DE2904564A1

DE2904564A1 - Lichtdurchlaessiger sonnenenergiekollektor

Info

Publication number: DE2904564A1
Application number: DE19792904564
Authority: DE
Inventors: Udo Dipl Ing Dr Fischer; Juergen Dipl Phys Dr Lehmann; Dieter Mueller
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1979-02-07
Filing date: 1979-02-07
Publication date: 1980-08-28

Description

Lichtdurchlässiger Sonnenenergiekollektor

Sonnenenergiekollektoren wurden bisher, um größtmögliche Wirtschaftlichkeit zu erreichen, so gestaltet, daß sie die auf ihre Fläche treffende Sonnenenergie möglichst vollständig in verwertbare Wärmeenergie umwandeln. Es war deshalb selbstverständlich, daß der eigentliche Energieabsorber völlig lichtundurchlässig ist.

Für die Klimatisierung von Gewächshäusern ist schon vorgeschlagen worden, in einer Ebene unterhalb des lichtdurchlässigen Daches und oberhalb der Pflanzen ein Kollektorsystem anzuordnen, das aus mit einem Wärmeaustauschermedium durchströmten Rohren und schwenkbar darum angeordneten Reflektoren aufgebaut ist. Bei direkter Sonneneinstrahlung werden die Reflektoren so geschwenkt, daß sie die größtmögliche Lichtmenge auffangen und auf die Rohre bündeln. Dadurch werden die Pflanzen vor übermäßiger Bestrahlung geschützt, die eingestrahlte Wärme durch das Wärmeaustauschermedium in den Rohren abgeführt und die dabei gewonnene Wärmeenergie in einem Vorratsbehälter gespeichert.

Bei bewölktem Himmel werden die Reflektoren senkrecht gestellt, um möglichst viel Licht durchzulassen. Während der Nachtstunden wird das aufgeheizte Austauschermedium durch das Rohrsystem geleitet und die abgestrahlte Wärme mittels der über die Rohre geschwenkten Reflektoren in das Innere des

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Gewächshauses geleitet. Gleichzeitig wird die Wärmeabstrahlung aus dem Gewächshaus verhindert.

Eine solche, speziell für den Gewächshausbau ausgelegte Sortnen- = energienutzungsanlage eignet sich nicht für Gebäude mit einzeln angeordneten Oberlichtern oder Lichtbändern, oder für Gebäude, für die eine frei im Innenraum angeordnete Kollektoranlage der beschriebenen Art aus architektonischen Gründen unerwünscht ist.

Xq Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Schaffung eines lichtdurchlässigen Bauelements, das eine übermäßige Erwärmung der damit beleuchteten Räume bei starker Sonneneinstrahlung sowie die Überhitzung des Bauelements selbst verhindert und eine Verwertung der aufgenommenen Sonnenenergie zuläßt, das aber andererseits auch den in der kalten Jahreszeit erforderlichen niedrigen Wärmedurchgangswert hat.

Es ist zwar schon bekannt, für derartige Zwecke Mehrfachverglasungen zu verwenden und zwischen den Scheiben eine strahlungsreflektierende Lamellenjalousie anzuordnen, die direkte Lxchteinstrahlung reflektiert,, aber diffuses Licht durchläßt. Derartige Bauelemente werden durch die Sonnenstrahlung derartig aufgeheizt, daß sie selbst als Wärmestrahlungsquelle wirken» Dies läßt sich zwar bis zu einem gewissen Grad verhindern, wenn man die Lamellen außerhalb der Verglasung anordnet, jedoch sind sie dann in starkem Maße der Witterung und Verschmutzung ausgesetzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen lichtdurchlässigen JQ Sonnenenergiekollektor gelöst, der aus wenigstens zwei Flächenelementen, die einen Hohlraum, einschließen, und einen in dem Hohlraum angeordneten, Strahlungsabsorbierenden Wärmeaustauscher

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gelöst.'Im Gegensatz zu bekannten Sonnenenergiekollektoren, die lichtundurchlässig sind, sind die Flächenelemente bei dem erfindungsgemäßen Sonnenenergiekollektor lichtdurchlässig. Der Wärmeaustauscher ist so gestaltet, daß er nur in einem Teil der von den Flächenelementen überdeckten Fläche Strahlung absorbiert und in einem anderen Teil dieser Fläche lichtdurchlässig ist. In der Regel ist der Wärmeaustauscher aus einem völlig lichtundurchlässigen Material aufgebaut, insbesondere aus oberseitig geschwärztem Metall. Er ist zweckmäßig in Form eines Rostes oder Gitters gestaltet und nimmt 10 bis 90 %, vorzugsweise 40 bis 70 %, der von den Flächenelementen überdeckten Fläche ein.

Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung wird bewußt auf eine vollständige Ausnutzung der einfallenden Sonnenenergie verzichtet. Es wird nur so viel Strahlung absorbiert, daß der verbleibende Teil der Strahlung zur Ausleuchtung des dahinterliegenden Raumes ausreicht. Im Gegensatz zu lediglich schattenwerfenden Lamellen wird der absorbierte Teil der einfallenden Strahlung nutzbringend verwertet. Selbst wo auf eine Verwertung der gewonnenen Energie verzichtet wird, bringt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß eine störende Sekundärstrahlung und eine Überhitzung des Bauelements selbst vermieden wird. Dadurch sind auch Werkstoffe verwertbar, die nur begrenzte Gebrauchstemperaturen vertragen.

Da die erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Sonnenenergiekollektoren nur dort verwendet werden, wo lichtdurchlässige Bauelemente für die Raumausleuchtung ohnehin benötigt werden, errechnet sich ihre Wirtschaftlichkeit nur. aufgrund des Mehraufwandes, der gegenüber herkömmlichen mehrschaligen Verglasungselementen getrieben werden muß.. Mit einem Wärme-

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austauscher, der 50 % der überdeckten Fläche einnimmt, lassen

sich bei hochsommerlicher Sonneneinstrahlung 100 W/m bzw.

360.000 Joule/m h in Form von Wasser von etwa 65°C gewinnen. Die Wirtschaftlichkeit, gemessen an den erwähnten Mehrkosten, ist in der Regel besser als bei Sonnenenergiekollektoren, die einzig dem Zweck der Energiegewinnung dienen. Für die kalte Jahreszeit ist es von Bedeutung, daß sich auch bei schwacher Sonneneinstrahlung die in dem Hohlraum befindliche Luft so weit erwärmen kann, daß ein Wärmeverlust aus dem Gebäudeinnenraum durch den Kollektor gänzlich vermieden wird.

Eine zweckmäßige Gestaltung des erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Sonnenenergiekollektors ist in Figur 1 im Schnitt dargestellt. Das äußere Flächenelement (1) besteht vorzugsweise

-5 aus einem einschichtigen, klar durchsichtigen Verglasungsmaterial, z.B. Mineralglas, Drahtglas, Acrylglas oder anderen Kunststoffscheiben. Auch Verbundwerkstoffe kommen in Betracht, beispielsweise eine Polycarbönatscheibe, die an der Außenseite mit einer witterungsbeständigen Schicht aus Polymethylmethacrylat überzogen ist. Das äußere Flächenelement CD kann eben, tonnenförmig gebogen, kuppelförmig gewölbt oder mit Versteifungsrippen ausgerüstet sein. Das innere Flächenelement (2) kann aus dem gleichen Werkstoff bestehen. Vorzugsweise verwendet man jedoch ein lichtstreuendes Material, das eine gleichmäßigere Verteilung des durch den Wärmeaustauscher gefallenen Lichtes bewirkt. Besonders bevorzugt sind mehrwandige lichtdurchlässige Flächenelemente, beispielsweise aus zwei parallelen *Außenwänden (3) und (4) und senkrecht dazwischen angeordneten Stegen (5) aufgebaute, einstückig aus Kunststoff extrudierte Stegdoppelplatten. Obwohl

-Ό auch das Flächenelement (2) gebogen oder gewölbt sein kann, ist es vorzugsweise eben. Als Werkstoffe kommen Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, sowie Polyolefinkunststoffe in

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Betracht- Das Flächenelement (2) ist vorzugsweise 8 bis 40 mm dick.

Die Flächenelemente (1) und (2) schließen einen Hohlraum (6) ein, der, sofern beide Flächenelemente (1) und (2) eben sind, wenigstens 0,1 m und im allgemeinen nicht mehr als 1,5 m dick ist. Dieser Höchstwert kann natürlich am Scheitelpunkt eines gebogenen oder gewölbten Flächenelements (1) erheblich überschritten werden. Eine besonders günstige Dicke ist 0,5 bis 0,6 m.

In dem Hohlraum (6) sind die Wärmeaustauscherelemente (7) angeordnet. Sie bestehen vorzugsweise aus Metall und sind zweckmäßigerweise an ihrer Oberseite dunkel eingefärbt und an der ■^ Unterseite metallisch blank. Dadurch wird die größtmögliche Wärmeabsorption der auffallenden Strahlung und die geringstmögliche Wärmestrahlung nach unten gewährleistet.

In jedem Wärmeaustauscherelement (7) befindet sich wenigstens ^O ein Kanal C8) für das Wärmeaustauscher-Medium. Seitlich davon können Äbsorptionsflachen (9) angebracht sein. Das in dem Kanal C8) strömende Wärmeaustauschermedium führt nicht nur die unmittelbar durch Strahlung aufgenommene Wärmeenergie ab, sondern kühlt gleichzeitig die in dem Hohlraum (6) befindliche Luft.

Wie bei jedem Sonnenenergiekollektor ist auch hier der Wirkungsgrad um so höher, je steiler die Sonnenstrahlung auf die Austauscherfläche fällt. Bei einem nach Süden ge-' neigten Einbau des Kollektors wird der größte Wirkungsgrad erreicht. Man kann jedoch auch den Kollektor in einem anderen Winkel, z.B. in waagerechter oder senkrechter Stellung einbauen

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und lediglich die Absorberflachen (9) nach Süden geneigt einstellen. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Austauscherelemente (7) drehbar zu gestalten, so daß sie jeweils dem Sonnenstand nachgeführt oder bei bewölktem Himmel in eine möglichst wenig lichtabsorbierende Stellung gebracht werden können. Der absorbierte Strahlungsanteil läßt sich gegebenenfalls auch dadurch variieren, daß man zwei gegeneinander verschiebbare Wärmeaustauscher einbaut, von denen sich die Strahlungsabsorbierenden Flächen des einen in jeweils gewünschtem Ausmaß über die lichtdurchlässigen Flächen des anderen führen lassen.

Die Flächenelemente (1) und (2) sowie der aus den Elementen (7) gebildete Wärmeaustauscher können von einem umlaufenden Rahmen (10), der gleichzeitig eine für den bauseitigen Anschluß geeignete Gestaltung aufweist, zusammengehalten werden. Der Rahmen (10) schließt die im Anspruch 1 erwähnte, von den Flächenelementen (1)" und (2) überdeckte Fläche ein. Kollektorelemente dieser Art können als getrennte LichtÖffnungen, als Lichtbänder oder als großflächige Verglasungen in senkrechter, waagerechter oder geneigter Stellung an Wohn- und Arbeitsräumen, Werkhallen, Schwimmbädern, Gewächshäusern u.dergl. angebracht werden.

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Claims

Lichtdurchlässiger Sonnenenergiekollektor

Patentansprüche

( 1.}Lichtdurchlässiger Sonnenenergiekollektor, bestehend aus wenigstens zwei Flächenelementen, die einen Hohlraum einschließen, und einem in dem Hohlraum angeordneten, Strahlungsabsorbierenden Wärmeaustauscher,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Flächenelemente lichtdurchlässig sind und der Wärmeaustauscher nur in einem Teil der von den Flächenelementen überdeckten Fläche Strahlung absorbiert und in einem anderen Teil dieser Fläche lichtdurchlässig ist.
2. Sonnenenergiekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn-¹S zeichnet, daß der Wärmeaustauscher 10 bis 90 %, bevorzugt 40 bis 70 %, der von den Flächenelementen überdeckten Fläche einnimmt.
3. Sonnenenergiekollektor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Flächenelement aus einem einschichtigen und das innere Flächenelement aus einem mehrwandigen Verglasungsmaterial besteht.
4. Sonnenenergiekollektor nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekenn-'^2 zeichnet durch Flächenelemente aus lichtdurchlässigem Kunststoff, insbesondere Acrylglas.

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ORIGINAL INSPECTED