DE3005253A1

DE3005253A1 - Waermepumpe mit integrtiertem solarkollektor

Info

Publication number: DE3005253A1
Application number: DE19803005253
Authority: DE
Inventors: Alfred Prof. Dr. 5100 Aachen Boettcher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-13
Filing date: 1980-02-13
Publication date: 1981-08-20

Description

Wärmepumpe mit integriertem Solarkollektor
Wärmepumpen gewinnen schnell an Bedeutung für Heizanlagen, da sie einen nennenswerten Teil der Heizenergie aus dem Boden, in manchen Fällen aus dem Oberflächenwasser, am einfachsten aus der Umgebungsluft entnehmen können. Hierzu werden im allgemeinen Wärmetauscherflächen mit der Umgebungsluft -in Kontakt gebracht und über Rohrleitungen mit flüssigem Wärmetransportmedium mit der Wärmepumpe gekoppelt. Ein Beispiel ist das sogenannte "Energiedach".
Die verwandten Wärmetauscherflächen können bei geeigneter Oberflächenausbildung auffallende solare Strahlung absorbieren. Wegen ihrer notwendig guten Wärmekopplung mit der Umgebungsluft geben sie jedoch den grössten Teil der absorbierten Sonnenenergie wieder ungenutzt an die Umgebungsluft ab. Dies ist besonders nachteilig in Perioden klaren Winterwetters, bei dem die Luft trotz guter Sonneneinstrahlung meist kalt bleibt, was zu sehr geringer Effizienz der Wärmepumpe führt. Durch eine gleichzeitige Nutzung der Sonneneinstrahlung könnten wesentliche Vorteile resultieren, was bei den üblichen"Energiedächern" jedoch nur durch parallel oder in Serie geschaltete- Solarkollektoren möglich ist, die gegenüber der Umgebungsluft thermisch isolierte Absorberflächen haben. Der hierfür notwendige Aufwand ist so gross, dass meist auf diese Moglichkeit verzichtet wird, zumal für die Nutzung der schwachen Wintersonne erhehliche Kollektorflächen erforderlich sind, um eine nennenswerte Erhöhung des Wirkungsgrades der Wärmepumpe zu erreichen.
Eine überraschend einfache und kostengünstige Möglichkeit, beim Betrieb von Wärmepumpen zugleich die Sonneneinstrahlung zu nutzen, wurde dadurch erreicht, dass die Umgebungsluft mit einem Gebläse durch einen Luft/Flüssigkeitswärmetauscher, der mit der Wärmepumpe gekoppelt ist, geblasen wird, zuvor jedoch durch einen grossflächigen Solarkollektor aus 2, 3 oder 4 übereinanderliegenden Folien strömt, der einen sehr niedrigen Preis pro Flächeneinheit hat. Auf diese Weise sind die Aufwendungen für den Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, das Gebläse und den Kunststoff-Luftkollektor zusammen niedriger als für die üblichen Wärmetauscher der Wärmepumpen ohne Solarkollektoren. Die für das Gebläse zusätzlich angewandte Energie findet sich zu einem hohen Anteil als nutzbare thermische Energie der Luft wieder. Soll die solare Einstrahlung vor allem im Winter genutt werden, werden nur zwei-Folien-Kollektoren verwandt, da die entstehenden Temperaturdifferenzen zwischen Absorberfläche und Aussenluft bei dem hohen Luftdurchsatz gering und damit der Wärmeverlust nach aussen auch bei Verwendung von nur 2 Folien klein ist. Um auch bei höheren Einstrahlungen einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, können in bekannter Weise 3- oder 4-Lagen-Folien-Kollektoren verwandt werden. Den jahreszeitlich unterschiedlichen Einstrahlungen kann dadurch optimal Rechnung getragen werden, dass ein im Winter verwandter Zwei-Lagen-Kollektor im Sommer mit einer dritten, transparenten Folie überspannt wird, die ein isolierendes Luftpolster zwischen der zweiten und dritten Folie einschliesst. Die Befestigung dieser dritten Folie kann mit Druckknöpfen oder dichten Reissverschlüssen erfolgen.
Um besonders hohe Wirkungsgrade des Solarkollektors zu erzielen, ist es vorteilhaft, die Absorberfläche mit einer selektiven Schicht zu versehen, die im Bereich des Solarspektrums eine hohe Absorption, bei Temperaturen zwischen 2500 und 3500 Kelvin eine besonders niedrige spezifische Emission hat.
In Gebieten mit relativ hoher Sonneneinstrahlung kann es wirtschaftlich sein, im Sommerhalbjahr auf den Betrieb der Wärmepumpe zu verzichten und nur die in den Kollektoren absorbierte Strahlungsenergie für die Erwärmung von Brauchwasser zu nutzen. Für diesen Fall kann die Möglichkeit einer teilweisen Abschaltung des Kollektorfelds oder/und der Strömungsumkehr in Teilbereichen vorgesehen werden, um die Luft in diesem Fall im geschlossenen Kreislauf zu führen.

Claims

Patentansprüche y Wärmepumpen-Heizanlage, die thermische Energie aus der Umgebungsluft auf nimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Wärmeentzug benützte Luft zunächst mittels eines Gebläses durch einen solaren Luftkollektor, der aus 2 bis 4 randverschweissten Kunststoff-Folien besteht, und dann durch einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher geblasen wird, in dem die für die Wärmepumpe nutzbare thermische Energie an die Flüssigkeit übertragen wird.
2. Wärmepumpen-Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem luftdurchströmten Spalt des Folienkollektors Absorberbleche mit selektiver Oberflächenschicht eingeschoben werden.
3. Wärmepumpen-Heizanlage nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Zeiten hoher Sonneneinstrahlung auf dem Kollektor eine weitere, transparente Kunststoff-Folie befestigt werden kann, die an der Oberseite des Kollektors ein wärmeisolierendes Luftpolster abgrenzt.
4. Wärmepumpen-Heizanlage nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte solare Luftkollektor ganz oder zu Teilen alternativ für solare Brauchwasser-Erwärmung mit geschlossenem Luftkreislauf genutzt wird.