durch die Rohrhülse i4 nicht
beeinträchtigt; denn nach Lösen der Befestigungsmuttern 9 der Stehbolzen sowie der
Schrauben 13 kann die Abdeckung ohne weiteres von den Rohrhülsen 14 abgehoben werden.
Die Rohrhülsen 14 ergeben gleichzeitig die Fixpunkte für die Befestigung auf der
Nontageebene, die bei dem gezeigten AuJführungabeispiel durch die C-Profile 18 gebildet
wird. Die Anordnung der Befestigungspunkte ist so gewählt, daß der Sonnenkollektor
aufgrund seines ligengewichtes oder anderer Belastungen sicher mit über seinen Umfang
gleichmäßig verteilten Abstützkräften auf der Montageebene gehalten ist.
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Der Kollektorkasten 7 selbst hat eine Dreilagenstruktur, die von einer
Hülle 40 aus Blech oder Hartkunststoff eingefaßt ist. Die der Abdeckung 1 benachbarte
oberste Lage 20 ist im wesentlichen hohl und umfaßt schlangenförmig angeordnete
Kanäle 21 für das Wärmeträgermedium, gewöhnlich Wasser. Die dichten Anschlüsse für
die Rohrleitung 21, welche aus dem Kollektorkasten 7 entweder seitlich oder unten
oder in Kombination sowohl seitlich als auch unten herausführen, sind weiter unten
detailliert beschrieben.
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Die Kanäle 21 bilden mit einer Wärmeleitfläche 22 die Absorberschicht.
Die darunter befindliche Lage 23 besteht aus einem temperatur-, witterungs- und
voerrottungsbeständigen Mineralwerkstoff, der keine Volumenänderungen bei den üblichen
Temperaturänderungen erfährt. Unter der Lage 23 ist eine Lage 24 aus Polyurethan-Schaum
(PUR) angeordnet. Es handelt sich hierbei vorzugweise um eine geschlossenporigen
diffusionsdichten PUR-Schaum, der mit einem Inertgas getrieben wird. Dieser PUR-Schaum
hat eine Wärmeleitzahl bei 0,016 kcal/m grd h für eine mittlere Temperatur von 20°C.
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Beide Lagen 23, 24 sind von einer zweifachen, hochglänzenden Alumininikaschierung
umgeben, welche auch langwellige Strahlung sehr gut reflektiert.
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Die obere, die Kanäle 21 aufweisende Lage 20 ist lediglich am Rand
von einer entsprechenden Isolierschicht 25 umgeben, so daß die Kanäle 21 durch die
lichtdurchlässige Abdeckung 1 hindurch frei der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.
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Bei der Ausführung nach Figur 1 durchsetzen die Anschlüsse 30 für
die Zu- und Ableitung des Wärmeträgermediums (Wasser) für die Kanäle 21 einen Seitenrand
31.
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Der Aufbau des Anschlußes 30 ist aus der Schnittdarstellung in Figur
1 ersichtlich. An jedem Ende des Kanals 21 ist eine Muffe 32 mit Innengewinde befestigt,
z. B. angelötet. Mit dem Innengewinde der Muffe 32 ist ein mit Außengewinde versehener
Stutzen 33 verschraubt, der die Wandung der Hülle 40 durch ein Loch durchsetzt und
mit einem Bund 34 der ebenen Außenfläche dieser Wandung anliegt. Auf der ebenfalls
flachen Innenseite ist ein Dichtungsring 35 angeordnet, der durch eine plane Dichtfläche
36 gegen die Innenseite der Hülle 40 anpreßbar ist. Durch Anziehen der Mutter 37
des Stutzens 33 wird dieser fest gegen die Außenseite und die Muffe 32 fest gegen
die Innenseite der Hülle 40 gepreßt.
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Der Anschluß 30 weist außerdem noch die übliche, mit Innengewinde
versehene Kupplungsmutter 38 für ein nicht gezeigtes Rohrstück einer äußeren Rohrleitung
auf.
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Figur 3 zeigt eine Alternative, bei welcher der Kanal 21 über einen
Rohrkrümmer 41 mit einem die Innenfläche des Sonnenkollektors durchsetzenden Anschluß
42 verbunden ist.
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Der Rohrkrümmer 41 ist mit seinem freien Ende fest in die Bohrung
43 eines Stutzens 44 eingesetzt, der Außengewinde hat. Der Stutzen 44 hat auf der
Innenseite der Wand der Hülle 40 einen Ringfanach 45, der zwischen sich und der
Innenwand der Hülle 40 eine Dichtung 46 aufnimmt. Das Gewindeteil des Stutzens 44
ragt durch eh Loch in der Hülle 40 nach außen und ist dort mit dem Innengewinde
einer Muffe 47 verschraubt, die an ihrem äußeren Ende eine Kupplungsmutter 48 für
ein nicht gezeigtes Xußeres Rohrleitungsstück trägt.
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Die Muffe 47 hat eine plane Dichtfläche 49, mit welcher sie eine Dichtung
50 gegen die Außenseite der Hülle 40 klemmt.
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Durch Verschrauben der Muffe 47 mit dem Stutzen 44 werden die beiden
Dichtungen 46, 50 gegen die Innenwand bzw. die Außenwand der Hülle gegeneinander
gedrückt.
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Es ist ersichtlich, daß die den Seitenrand 31 des Sonnenkollektors
durchsetzenden Anschlüsse 30 durch Anschlüsse 42 nach Figur 3 ersetzt werden können
und umgekehrt. Je nach Platzgründen oder aus Gründen der Verlegung der äußeren nicht
gezeigten Leitungen können beide Anschlüsse den Boden 16 des Kollektorkastens 7
durchsetzen, oder es kann ein Anschluß den Seitenrand 31 durchsetzen, wie der gezeigte
Anschluß 30, und der andere Anschluß kann durch den Boden 16 geführt sein, wie der
Anschluß 42.
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Der gezeigte Sonnenkollektor kann zusätzlich noch eine Einlage mit
einer Füllung aus hygroskopischem Material aufweisen, wie die bei 60 in Figur 2
gezeigt ist. Die Einlage besteht aus einem länglichen Kanal 612 der durch einen
mit Bohrungen 62 versehenen Deckel 63 abgedeckt ist. In dem so gebildeten Raum ist
die Füllung aus hygroskopischem Material untergebracht. Dieses Material gleicht
die mit der Temperatur variierende Feuchtigkeitsaufnahme der Luft durch Aufnahme
oder Abgabe von Feuchtigkeit aus. Hierdurch wird Kondenswasserbildung an den Jeweils
kalten Seiten des Kollektors verhindert.
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Figur 4 zeigt eine z. B. auf einem Dach montierte Kollektorgruppe
mit zwei Reihen von Sonnenkollektoren, die wie anhand der Figuren 1 und 2 erläutert
ausgebildet sind. Typische Abmessungen eines ausgeführten Sonnenkollektors sind
dabei eine Länge von aoo ca, eine Breite von 130 cm und eine Stärke von 8 cm. Die
einzelnen Sonnenkollektoren stoßen fugenlos aneinander, was dadurch möglich ist,
daß die Anschlüsse 30 jeweils nur an einem einzigen freien Seitenrand 31 Jedes Kollektors
angeordnet sind. Sollen eine oder mehrere Zwischenreihen von Sonnenkollektoren zusätzlich
vorgegehen werden, so müssen di Anschlüsse Jeweils duroh die Böden 16 geführt werden,
damit ein fugenloser Aneinanderlegen auch in den Zwischenreihen möglich ist.