DE2830745A1

DE2830745A1 - Verwendung von sonnenschutzlamellen zur sonnenenergiegewinnung

Info

Publication number: DE2830745A1
Application number: DE19782830745
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Koester
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-13
Filing date: 1978-07-13
Publication date: 1980-01-24

Description

Die Erfindung betrifft Maßnahmen zur Gewinnung von elektro= magnetischer Strahlungsenergie, insbesondere Sonnen- oder Wärmestrahlung hinter lichtdurchlässigen Elementen von Bau= lichkeiten mit Hilfe von Sonnenschutzlamellen.
Es sind kombinierte Sonnenschutz- und Energiegewinnungssysteme entwickelt worden. Diese sehen vor, daß die Sonnenschutzla= mellen von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden und die Wärmeenergie an ein S peicher und/oder Verbrauchersystem ab= führen. Der Nachteil solcher Systeme sind flexible Anschlüsse für die drehbare Lagerung der Lamellen und den Aufwand an Harz, ware, der für den Transport und die Speicherung des Wärmeträ= germediums und die Vorrichtungen für die Wärmeabgabe an die Raumluft erforderliah sind. Durch die starre Verbindung der Lamellen mit Vor- und Rücklaufleitungen, sind diese von der Fensteröffnung nicht zu entfernen. Der Einsatz derartiger An lagen ist daher im Wohn- und Verwaltungsbau sehr beschränkt.
Sofern die Sonnenenergie zur Erwärmung von Raumluft ausge= nutzt wird, sind spezielle Luftkollektoren erforderlich, die auf Dächern angeordnet werden und über ein Luftkanalsystem mit Innenräumen in Verbindung stehen. Die Luft zirkulation wird durch ein Gebläse bewirkt. Derartige Systeme sind unwirtschaft= lich, da die Anlagekosten für Kollektoren, Kanalsystem und Ge= bläse zu hoch sind, Bei nachträglichem Einbau derartiger An= lagen sind umfangreiche Umbauarbeiten erforderlich.
Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, die Son= nenenergie mit minimalem Aufwand an Hardware für Hei zzwecke zu gewinnen und so zu gestalten, daß die Einrichtung insbeson= dere für den nachträglichen Einbau geeignet ist und gleicht zeitig Sonnenschutz und Wärmeenergieabstrahlungsschutz für den Innenraum, also eine Energiespar- und Energiegewinnungs= maßnahme darstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sonnenschutzlamellen einseitig strahlungsenergieabsorbierend u nd einseitig licht- und wärmestrahlungsenergiereflektierend ausgebildet sind.
Die licht- und/oder wärmestrahlungsenergiereflektierende Ausbildung ist eine helle, vorteilhafterweise jedoch eine se= lektive Beschichtung bzw. ein Spiegel für sichtbares Licht und/oder Infrarotstrahlung. Die strahlungsreflektierende Aus bildung besteht in einem Anstrich, einer Beschichtung oder in einem Aufziehen reflektierender Folien. Die strahlungs= absorbierende Ausbildung besteht in einer schwarzen Beschich tung, an die keine besonderen Anforderungen zu stellen sind, da die absorbierte Energie durch hEission und Wärmeübergang bzw. Konvektionsströmungen an die Raumluft abzugeben ist.
Die Lamellen sind so angeordnet, daß sich Konvektionsströmun= gen ausbilden und an den Lamellenflächen vorbeistreichen kön nen.
Die Lamellen sind um ihre Längsachse drehbar gelagert und ent sprechend der gewünschten Funktionsweise mit der reflektieren= den Seite zum Innenraum und mit der absorbierenden Seite zum Strahlungseinfall zu drehen. Dadurch wird die einfallende Strah= lung abso#biert, in Wärmeenergie gewandelt und emittiert. Die Emission strahlt auf die reflektierend beschichtete Unterseite der oberen Lamelle und wird von dieser in den Innenraum ge= strahlt. Zur Rauminnenseite stellen die Lamellen einen Wärme abstrahlungsschutz dar, so daß Wärme eingestrahlt aber nicht abgestrahlt wird. Der Lamellenvorhang wirkt also in der Art einer Energiefalle. Der diffuse Strahlungsanteil, der von Innen auf die Lamellen strahlt, wird auf die absorbierende Seite reflektiert, in Wärmeenergie umgesetzt und wieder dem In nenraum zugeführt Umgekehrt ist bei Ausrichtung der reflek= tierenden Lamellenseite zum Strahlungseinfall ein guter Licht-und Wärmeenergieeinstrahlungsschutz gegeben.
Die Lamellen sind mit besonderem Vorteil aus geglänzte Rein-oder plattiniertem Aluminium herzustellen und werden entspre= chend den statischen Erfordernissen und nach strahlengeome trischen Gesichtspunkten um ihre Längsachse gewölbt. Die La= mellen können so ausgeb ildet undangeordnet werden, daß sie gleichzeitig als Konzentrationssystem einer konzentrierenden Anlage zur Sonnenenergiegewinnung verwendbar sind. Eine der= artige Anlage ist in der Patentanmeldung P dargestellt.
Die Lamellen sind vertikal oder horizontal anzuordnen. Die Auf hängung der Lamellenflächen erfolgt in der Art einer Jalousie oder eines Vertikallamellenstores und sind durch Zusammenfah= ren oder Wegschieben von der Fensteröffnung zu entfernen. Die Steuerung der Jalousie entsprechend den unterschiedlichen Funk= tionsweisen erfolgt über Temperaturfühler, Oomputerprogramm, Lichtsensoren oder von Hand.
Eine besondere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens besteht in der Anordnung der Lamellen in einem Doppelfenster, dessen Kastenrahmen mit mindestens einer Zuluft-und einer Abluftöff= nung versehen und in der Art eines Luftkollektors verwendbar ist. Die Zuluft wird im unteren Teil über der Brüstung als Um= Luft aus dem Innenraum oder als Frischluft von Außen angesaugt.
Im oberen Teil unter dem Fensterstur z wird die durch die La= mellenflächen erwärmte Luft in den Innenraum zur Beheizung oder in den Außenraum abgegeben. (Fig. 2) Es besteht auch die Möglichkeit das Fenster mit Lüftungsflügeln in der Art von Kipp- oder Drehkippfenstern auszustatten. Bei vollklimatisierten Gebäuden wird das Pensterelement an einen Zuluft- und/oder Ab= luftkanal angeschlossen und mit einer Klimaanlage gekoppelt.
(Fig. 4) Das Fensterelement kann auch einfach zur Nacherwär= mung der Umluft verwendet werden, indem die Zuluft aus dem In= nenraum angesaugt und wieder an den Innenraum abgegeben wird.
Dies ist insbesondere bei Großraumbüros günstig, da hierdurch im Winter das Temperaturgefälle zu den Fensterzonen aufgefangen werden kann. Dies vereinfacht ganz wesentlich die Funktion= weise einer Klimaanlage. Um einen Wärmestau unter der Decke zu vermeiden, kann der natürliche Konvektionskreislauf, der durch den Auftrieb der erwärmten Luft entsteht, durch den Ein= bau eines Gebläses umgedreht werden, indem die Luft von oben angesaugt und unten ausgestoßen wird.
Die erfindungsgemäße Ausbildungsart einesluftkollektorfensters" ist insbesondere bei lärmgeschützten Wohnungen und bei äußerer Smog- oder Staubbelastung günstig, da die Fenster nicht geöffnet zu werden brauchen und die Frischluft über Dach oder über Filter angesaugt:werden kann, die in den Zuluftöffnungen anzu= ordnen sind. Durch die Jalousie ergibt sich ein erhöhtes Schall schutzmaß, da die Lamellen den Schall reflektieren und infolge der elastischen Aufhängung dämpfend wirken.
Ein weiterer erfindungswesentlicher Gedanke ist die Ausbildung der Lamellen zur Energiespeicherung. Dies erfolgt durch die Herstellung der Lamellen aus einem Material mit hoher spezifischer Dichte , wie z.B. Stahl-oder Beton. Es ist auch möglich die Lamelle als Flüssigkeitsspeicher oder Latentspei= eher auszubilden. Zur Ausbildung als Wärmespeicher wird die Lamelle auf der Schattenseite mit einer Wärmeisolation ver sehen. Zur Wärmeabgabe wird die Lamelle mit der absorbierenden Seite zum Innenraum gedreht. (Fig. 7) Eine weitere Alternative besteht darin,die Lamelle zur Wärmeabgabe in ein Flüssigkeits= medium-zu tauchen und dieses zu erwärmen. Derartige Methoden sind im Bau von Gewächshäusern mit besonderem Vorteil einzu= setzen. (Fig. 5) Die Ausführungsbeispiele dienen dermeiteren Erläuterung des Erfindungsgedankens. Es zeigen: Pig. 1 den Vertikalschnitt durch eine Außenwand mit einer lamellenartigen Luftkollektoranlage Fig, 2 den Vertikalschnitt durch ein Luftkollektorfenster Fig. 3.1 bis 3.4unterschiedliche Funktionsweisen des Luftkollektor= fensters Fig. 4 Schema einer Warmluftanlage Fig. 5 Gewächshaus mit Speicherbecken Fig. 6 zweischichtige Lamellen Fig. 7 Betonlamellen mit Wärmespeicherung Figur 1 zeigt den Querschnitt durch eine Außenwand mit der er findungsgemäßen Sonnenschutzjalousie 10. Die Lamellen 11 sind auf der Einstrahlungsseits 12 absorbierend und auf der zum In= nenraum gelegenen Seite 13 reflektierend ausgebildet, wodurch die Jalousie zu einer Energiefalle wird0 Die auf die Jalousie aufgestrahlte Energie wird in den Innenraum reflektiert und kann nicht mehr entweichen, Durch die erwärmte Unigebungstem peratur der Lamellen 11 entstehen Konvektionsströmungen14, die die Wärmeenergie von der Fensteröffnung weg in den Innenraum transportieren. Durch eine lichtreflektierende Seite 13 ist trotz Verschattung des Innenraumes ein hoher Tageslichtquoa tient gewährleistet, In diesem Beispiel werden die Lamellen nach unten zusammengefahren und dienen als Heizkörper. Dies ist sinnvoll, wenn die Lamellen eine gewisse Speicherfähigkeit besitzen und beispielsweise aus Stahl hergestellt sind. Eine horizontale Anordnung der Lamellen, wie in diesem Beispiel, ist an einer Südfassade von besonderem Vorteil. An einer Süd-Ost oder Süd-West Fassade ist es wegen des Azimutwinkels der Sonne günstig, die Lamellen in der Art eines Vertikal-Lamel lenstores auszubilden.
Fig 2 stellt den Querschnitt durch ein Doppelfensterelement 17 dar. Zwischen dem Außenfenster 18 und dem Innenfenster 19 ist die erfindungsgemäße Jalousie 10 angeordnet. Diese ist nach oben zusammenzuschieben und wird durch einen Elektromotor (20) bedient. Das Doppelfenster sitzt in einem Kastenrahmen, der unten und oben nach Innen und nach Außen mit Öffnungsschlitzen 21, 22, 23.und 24 versehen ist, durch die von unten Luft ange= saugt und nach oben abgegeben wird. Die erwärmte Luft wird auf der Innenseite 19 nach oben geführt. Das Außenfenster (18) ist, um eine Abkühlung der Luft zu verhindern, als Isolierverglasung ausgeführt.
Die Figuren 3.1 bis 3.4 zeigen schematisch verschiedene Funk= tionsweisen des Kollektorfensters. In diesem Beispiel wird von einer Lamellenanordnung ausgegangen, wie sie erforderlich ist, wenn die Lamellen auf der Bestrahlungsseite 13 reflek= tierend ausgebildet sind und als Konzentrationssystem verwen= det werden.
Die Ausgangsposition bei Verwendung der Lamellen als Kon= zentrationssystem zeigt Figur 3.1. Die Strahlungsenergie wird in einen vor der Fassade gelegenen Empfänger reflektiert0 Daraus ergibt sich die Neigung der einzelnen Lamellen, Durch die dichte Lamellenanordnung ergibt sich ein Blockierungs= anteil 26, der in Wärmeenergie umgesetzt wird und einen Auftrie erzeugt. Infolge des Auftriebs wird durch die untere Öffnung 22 Luft aus dem Innenraum abgesaugt und durch die Öffa nunp: 24 abgeführt. Die vom Trnnenraum an d me n1it lp gestrahlte Energie 27 wird absorbiert und ebenfalls abgeführt, so daß mit Hilfe der Sonnenenergie eine gewisse Kühlung der Fensterfront erreicht wird. In diesem speziellen Beispiel über= nimmt das Fenster also folgende Funktionen: 1. Sonnenschutz 2. Konzentration der Strahlungsenergie in einem Empfänger= system - Verwertung der anfallenden Strahlungsenergie 3. Entlüftung des Innenraumes und Absaugen der Warmluft in der Fensterzone 4. Abführen der Wärmestrahlung vom Innenraum Figur 3.2 zeigt eine grundsätzlich unterschiedliche Funkt;Lons= weise. Die Lamellen werden mit der absorbierenden Seite 12 zum Strahlungseinfall ausgerichtet und mit der reflektie= renden Seite 13 zum Innenraum. Die von außen anfallende Strahlungsenergie wird absorbiert, inW ärmeenergie gewan delt und zur Beheizung des Innenraumes durch die Öffnung abgeführt. Die Zuluft wird durch Öffnung 21 und/oder 22 an= gesaugt und aus Umluft und/oder Frischluft gebildet. Durch Öffnung 21 und 22 findet eine Querlüftung statt, ohne daß Wärme energieverluste auftreten. Das Kollektorfenster bietet also die Möglichkeit den Raum zugfrei zu belüften, ohne den Konvektionskreislauf zu stören. In diesem Anwendungsbeispiel übernimmt das Kollektorfenster folgende Funktionen: 1. Einstrahlungsschutz 2. Heizung 3. Wärmeabstrahlungsschutz Diese Anwendung ist insbesondere im Winter bei diffuser Strah= lung geeignet.
Figur 3.3 zeigt die Möglichkeit den Raum zu entlüften und die Warmluft abzusaugen, indem bei gleicher Lamellenaus richtung die Innenluft im Kollektorfenster weiter erwärmt und durch Öffnung 24 nach Außen gedrückt wird. Das Kollektor fenster wirkt also in der Art einer Pumpe, durch die kühle Luft von einer verschatteten Gebäudeseit#e angesaugt wird.
In diesem Anwendungsbeispiel dient das Kollrktorfenster als 1. Einstrahlungsschutz 2, Ansaugeinrichtung für kohle Luft In Anwendungsbeispiel Figur 3.4 ist die 'Nachtposition' ge= zeigt, in der die Wärmeenergie im oberen Raumteil gestaut wird und über der Brüstung eine Querlüftung stattfindet.
Das Kollektorfenster hat die Fähigkeit gegensätzliche Punktion nen wie Heizen, Kühlen oder Verschatten, Belichten auszuüben und stellt ein durch Sonnenenergie gespeistes Atmungsorgan eines Gebäudes dar. Durch das Kollektorfenster wird die an fallende direkte und diffuse Strahlungsenergie genutzt. Bei Verwendung der Jalousie als Konzentrationssystem wird außer= demWarmwasser für die Brauchwasserversorgung oder eine So larklimaanlage bereitgestellt. Damit ist eine völlig neue Konzeption für die Klimatisierung und Energieversorgung eines Gebäudes geschaffen.
Figur 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die Klimatisierung eines Gebäudes mit Hilfe einer Kollektor-Fensterwand. Die an der Südseite 30 erwärmte Luft wird oberhalb der Jalousie 10 in Klimakanälen 31 abgesaugt und den auf der Schattenseite 29 liegenden Räumen zugeführt. Die gestrichelten Linien 33 zeigen die Abluft, die in einer Waschanlage 32 gereinigt und in die Kollektor-Fensterwand 17 als Umluft 34 wieder zugeführt wird, Eine derartige irmluftanlage ist jedoch nur als Zusatzheizung möglich.
Figur 5 stellt ein Gewächshaus dar. Die Lamellen44 sind zur Wärmespeicherung ausgebildet und heizen sich durch den Strah= lunge einfall auf. Sowie die Sonne auf die gegenüberliegende Gewächshausseite strahlt, werden die Lamellen 44 auf Schinen 39 in Wasserbecken 35 gefahren, die unterhalb der Pflanzbecken 36 angeordnet sind. Dort findet ein Wärmeaustausch an das Wasser statt. Die von unten aufsteigende Wärme 37 und die von den Lamellen 44 emittierte Wärmeenergie wird durch die reflektieren den Lamellenrückseiten direkt auf die Pflanzen gestrahlt und ermöglicht eine für das Wachstum günstige Wärmestrahlung. Es ist hervorzuheben, daß infolge der reflektierenden Lamellen= seiten ein hoher Tageslichtquotient vorhanden ist. Mit Bezug zur Anwendung der Erfindung im Gewächshausbau ist ergänzend zu erwähnen, daß auch die einfachen Lamellen wie in Fig. 1 be= schrieben, insbesondere bei Oberheizung sehr wir+schaftlich einzusetzen sind. Die Lamellen werden an den Enden mit Rollen versehen und in den I-Profil-Dachträgern gelagert.
Fig. 6 stellt eine unterschiedliche Art der Lamellenausbildung dar. Die Lamelle: ind zweischichtig und derart ausgeformt, daß die Konvektionsströmungen 16 eine günstige Angriffsfläche zur Wärmeaufnahme haben. Die zum Innenraum gelegene Schicht13 ist wieder reflektierend ausgebildet.
Figur 7 zeigt eine weitere Möglichkeit, die Lamellen 44 auszu= bilden. Es handelt sich hierbei um einen Horizontalschnitt.
Die Lamellen 44 sind aus Beton hergestellt und um eine vertit kale Achse drehbar gelagert. Die dem Strahlungseinfall ent gegengesetzte Seite ist mit Abstand durch Reflektoren 45 ver= kleidet, so daß in den Betonlamellen ein Wärmespeichereffekt stattfindet.
Leerseite

Claims

VERWENDUNG VON SONNENSCHUUZLAMELLEN ZUR SONNENENERGI EGEWINNUN G PATENTANSPRÜCHE : Die Erfindung betrifft Maßnahmen zur Gewinnung von elektro= magnetischer Strahlungsenergie, insbesondere Sonnen- oder Wärmestrahlung hinter lichtdurchlässigen Elementen von Baulichkeiten mit Hilfe von Sonnenschutzlamellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenschutzlamellen (11, 43, 44) einseitig strahlungsenergieabsorbierend (12) und einen tig licht- und/oder wärmestrahlungsenergiereflektierend (13) ausgebildet sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen so angeordnet sind, daß sich #onvektionsströmun= gen (16) ausbilden können, die an den Lamellenflächen vorbeistreichen und in den Innenraum strömen.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen um ihre Längsachse drehbar gelagert sind.
4, Verwendung der wärmeenergiereflektierenden Lamellenseiten (13) als Wärmeenergieabstrahlungsschutz für den Innenraum.
5. Verwendung der wärmeenergiereflektierenden Lamellenseiten (13) als Wärrneenergeieinstrahlungsschutz.
6. Herstellung der Lamellen aus geglänztem Rein- oder platti= niertem Aluminium.
7. Anlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (11) so angeordnet und ausgebildet sind, daß sie als Konzentrationssystem einer konzentrierenden Anlage zu Sonnenenergie verwendbar sind und die Strahlungsenergie in ein vor oder hinter der Fassade gelegenen Empfänger reflektieren. (Fig. 3.1)
8, Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden AnsprU= ehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen nach den Er= fordernissen der Statik und der Strahlengeometrie um ihre Längsachse gewölbt sind.
9. Anlage nach mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (11) vertikal oder horizon tal angeordnet sind.
10. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung der Lamellen (11) in der Art einer Jalousie oder eines Vertikal-Lamellenstores erfolgt.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Jalousie oder der Vertikal-Lamellenstore über Temperatur= fühler, Computer oder Sensoren gesteuert wird.
12. Anlage nach mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da= durch gekennzeichnet, daß die Lamellen (11) zwischen einem Doppelfenster (17) angeordnet sind und der Raum zwischen den Fenstern mit mindestens einer Zuluft-und mit mindestens einer Abluftöffnung versehen ist.(Fig. 2)
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft im unteren Teil des Doppelfensterelementes (21, 22) aus dem Innen- und/oder Außenraum angesaugt und im obe ren Teil (23, 24) in den Innen-und/oder Außenraum abge= geben wird.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft- und Abluftöffnungen mit Hilfe von Lüftungsflügeln in der Art von Kipp- oder Drehkippfenstern bewirkt werden.
15. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Lamellen= flächen (11) erwärmte Luft in Luftkanälen (31) abgesaugt und zu einem Verwendungsort gefördert wird. (Fig. 4) 16.
Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuluftöffnungen Filter angeordnet sind.
170 Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftumwälzung in dem Doppelfensterelement (17) durch ein Gebläse erfolgt und die erwärmte Luft im unteren Teil (21, 22) abgeführt wird.
18. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü= ehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (44) kör= perhaft ausgebildet sind und zur Energiespeicherung die= nen. (Fig. 7)
19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeicherung in den Lemellen 44 durch ein-Flüssig= keitsmedium oder in einem Feststoff erfolgt und als Wärme= energie und/oder chemische Energie gespeichert wird.
20. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (44) als Latentspeicher ausgebildet sind.
21. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (11, 44) aus Stahl und oder Beton hergestellt sind.
22. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die energiespeichernde Lamelle (44) auf der Schattenseite wärmeisolierend ausgebildet und von einer Wärmeisolation und/oder einer reflektierenden Fläche/umgeben ist. (Fig.7)
23. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden An= sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (43) zwei- oder mehrschichtig ausgebildet und die einzelnen Schichten für die Absorbtion, Wärmeabgabe, Reflexion und Konvektionsströmungen günstig ausgeformt sind. (Fig.6)
24. Anlage nach mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da= durch gekennzeichnet, daß die energiespeichernden Lamel len (44) zum Zweck der Wärmeabgabe mit ihrer absorbieren= den Seite zum Innenraum gedreht werden.
25. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden An= sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmten La= mellen zur Wärmeabgabe in ein Flüssigkeitsmedium getaucht werden. (Fig. 5)
26. Verwendung der Lamellen im Gewächshausbau