DE2755555C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, der gleichzei­ tig als Dachhaut oder Außenhaut eines Bauwerkes dient, mit einem aus in einer Richtung profilierten Metallble­ chen gebildeten Absorber, dessen Metallbleche zwischen sich einen Hohlraum für einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger bilden, und welche auf der Einstrahlungsseite mit einer Sonnenenergie absorbierenden Schicht und auf der anderen Seite mit einer Wärmeisolation versehen sind.

Die Bezeichnung "Sonnenkollektor" trifft auch für einen Kollektor mit profilierter Oberfläche oder mit gebogener Oberfläche zu. Er unterscheidet sich von anderen Kollekto­ ren für Sonnenenergie dadurch, daß er die Sonnenstrahlung nicht konzentriert, sondern lediglich absorbiert.

Es sind Sonnenkollektoren zur Heizung von Gebäuden bekannt, welche den sogenannten Treibhauseffekt verwenden. Auf der Sonnenseite eines Kastens befinden sich hierbei eine oder mehrere Glastafeln mit Luftzwischenraum. Im Kasteninneren sind schwarz gefärbte Rohrschlangen oder Kollektorbleche angeordnet. Die der Sonnenseite abgewandte Seite des Kastens ist wärmeisoliert. Mit dem Ausdruck "Sonnenseite" ist die­ jenige Fläche des Sonnenkollektors bezeichnet, die beim Sonnenschein der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist.

Derartige bekannte Anordnungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß

• a) glasgedeckte Sonnenkollektoren einen erheblichen An­ teil der Sonnenstrahlen reflektieren, und zwar bei rechtwinkligem Auftreffen der Sonnenstrahlen auf die Kollektorfläche etwa 10% je Glastafel und bei schrägem Auftreffen, z. B. bei Morgen- und Abendsonne, bis über 75%;
• b) die Glastafeln durch den beim Durchbrechen der Schall­ mauer von Überschallflugzeugen entstehenden Knall zerstört werden können, sowie auch durch Steinwurf und Hagelschlag;
• c) einem großen Teil des Publikums verglaste Sonnenkollek­ toren unschön und das Landschaftsbild verunstaltend erscheinen.

In unseren Breitengraden werden Sonnenkollektoren nach Süden orientiert, auf der südlichen Halbkugel der Erde nach Norden orientiert und in den Äquatorialgegenden hori­ zontal angeordnet. Sie werden nicht dem Sonnenstande nach­ geführt. Leistungsmessungen werden meist unzweckmäßig an­ geordnet: Es werden hierbei nur die Leistungswerte bei günstigem Sonnenstand, also um die Mittagszeit, angeführt. Für die Praxis maßgebend sind jedoch die Kollektorleistun­ gen während eines ganzen Sonnentages, d. h., die Summe der Sonnenkollektorleistung von Sonnenaufgang bis zum Sonnen­ untergang. Es ist nicht erstaunlich, daß hierbei die Leistung des Sonnenkollektors nur 26% bis ca. 50% erreicht.

Es sind auch Sonnenkollektoren aus Wellblech bekannt, wel­ che aus zusammengefügten Wellblechbahnen, ähnlich einem gewöhnlichen Wellblechdach bestehen. Das Wellblech ist hierbei für eine Absorbierung der Sonnenstrahlen schwarz gestrichen. Darüber sind Glastafeln mit einigen Zentimetern Abstand angeordnet. Die Glastafeln und die zwischen Glas und Blech eingeschlossene Luft bewirken einen sogenannten Glashauseffekt. Von oben her rieselt zu erwärmendes Wasser darüber. Derartige Sonnenkollektoren funktionieren durch­ aus, haben aber noch beträchtliche Nachteile, welche darin bestehen, daß bei Sonnenschein das über das Wellblech rieseln­ de Wasser teilweise verdunstet und dadurch eine hohe Luft­ feuchtigkeit im Zwischenraum zwischen dem Blech und dem Glas verursacht. Infolge des kühleren Glases schlägt sich diese hohe Luftfeuchtigkeit aber an der Glas-Innenseite nieder und behindert die Sonneneinstrahlung.

Es ist des weiteren nachteilig, daß hierbei die hohe Luft­ feuchtigkeit eine Korrosion begünstigt und dadurch die Le­ bensdauer des Sonnenkollektors vermindert; auch ist die für das Verdunsten erforderliche Energie beträchtlich, wobei diese Energie verloren geht; des weiteren ist es nachteilig, daß das über das Wellblech rieselnde Wasser als ganz schmales Rinnsal ausschließlich in der Tiefe der Wellentäler hinabläuft, wodurch sich eine relativ schlech­ te Wärmeübertragung vom Wellblech auf das Wasser ergibt, weil die Berührungsfläche klein ist.

Sollte ein solcher bekannter, mit Wellblech gedeckter Son­ nenkollektor vertikal angeordnet werden und an einer Fassa­ de verwendet werden, dann ist der Kontakt zwischen dem Wasser und dem Blech nicht mehr gewährleistet, und dadurch der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors herabgesetzt.

Bei glasgedeckten Sonnenkollektoren ist es auch nachtei­ lig, daß die Licht- und Wärmereflexion der Glastafeln für Gartenbewohner oder für Straßenbenutzer außerordentlich störend sein kann.

Es ist auch ein Sonnenkollektor bekannt (s. DE-OS 22 45 153), der eine Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe von Wärme be­ trifft, bei der eine großflächige, zur Aufnahme von Son­ nenenergie wirksame, als Sonnenkollektor gestaltete, vakuumdichte als Dachhaut dienende, einstückig gestalte­ te doppelwandige Platte verwendet wird, die einen aus zwei Metallblechwänden bestehenden Absorber mit einem zwischen den Wänden desselben angeordneten Zwischenhohlraum für einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger bildet, wobei die auf der Sonneneinstrahlungsseite befindliche Metall­ blechwand mit einer, Sonnenenergie absorbierenden Schicht und die andere mit einer Isolation versehen sind.

Diese bekannte Vorrichtung, bei der sowohl die der Sonnen­ einstrahlungsseite zugewandte obere Metallwand als auch die untere Metallwand eine zusammenhängend gestaltete ein­ stückige Platte bilden, weist den Nachteil auf, daß die Herstellung und Montage derselben sehr kompliziert und äußerst kostenaufwendig ist, da mehrere besondere Formen bzw. Gesenke für die Herstellung der komplizierten vakuum­ dichten einstückigen Platte erforderlich sind.

Es ist des weiteren auch nachteilig, daß bei dieser bekann­ ten Anordnung, bei der die den Absorber bildende Platte mit Laschen auf der das Dach bildenden Metallunterlage starr befestigt wird, wegen Beschädigungen der Platte durch Wärme­ dehnungen technisch gar nicht durchführbar ist. Werden die Metallblechwände mit Laschen starr befestigt, so zerreißen die Metallbleche, da die Temperatur Längendehnungen bei 8 m Profillänge bzw. Dachlänge bei 60°C Temperaturschwan­ kungen 11,5 mm betragen. Diese Längendehnung kann bei Son­ nenschein innerhalb von 4 Min. erfolgen und die Schrump­ fung in weniger als 4 Min. Der Baukörper folgt diesen Be­ wegungen jedoch nicht gleich schnell.

Grundsätzlich ist darauf hinzuweisen, daß Sonnenkollek­ toren (oft auch Wärmetauscher genannt), um in weitem Um­ fang wirtschaftlich anwendbar zu sein, in erster Linie in ihrer Herstellung und Montage billig sein müssen.

Das ist bei dieser bekannten Gestaltung nicht der Fall.

Es ist auch ein Sonnenkollektor bekannt (s. US 40 00 850), bei dem vorgefertigte, an einem Gebäudetrag­ gerüst befestigte Dachpaneele verwendet werden, deren Zwischenhohlräume von einem zirkulierenden Wärmeträger durchflossen sind, wobei die Dachpaneele über ihre ge­ samte Breite an einem Schlitz eines am Dachfirst des Traggerüstes befestigten Zuleitungsrohr angeschweißt sind, wobei an den Seiten der Profilbleche einander ähn­ liche Rippen vorgesehen sind, die sich in ihrer Größe unterscheiden, um satt anliegend übereinandergreifend miteinander verbunden zu werden.

Auch ist es nachteilig, daß bei dieser bekannten Vorrich­ tung die an den Seiten der Metallblechbahnen befindli­ chen Rippen jeder der zu verbindenden Profilblechbahnen verschieden hohe und verschieden breite, satt ineinander­ greifende Querschnittsformen aufweist, da die Rippen der jeweils miteinander zu verbindenden Profilblechbahnen, ungeachtet dessen, daß sie einander ähnlich sind, eine in Höhe und Breite abweichende, genau satt anliegende Querschnittsform aufweisen müssen, deren Herstellung kostenaufwendig ist.

Eine derartige bekannte Vorrichtung, bei der die den Son­ nenkollektor bildenden Dachpaneele über ihre ganze Brei­ te mit der tragenden Konstruktion des Gebäudes starr ver­ bunden bzw. verschweißt sind, weist den gleichen Nach­ teil bereits erwähnter bekannter Vorrichtungen auf, daß der Sonnenkollektor kompliziert und auf nur unwirt­ schaftliche Weise herstellbar ist, wobei die Paneeltei­ le des Sonnenkollektors bei Beschädigung nicht aus­ wechselbar sind.

Es sind auch aus dem Gebiet des allgemeinen Bauwesens Dächer aus Aluminium bekannt (s. DE-Z.: Architekt und In­ genieur, Mai 1969, Heft 5, Seiten 16-20), bei denen vor­ zugsweise vorgefertigte, aus Aluminium bestehende Bautei­ le für die Dachhaut verwendet werden, die an einer bau­ stellenseitig erstellte Unterkonstruktion aus Stahl be­ festigt werden. Hierbei wird in Beurteilungen derarti­ ger bekannter Dächer mit einer aus Aluminium bestehen­ den Außenhaut vor den Nachteilen gewarnt, die sich durch Temperaturdehnungen ergeben, die sich bei den ex­ trem hohen auftretenden Temperaturunterschieden der äuße­ ren Dachhaut in bezug zur Unterkonstruktion ergeben, wo­ bei die hohen Temperaturunterschiede einerseits auf einen verschieden großen Wärmedehnungskoeffizienten bei Aluminium in bezug zum Stahl und andererseits auf die Temperaturdifferenz zwischen Außenhaut und Unterkonstruk­ tion zurückzuführen sind.

Die Größe der hierbei auftretenden Temperaturdehnungen ergibt sich aus der Überlegung, daß bei Verwendung einer bituminierten Aluminiumdachhaut durch die erfolgende Sonneneinstrahlung eine Erwärmung bis auf 80°C auftritt, die bei Aluminium eine Längenänderung von 2,4 mm je lfm bewirkt, die sich über die ganze Dachfläche addierend, nicht ohne Schaden bleibt, weshalb eine wirksame Abstrah­ lungsschicht etwa in Form einer vorgeschlagenen aufzu­ bringenden Kiesdeckschicht empfohlen wird, da solche Temperaturspitzen von Metallbaufachleuten als ärgerli­ ches Hindernis empfunden werden.

Eine solche Kiesabdeckung ist jedoch bei Verwendung einer Metalldachhaut als Sonnenkollektor hinderlich, da hier ge­ rade die Erzielung einer hohen Temperatur auf der Sonnen­ einstrahlungsseite erwünscht ist.

Es sind auch in einem andersartigen Gebiet der Technik, und zwar auf dem Gebiet des allgemeinen Bauwesens verwen­ dete profilierte Stahlbleche für Dach und Wand bekannt (s. DE-Z.: "Deutsche Bauzeitung", April 66, Heft 4, S. 314 u. 316), bei denen die Rippen gleiche Querschnittsprofile aufweisen.

Derartige bekannte profilierte Stahlbleche für Dächer des allgemeinen Bauwesens betreffen jedoch nicht die Probleme von Sonnenkollektoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesser­ ten Sonnenkollektor, der gleichzeitig als Dachhaut dient, zu schaffen, dessen einzelne Teile auf einfachste und wirtschaftlich kostengünstige Weise herstellbar und mon­ tierbar sind, den Wirkungsgrad des Sonnenkollektors zu verbessern, sowie sich durch Temperaturdehnungen ergeben­ de Beschädigungen der Dachhaut zu vermeiden, die Lebens­ dauer des Sonnenkollektors durch leichte Auswechselbar­ keit evtl. beschädigter Teile zu verlängern und beson­ dere Stützhalterungen für den Kollektor zu erübrigen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei sich besonders vorteilhafte Gestaltungen durch die kennzeichnenden Merkmale der An­ sprüche 2 bis 14 ergeben.

Erfindungsgemäß ergibt sich der Vorteil, daß erstens die gesonderten, der Einstrahlungsseite zugewandten oberen und auch die gesonderten unteren Profilblechbahnen, wel­ che lediglich an ihren der Dachneigungsfläche folgenden Längsseiten mit einer Profilierung versehen sind, auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar und mon­ tierbar sind, wobei diese Profilblechbahnen, die durch nachgiebige Befestigungsmittel gehalten werden, ohne daß durch Erwärmungslängendehnungen bewirkte Beschädigungen in der Dachhaut auftreten können, wobei es auch vorteil­ haft ist, daß die erfindungsgemäße Gestaltung keinerlei Verschweißungen aufweist, daß beide, sowohl die der Ein­ strahlungsseite zugewandte odere Profilblechbahn, als auch die untere der Einstrahlungsseite abgewandte Profil­ blechbahn mit gleichem Querschnittprofil gefertigt sind und somit nur ein einziges Werkzeug erforderlich ist, wobei es auch vorteilhaft ist, daß erfindungsgemäß weder Schweiß- noch Lötverbindungen verwendet werden, die bei Aluminium besonders kostenaufwendig sind und wegen der auftretenden Wärmedehnungen unzuverlässig sind. Es ist hierbei auch vorteilhaft, daß für die Außenhaut verfüg­ bare vorgefertigte Profilblechbahnen gleicher Profilquer­ schnitte, insbesondere gleicher Profilquerschnitte an den seitlichen Befestigungs-Überlappungsstellen verwend­ bar sind, und durch die erfindungsgemäße Dichtungsart an diesen Überlappungsstellen abdichtend gestaltet werden können, ohne daß es erforderlich ist, hierfür besondere Überlappungsprofile zu verwenden. Es wird erfindungsge­ mäß ein dunkles Profilblech als bekannte und bewährte Dachhaut verwendet; darunter wird ein gleiches, mit glei­ chem Querschnittsprofil gestaltetes blankes Profilblech geschoben, wobei die Querschnittsprofile beider Profil­ bleche gleich sind. Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß nur ein einfaches Werkzeug notwendig ist, wobei nur das untere Profilblech Sicken aufweist. Da beide Profil­ bleche, das untere gleichzeitig mit dem oberen Profil­ blech mittels sich durch die Rippen erstreckende ver­ hältnismäßig langen biegungsnachgiebigen Schraubenbol­ zen am Dach angeschraubt sind, werden Wärmedehnungsspan­ nungen durch die Nachgiebigkeit der Schraubenbolzenver­ bindung behoben. Beide Profile sind im Handel billig zu haben. Die Kosten der zusätzlichen Unterbleche betragen ca. DM 20,-/m². Da das Verlegen und die Befestigung des unteren Profilbleches gleichzeitig mit dem oberen er­ folgt, betragen die Kosten für den "gesamten Sonnenkol­ lektor" praktisch kaum mehr als DM 20,-/m² in montier­ tem fertigen Zustand (zuzüglich der Zuleitungen, wie bei anderen Kollektoren auch). Da beide Profilbleche sich in Dachneigungsrichtung vom Giebel bis zur Regenrinne er­ strecken, entfallen Querverbindungen in diesen. Keiner der bekannten Sonnenkollektoren ist derart billig, da die billigsten bisher auf dem Markt befindlichen Sonnen­ kollektoren ca. DM 500,-/m² in montiertem Zustand kosten, also mehr als das 25fache als bei der anmeldungsgemäßen Gestaltung. Die anmeldungsgemäße Vorrichtung hat auch noch weitere Vorteile, die darin bestehen, daß keine Schweiß- und Lötstellen erforderlich sind, daß sie deh­ nungssicher, wetterfest und begehbar ist und keine Blen­ dung durch Glas aufweist und daß Rahmen und sonstige Halterungen entfallen.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Sonnenkollektor mit in Dachneigungsrich­ tung verlaufender Profilierung, im Längs­ schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen gemäß einem etwas anders gestalteten Aus­ führungsbeispiel angeordneten Sonnenkollektor im Schnitt nach der Linie II-II gemäß Fig. 1 im gering vergrößerten Maßstab;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Rippe mit einer Befesti­ gungseinrichtung für eine Abdeckung;

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Wellblech-Sonnenkollek­ tor;

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Wellblech-Sonnenkollektor­ blech;

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Profilblechbahn gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 einen Schnitt durch eine Profilblechbahn gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 ein anderes Ausführungsbeispiel für das Wasser­ einlaßrohr des Sonnenkollektors im Längsschnitt;

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Wasser­ einlaßrohr des Sonnenkollektors im Längsschnitt;

Fig. 11 die obere, mit aufgebogenen Enden gestaltete Profilblechbahn des Sonnenkollektors gemäß Fig. 10 in perspektivischer Ansicht;

Fig. 12 bis 15 Schnitte durch einen luftbetriebenen Sonnenkollektor, wobei Fig. 12 einen Schnitt durch das untere Ende des luftbetriebenen Sonnen­ kollektors darstellt, Fig. 13 den Sonnenkollek­ tor gemäß Fig. 12 im Längsschnitt durch den Be­ reich des Dachfirstes, Fig. 14 den luftbetriebe­ nen Sonnenkollektor gemäß Fig. 12 und 13 im Quer­ schnitt durch das seitliche Abschlußblech und Fig. 15 einen Querschnitt durch eine in Fig. 17 dargestellte Schikane zeigt;

Fig. 16 einen Schnitt durch ein mittels eines Gleit­ schuhs gestaltetes gleitendes Zwischenlager;

Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Luftführung mittels Schikanen.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den Sonnenkollektor 1, der als Dachhaut oder Außenhaut 2 dient. Der Sonnenkollektor 1 setzt sich aus den Profilblechen 3 und 4 zusammen, wel­ che mit geringem Abstand, z. B. 1 mm, übereinandermontiert sind. Das obere Profilblech 3 ist sonnenstrahlenab­ sorbierend behandelt und ist innen blank. Mit blank ist hier optisch blank, glänzend gemeint. Es kann also ein Aluminiumblech, walzblank oder poliert sein, oder auch ein verzinktes Stahlblech. Vorteilhaft ist es im letzteren Falle, die Zinkschicht mit einem Korrosionsschutz zu ver­ sehen, solange die Schicht noch frisch glänzend und noch nicht grau korridiert ist.

Das untere Profilblech 4 ist vorteilhafterweise aus demselben Material wie die obere Profilblechbahn herge­ stellt, um einer elektrolytischen Korrosion vorzubeugen.

Um die beiden Profilblechbahnen in zweckmäßigem Abstand voneinander zu halten, ist die eine Profilblechbahn mit Eindellungen 5 versehen, welche schon beim Walzen der Profilblechbahnen erzeugt werden können. Die Profilbleche 3 und 4 sind zusammen mittels Schrauben, Schieß­ bolzen oder anderen Befestigungsmitteln auf den Pfetten 6 befestigt. Dabei ist darauf zu achten, daß die Profil­ blechbahnen an dieser Stelle nicht aufeinandergepreßt werden, damit später das zwischen den Profilblechen fließende Wasser nicht austreten kann. Balken tragen die Pfetten 6.

Zwischen oder über den Pfetten ist eine Wärmeisolation 9 vorgesehen, welche gleichzeitig als Dachisolation dient.

Ein unüberdeckter Sonnenkollektor kann im Sommer in unse­ ren Breitengraden eine Leerlauftemperatur von 80°C errei­ chen. Mit Leerlauftemperatur wird ein Zustand des Son­ nenkollektors bezeichnet, bei dem sich die Sonnenein­ strahlung und die ungenützte Wärmeabgabe (Verluste) die Waage halten. Dieser Zustand kann beim Aufladen des Spei­ chers, bei Stromausfall usw. leicht eintreten. Der mit Glas gedeckte Sonnenkollektor hingegen kann sich bis zu 150°C erhitzen, und nachteiligen Dampfdruck erzeugen.

Der in Fig. 1 dargestellte Sonnenkollektor dient als Dachhaut oder Außenhaut 2. Hierbei verläuft die Profilierung in der der Dachneigung folgenden Richtung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß Fig. 1, wobei Fig. 2 das Profil des Querschnittsprofils der Profil­ bleche 3 und 4 darstellt. In den Fig. 1 und 2 ist wieder die Wärmeisolation 9 und eine Pfette 6 dargestellt. Man erkennt einen Stoß 18 der Profilblechbahnen, wobei Zwischenlager 19 vorgesehen sind, welche einerseits die Schraubenlöcher abdichten und andererseits den Abstand zwischen den Profilblechbahnen bestimmen. Die Zwischenla­ ger 19 werden mit Vorteil schon vor der Montage angelötet oder angeklebt, wobei diese Stellen auf dem Profilblech 3 markiert werden, um sie beim Bohren leichter auf­ zufinden. Die Profilblechbahnen sind in bekannter Weise durch Befestigungsmittel 20 wie Schrauben und Distanzhülsen 21 an den Pfetten 6 befestigt. Diese Befestigungsart ist wegen möglicher er­ heblicher Wärmedehnungen der Profilblechbahnen des Sonnen­ kollektors zweckmäßig.

In Fig. 2 ist mit strichpunktierten Linien über dem Profil­ blech 3 des Sonnenkollektors 1 als Isolation in Form einer Abdeckung noch ein transparentes Kunststoff-Profil dargestellt. Dabei ist dieselbe Querschnitts-Profilierungs­ form für Kunststoff und Blech wegen den auftretenden Wärme­ dehnungen vorteilhaft. Bei der Anwendung von flachen Tafeln muß dieser Wärmedehnung Rechnung getragen werden. Die Kunst­ stoff-Profilbahn kann auch umgekehrt (also anders als dar­ gestellt) befestigt sein, muß dann aber einen Zwischen­ raum von 2 bis 3 cm in bezug zur Profilblechbahn aufweisen. Um eine unerwünschte Luftzirkulation zwischen dem Profil­ blech 3 und dem Kunststoff zu verringern, kann eine Schikane eingesetzt werden. Der Luftzwischenraum kann auch mit entsprechenden Mehrkosten gegen Staub und Regen ganz abgedichtet sein. Für Dächer und Fassaden, welche besonders billig sein sollen, kann auch das untere Profilblech 4 fortgelassen werden. In diesem Falle gibt man dem Iso­ lationsmaterial 9 ebenfalls die Profilform des Bleches und belegt es mit einer dünnen Aluminiumfolie. Auch hier muß ein geringer Zwischenraum zwischen dem Profilblech 3 des Sonnenkollektors und der für die Wasserführung vorgesehenen Folie angeordnet sein. Diese Ausführungsart kann besonders für kleinere Kollektoren günstig sein.

Es genügt, wenn das zu erwärmende Wasser nur die aus Fig. 2 ersichtliche Profiltiefe zwischen den Stegen ausfüllt, es braucht nicht auch noch in die schmalen Stege geführt zu werden. Es hat sich gezeigt, daß diese Stege ihre Wärme infolge der Wärmeleitfähigkeit von Metall ans Wasser trotz­ dem weiterleiten.

Im Gegensatz zu einem glasgedeckten Sonnenkollektordach ist der vorgeschlagene Sonnenkollektor begehbar.

Der vorgeschlagene Sonnenkollektor ist wirtschaftlich, da er nur die zusätzliche untere Profilblechbahn zur ohnehin notwendigen Dachdeckung und etwas mehr Befestigungsmaterial erfordert. Die Mehrkosten für den vorgeschlagenen Sonnenkollektor sind somit unbeträcht­ lich, während die Wärmeleistung bei relativ niedrigen Wassertemperaturen höher liegt als bei den bekannten Son­ nenkollektoren.

Fig. 3 zeigt einen (quer zu den Rippen) verlaufenden Quer­ schnitt durch den Sonnenkollektor 1. Hier ist wiederum das obere Profilblech 3 und mit Abstand darunter das untere Profilblech 4 zu erkennen. Abstandhalter verschiedener Art können diese Bleche in vorbestimmtem Abstand, z. B. 1 mm, halten. Diese Figuren zeigen somit auch im Querschnitt eine Stoßstelle oder Überlappung der Rippen 31, 32 der Pro­ filbleche 3 und 4 bzw. 3′ und 4′. Die Rippen (13′, 14′) weisen an den seitlichen überlappenden Stößen gleiche Querschnittsprofile auf. Die Wärmeisolation 9 aus Schaumstoff, Glasfasern oder Steinwolle ruht hier auf der Pfette 6. Auf die Wärmeisolationsschicht sind die Profilblechbahnen aufgesetzt. Die Rippen 31, 32 lie­ gen direkt aufeinander und dichten dadurch genügend ab. Um nun das obere Profilblech 3 des Sonnenkollektors 1 in vorbestimmtem Abstand von dem unteren Profilblech 4 zu halten, ist das untere Profilblech mit Sicken 33 versehen. Diese werden vorteilhaft gleich beim Walzen der Profilblechbahnen hergestellt und ragen in diesem Ausführungsbeispiel ca. 1 mm über die Oberfläche des Profils der Profilblechbahnen hinaus. Eine beson­ ders vorteilhafte Querschnittsform der Profilblechbah­ nen ist in Fig. 7, 8 dargestellt. Die Rippen 31 und 32 die­ nen einerseits einer Längsversteifung der Profilblech­ bahnen und andererseits der Regenwasser-Abdichtung der einzelnen Profilblechbahnen gegeneinander. Im weiteren sichern sie eine gleichmäßige Verteilung des zu erwär­ menden Wassers im Sonnenkollektor. Die Wirkungsweise ist folgende:

Ein zu erwärmender Wärmeträger (Wasser, Öl) fließt zwi­ schen den Profilblechen 3 und 4 von oben nach unten. Dabei fließt es, größtenteils beide Bleche berührend, in den "flachen" Teilen der Profilblechbahnen, d. h. zwi­ schen den Rippen. Es braucht nicht in den Rippen selbst zu fließen, denn die Wärmeleitfähigkeit des Metalls überträgt die Wärme der Profilblechbahnen trotzdem auf den Wärmeträger, welcher am Rande der Rippen fließt. Ein (nicht dargestelltes) Thermoelement meldet, wenn die Profilblechbahn des Sonnenkollektors warm ist und steuert entsprechend die Wärmeträgerzufuhr durch eine Pumpe. Bei kaltem Sonnenkollektor ist dieser wasserleer.

Selbst wenn die Steuerung versagen sollte, könnte ent­ stehendes Eis infolge der Anordnung der leicht elasti­ schen Profilblechbahnen des Sonnenkollektors keinen Schaden verursachen. Der Sonnenkollektor bildet ferner ein Doppeldach. Bei Schneeschmelze kann ggf. auf dem Dach ein Schneewall liegenbleiben, der das Wasser staut. Dieses kann an den Stoßstellen der Profilblechbahnen eindringen, von wo es aber auf der unteren Profilblech­ bahn, welche trocken ist, ablaufen kann, ohne Schaden anzurichten.

Fig. 5 und 6 zeigen das Prinzip eines Sonnenkollek­ tors 1 aus Wellblech und Glasabdeckung. Der große Nach­ teil besteht darin, daß der Wirkungsgrad gering ist zu­ folge hoher Verdunstungsrate des Wassers, schlechter Wärmeübertragung vom Blech auf das Wasser und hoher Luftfeuchtigkeit, welche sich auf der Glas-Unterseite lichtbehindernd niederschlägt. Diese ist auch nachteilig für das Bauwerk und wegen Eisbildung im Winter.

Fig. 7 und 8 zeigen besonders vorteilhafte Querschnitts­ formen der Profilblechbahnen. Solche Profilbleche wer­ den auch Trapezbleche genannt.

Fig. 7 und 8 zeigen nun den vorteilhaften Kompromiß zwischen den an ein Sonnenkollektordach zu stellenden An­ forderungen. Profilblechbahnen besonderer Querschnitts­ formen ermöglichen den Bau von Sonnenkollektoren, wel­ che für gute Absorption genügend flach sind, welche eine kostengünstige Gestaltung des den Unterbau bildenden Tei­ les erlauben, die äußerst billig zu montieren sind, de­ ren Wärmedehnungen nicht Schaden anrichten, die regen- und schneedicht sind und in ihrer Gesamtheit sehr gün­ stige Gestehungskosten aufweisen. Die Verhältniszahlen von Rippenfluß/Rippenkopf/Rippenhöhe zum Rippenabstand sind ca. 45/25/25/212.

Fig. 8 zeigt die untere Profilblechbahn, welche mit zu­ sätzlichen Sicken 33 versehen ist. Je nach der Spannweite und je nach der zu erwartenden Schneelast sind Blech­ dicken von 0,8, 0,9 und 1 mm, und je nach Verwendung von verzinktem Blech oder Aluminium zweckmäßig.

Der Ausdruck "gleiche, der Abdichtung dienende Querschnittsprofile" (Anspruch 1) ist so zu verstehen, daß die Rippen 13′, 14′ gleich sind oder einander so ähnlich, daß sie gegen Regenwasser und/oder Wärmeträger-Flüssigkeit dichten.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Gestaltung des Ein­ laßrohres für den Wärmeträger ist in Fig. 9 dargestellt. Das Wassereinlaßrohr 36 wird durch Verwendung von trapez­ förmigen Profilblechen gestaltet, wobei das Wasserein­ laßrohr 36 ein unten einseitig perforiertes Spiralrohr ist, welches zwischen der oberen und unteren Profil­ blechbahn eingeklemmt wird und sich der Querschnitts­ form des Profiles anschmiegt. Dabei heben sich die Pro­ filblechbahnen an den Enden etwa um den Betrag des Rohrdurchmessers voneinander ab.

Insbesondere bei aus Aluminiumblech bestehenden Sonnenkollektoren kann die Gestaltung des Wassereinlaßrohres 36 noch weiter ver­ bessert werden. In Fig. 10 und 11 ist ein Ausführungs­ beispiel mit einem oberen Profilblech 3 und einem unteren Profilblech 4 dargestellt, wobei die Blech­ enden zwischen den Rippen aufgestellt sind. Dies wird in bekannter Weise mit einem Spezialwerkzeug bewerkstelligt. Das obere Profilblechende 3 (Fig. 10) ist etwas vom Blechende des unteren Profilbleches 4 zurückgezogen. Auf das letztere ist ein nach unten perforiertes Wasser­ einlaßrohr 7 aufgelegt und befestigt. Anstelle eines runden Rohrquerschnittes kann auch, wie dargestellt, ein flacher Querschnitt gewählt werden, wodurch eine flache­ re Firstabdeckung ermöglicht wird. Fig. 11 zeigt die Aufbiegung der oberen Enden der Profilbleche 3, 4 in perspektivischer Ansicht. Die Profilbleche 3 und 4 brauchen auf diese Weise nicht mehr Abstand voneinander zu haben, als Wasser durch den Zwischenraum fließen kann. Der Wassereinlauf ist hierbei trichterartig ge­ staltet. Filler-Blöcke 38 bekannter Art sind zwischen den oberen Profilblechbahnen und dem Firstblech angeord­ net, um das Eindringen von Fremdkörpern zu verhindern. Insbesondere bei weniger geneigten Dächern ist dieser trichterartige Einlauf vorteilhaft. Um eine Korrosion zu verhindern, sind sich Fachleute darüber einig, daß Blechdächer oder Blechfassaden, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, aus Stahlblechprofilen St. 37, beiderseitig 400 gr/m² sendzimier-verzinkt (auch band­ verzinkt genannt), band- oder nachbeschichtet, in durch­ schnittlichen Witterungsverhältnissen 30 Jahre oder mehr Lebensdauer erwarten lassen. Dasselbe trifft für be­ schichtete Aluminiumbleche zu. Diese Erfahrungswerte können etwa auch auf den erfindungsgemäßen Sonnenkollek­ tor bezogen werden. Dieser Sonnenkollektor wird als sogenanntes "offenes System" betrieben. Das heißt, daß der umlaufende Wärmeträger mit der Luft Kontakt hat und damit auch mit Sauerstoff. Dieser Umstand könnte zu erhöhter Korrosion zwischen den Profilblechbahnen füh­ ren. Wohl halten Gewächshäuser trotz höchster Luft­ feuchtigkeit jahrzehntelang; der Fachmann trachtet den­ noch danach, die Korrosion so gering wie möglich zu halten. Es wird deshalb vorgeschlagen, bei Verwendung von Wasser als Wärmeträger diesem Wasser Korrosions­ inhibitoren zuzufügen. Solche sind z. B. Äthylen-Glykol- Mischungen oder Korrosionsschutzmittel auf der Basis von Natriumbenzoat, das in Wasser und Glykol gut lös­ lich ist.

Anstelle von Wasser kann auch Mineralöl mit hoher Vis­ kosität, z. B. 30 bis 50, verwendet werden. Öl hat eben­ falls einen korrosionshindernden Einfluß und gefriert im Winter nicht.

Die Fig. 12 bis 14 zeigen ein weiteres Ausführungsbei­ spiel. Wird Luft als Wärmeträger verwendet, so können Befürchtungen wegen vorzeitiger Innenkorrosion ganz ent­ fallen. In diesem Falle wird eine etwas andere Bauart des Sonnenkollektors vorgeschlagen:

Im Prinzip ist der Sonnenkollektor gleich gebaut, wie gemäß Fig. 1 und 2, jedoch beträgt der Abstand zwischen dem oberen Profilblech 3 und dem unteren Profil­ blech 4 5 bis 20 cm statt bloß 1 mm.

Gemäß Fig. 14 ist auf einer Pfette 40 ein unteres Profil­ blech 4 mit dem in Fig. 7 dargestellten Querschnitts­ profil aufgelegt und in einem Abstand von 5 cm darüber ein gleiches oberes Profilblech 3. Dazwischen sind in den Pfettenabständen entsprechenden Abständen Vierkant­ rohre 41, z. B. solche von 25/25 eingefügt. Die Profilbleche 3 und 4 (und die Vierkantrohre 41) sind zusammen durch die Stege hindurch mittels Schrauben 42 auf die Pfet­ ten 40 geschraubt. Vorteilhafterweise werden dabei die Vier­ kantrohre 41 nicht durchbohrt. Zwischen den Pfetten oder darüber ist eine Wärmeisolation 43 an die untere Profil­ blechbahn geklebt. Stöße der Profilblechbahnen können mit dauerelastischem Kleber oder mit Polymeren (Epoxy, PU) gedichtet werden.

Fig. 12 zeigt das untere Ende eines mit Luft betriebenen Sonnenkollektors im Längsschnitt. Hier sind die Pfetten 40 mit der dazwischen angeordneten Wärmeisolation 43 zu erken­ nen. Auf den Pfetten 40 liegt das untere Profilblech 4 auf und im Abstand davon das obere Profilblech 3. Da­ zwischen halten Vierkantrohre 41 den Abstand. Diese sind gleich neben den Schrauben 42 angeordnet. Am unteren Ende des oberen Profilbleches 3 ist der Zu- und Abluftkanal 46, 47 angeordnet. Dieser ist mittels eines Fillerblockes 55 gegen die Außenluft abgedichtet. Regenwas­ ser kann über das obere Profilblech 4 und den Regen­ kanal 56 ablaufen.

Fig. 13 zeigt einen Längsschnitt des Sonnenkollektors gemäß Fig. 12 im Bereich des Dachfirstes. Der Luftaustritt zwi­ schen den Profilblechen 3 und 4 am oberen Ende wird durch einen dazwischengepreßten Schaumstoffblock 57 verhin­ dert. Es ist auch ein Fillerblock 55 gegen unerwünschtes Eindringen von Fremdkörpern vorgesehen. Ein Haltestreifen für den Fillerblock 55 dient gleichzeitig zum Einrasten des Firstbleches. Fig. 15 zeigt einen Querschnitt durch die Schikanen 50, 51 und 52.

Normalerweise haben die Profilbleche 3 und 4 genügend Bewegungsfreiheit, um Wärmedehnungen aufzunehmen. Auch kann sich beim Sonnenkollektor für Luft das Profilblech 3 gegenüber dem Profilblech 4 verschieben und dehnen. Sind die Profilblechbahnen aber lang, z. B. über 8 m, so kann es zweckmäßig sein, die Profilblechbahnen teilweise auf einem als gleitendes Zwischenlager 60 dienenden Gleitschuh zu befestigen. In Fig. 16 ist das Zwischen­ lager 60 in Form eines Gleitschuhes im Schnitt darge­ stellt. Das Zwischenlager besteht aus einem Kunststof­ fuß 45 und aus einem in Form eines Gleitschuhes gestal­ teten im Kunststoffuß gleitbar gelagerten Aluminium­ kopf 44. Die Höhe dieses Gleitschuhes ist etwa 4 cm und die Länge 8 cm. Sie werden über etwa zwei Drittel der Länge der Profilblechbahnen zwischen der Profilblech­ bahn und der Pfette angeordnet.

Sind die Profilbleche 3 und 4 lang, so kann es zweck­ mäßig sein, anstelle der Vierkantrohre 41 Rohre 41′ (Fig. 13) mit rundem Querschnitt zu verwenden. Das er­ möglicht in gewissen Grenzen eine Wärmedehnung der obe­ ren Profilblechbahn, welche von der Wärmedehnung der unteren Profilblechbahn unterschiedlich groß ist.

In Fig. 15 ist ein Querschnitt durch eine Schikane 50 bzw. 51 bzw. 52 gezeigt. Der Zweck solcher Schikanen ist in Fig. 17 näher erläutert.

Fig. 17 zeigt einen Sonnenkollektor gemäß den Fig. 12 bis 14 in kleinem Maßstab in schematischer Darstellung in Ansicht von oben.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Ein Ventilator 48 (Fig. 17) drückt Luft vom Speicher oder von Wohnräumen in den Zuluftkanal 46, von wo diese im Sonnenkollektor, den Pfeilen folgend, aufsteigt. Beim Abschluß 47′ ist der Zuluftkanal 46 vom Abluftkanal 47 abgeschlossen.

Die durch als Leitbleche gestaltete Schikanen 50, 51, 52 geführte Luft erwärmt sich bei Sonnenschein und fließt bei weiterer Erwärmung an der Schikane 52 vorbei in den Abluftkanal 47, von wo sie durch einen weiteren Venti­ lator 49 wieder dem Speicher zugeführt wird.

Diese Anordnung spart Luftkanäle und ermöglicht es, den Sonnenkollektor mit zwei Ventilatoren mit niedrigem Druck zu betreiben. Niederer Druck ist einerseits energietech­ nisch vorteilhaft und andererseits sind die Dichtungen am Kollektor dann einfacher und billiger zu erstellen.

Der vorstehend beschriebene Sonnenkollektor kann im Som­ mer Temperaturen bis zu 80°C erreichen. Da im Winter die Temperatur selten über 50°C steigt, kann es wünschenswert sein, höhere Temperaturen zu erreichen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, eine transparente Abdeckung anzu­ bringen. Fig. 4 zeigt im Schnitt die Befestigung der transparenten Kunststoffabdeckung 61 über verstellbare Zwischenla­ ger 68 am Sonnenkollektor. Es sind Profilbleche 3 und 4 am Sonnenkollektor zu erkennen. Eine Schraube 64 durchdringt eine Unterlagscheibe 63 und eine als ver­ schiebbares Zwischenlager 68 dienende Blechscheibe 65, sowie ein kurzes Rohrstück 62. Das Rohrstück ist um ein geringes länger als die Dicke der als verschiebbares Zwischenlager 68 dienende Blechscheibe 65. Bei angezoge­ ner Schraube bleibt die Blechscheibe 65, welche einen Schlitz 67 aufweist, in der Richtung der Rippenachse leicht verschiebbar. Auf mehreren als verschiebbare Zwischenlager 68 wirkenden Blechscheiben 65 ist die transpa­ rente Kunststoffabdeckung 61 aus glasfaserverstärktem Kunststoff mittels selbstschneidenden Schrauben 66 befestigt. Bei Wärmedehnungen kann sich die Blechscheibe 65 gegenüber dem Sonnenkollektor verschieben.

Claims (14)

1. Sonnenkollektor, der gleichzeitig als Dachhaut oder Außenhaut eines Bauwerks dient, mit einem aus in einer Richtung profilierten Metallblechen gebildeten Absorber, dessen Metallbleche zwischen sich einen Hohlraum für einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger bilden und welche auf der Einstrahlungsseite mit einer Sonnen­ energie absorbierenden Schicht und auf der anderen Sei­ te mit einer Wärmeisolation versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die der Einstrahlungsseite zugewandten, als auch die dieser abgewandten Profilbleche (3; 4) für sich gesonderte, zur Aufnahme von Wärmedehnungen mindestens teilweise bewegliche, sich über die gesamte Dachneigungs­ länge erstreckende Profilblechbahnen bilden, deren Rip­ pen (13′, 14′) an den seitlichen überlappenden Stößen (18) gleiche, der Abdichtung dienende Querschnittsprofile aufweisen.

2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Profilblechbahnen, bei Überlängen derselben von über 8 m, auf gleitenden Zwischenlagern (60) gelagert sind.

3. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Verwendung eines flüssigen Wärmeträ­ gers die Länge der Profilblechbahnen jeweils ein Mehr­ faches der Breite derselben ist und die Profilbleche (3; 4) im Bereich des Hohlraums einen gegenseitigen Ab­ stand von weniger als 4 mm aufweisen.

4. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilblechbahnen diese durchdringende Befestigungsmittel (20) für die Befesti­ gung der Profilblechbahnen am Baukörper aufweisen.

5. Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er aus Profilblechen (3; 4) zusammenge­ setzt ist, die in Abständen angeordnete Rippen (4′′) mit dazwischenliegenden Flächen (4′′′) aufweisen.

6. Sonnenkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Größe und die Abstände der Rippen (4′′) in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, näm­ lich Rippenfuß/Rippenkopf/Rippenhöhe/Rippenabstand = 45/25/25/212, wobei Toleranzen ±10% zulässig sind.

7. Sonnenkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem der Profilbleche (3; 4) kleine Noppen oder Sicken (33) als Abstandshalter für das unte­ re Profilblech (4) von dem oberen Profilblech (3) vor­ gesehen sind.

8. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf für den Wärmeträger aus einem perforierten Spiralrohr be­ steht, welches leicht biegbar aber schwer zusammendrück­ bar ist.

9. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger ein wenig korrodierendes Mittel wie Öl ist.

10. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger korrosionshindernde Zusätze enthält.

11. Sonnenkollektor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den Profilble­ chen (3; 4) eine transparente profilierte Kunststoffab­ deckung (61) angeordnet ist.

12. Sonnenkollektor nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kunststoffabdeckung (61) an den Profil­ blechen (3; 4) über verschiebbare Zwischenlager (68) be­ festigt ist, die eine Verschiebung der Kunststoffabdeckung (61) infolge von Wärmedehnung gegenüber den Profilblechen (3; 4) zulassen.

13. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Verwendung eines gasförmigen Wärmeträ­ gers, wie Luft, der Abstand zwischen dem unteren Profilblech (4) und dem oberen Profilblech (3) 1 bis 20 cm beträgt und der Hohlraum gegen Außenluft abgeschlossen und an Zu- und Abluftkanäle (46; 47) angeschlossen ist.

14. Sonnenkollektor nach Anspruch 1 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zu- oder Abluftkanäle (46; 47) an einer Seite des Sonnenkollektors (1) angeordnet sind und daß der Hohlraum in mindestens zwei Kammern durch mindestens eine Schikane (50, 51, 52) zur Führung des gasförmigen Wärmeträ­ gers unterteilt ist.