DE19820156A1 - Solar energy collector for heating air has closed air circuit and has transparent front window, air space and perforated solar energy collector grid through which air can flow - Google Patents
Solar energy collector for heating air has closed air circuit and has transparent front window, air space and perforated solar energy collector grid through which air can flowInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Sonnenkollektoren mit Luft als Wärmeträgermedium (Luftkol lektoren), insbesondere zur Verwendung bei der Wärmeversorgung von Gebäuden, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.The invention relates to solar collectors with air as a heat transfer medium (Luftkol lecturers), in particular for use in the heating supply of buildings, with the features of the preamble of claim 1.
Sonnenkollektoren wandeln Sonnenenergie in Wärme um. Die Wärme wird dabei vorzugsweise mit einem Transportmedium, meistens Wasser oder Luft, vom Kollek tor in einen Speicher transportiert.Solar panels convert solar energy into heat. The heat is there preferably with a transport medium, usually water or air, from the collector gate is transported to a store.
Die Bedeutung der Luftkollektoren zur Energiegewinnung wird allgemein zu gering eingeschätzt.The importance of air collectors for energy generation is generally too low assessed.
Luftkollektoren haben eine Reihe von Vorteilen gegenüber Wasserkollektoren:
Air collectors have a number of advantages over water collectors:
- - Luftkollektoren können nicht einfrieren, ein Siedepunkt wird nicht überschritten- Air collectors cannot freeze, a boiling point is not exceeded
- - Es treten wesentlich praktisch keine Korrosionsprobleme auf.- There are essentially no corrosion problems.
- - Luftkollektoren sind einfacher aufgebaut und können oft aus kostengünstiger Materialien gebaut werden.- Air collectors are simpler and can often be made more cost-effective Materials are built.
- - Die Massen im Bereich des Absorbers können sehr gering sein, woraus aufgrund der geringen thermischen Trägheit des Systems kurze Ansprechzeiten des Kol lektors auch bei niedrigen Strahlungsintensitäten resultieren.- The masses in the area of the absorber can be very small, due to this the low thermal inertia of the system, short response times of the col result even with low radiation intensities.
- - Sie eignen sich sehr gut für den Eigenbau.- They are very suitable for self-made.
- - Die Möglichkeiten für eine Vor-Ort-Montage sind gut, was ebenfalls zu kosten günstigen Anlagen führen kann.- The options for on-site installation are good, which also costs cheap investments.
- - Sie eignen sich sehr gut zur Kombination mit Wärmepumpen.- They are very well suited for combination with heat pumps.
Die Nachteile von Luftkollektoren sind bekannt:
The disadvantages of air collectors are well known:
- - Für viele Anwendungen fehlen effektive Speichertechniken.- Effective storage technologies are missing for many applications.
- - Die Leistung der Anlage hängt von der Dichtigkeit der Anlage ab.- The performance of the system depends on the tightness of the system.
- - Häufig ist die elektrische Hilfsenergie bei Luftkollektoren größer als die gewon nenen Wärmemenge.- The electrical auxiliary energy for air collectors is often greater than that used the amount of heat.
- - Die Wirkungsgrade von Luftkollektoren sind niedrig.- The efficiency of air collectors is low.
- - Die Stoffwerte von Luft bedingen hohe Volumenströmen im Luftkollektor.- The physical properties of air cause high volume flows in the air collector.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Luftkollektor zu schaffen, der die genannten Nachteile abmindert oder aufhebt.The object of the invention is to provide an air collector, the said Mitigates or eliminates disadvantages.
Dies wird erreicht, indem die Verwendung eines geschlossenen Luftsystem mit der Absaugung der heißen Grenzschicht an einem gelochten oder geschlitzten Absorber kombiniert wird. Damit der Absorber nicht verschmutzt, wird bei dieser Anordnung ein geschlossenes Luftsystem bevorzugt angewendet. Die Verwendung von selekti ven Absorberschichten erhöht den Wirkungsgrad zusätzlich. (Ein geschlossenes Luftsystem mit Absaugung und selektiven Schichten wurde in DE 195 13 858 A1 vorgeschlagen, allerdings durchströmte die Luft dort noch zusätzlich eine Dämm schicht. Offene Luftsysteme mit bzw. ohne selektive Schichten sind unter der Be zeichnung SOLARWALL bekannt: Pat. EP 0553 893 A2, DE 195 05 918 A1, OS 195 00 807 A1 oder DE 195 05 918 A1).This is achieved by using a closed air system with the Extraction of the hot boundary layer on a perforated or slotted absorber is combined. This arrangement ensures that the absorber does not become dirty a closed air system is preferred. The use of selekti ven absorber layers additionally increases the efficiency. (A closed one Air system with suction and selective layers was described in DE 195 13 858 A1 suggested, but the air flowed through an additional insulation layer. Open air systems with or without selective layers are under the Be Drawing SOLARWALL known: Pat. EP 0553 893 A2, DE 195 05 918 A1, OS 195 00 807 A1 or DE 195 05 918 A1).
Bei dem neuartigen Luftkollektor kann die ohnehin vorhandene Gebäudeaußen wand als Niedertemperaturspeicher verwendet werden. Zudem kann ein Luft- Wasser-Wärmetauscher eingesetzt werden, der eine Wärmeabgabe an das Brauch wasser und/oder Heizungsnetz ermöglicht.With the new air collector, the already existing building can be outside wall can be used as a low temperature storage. In addition, an air Water heat exchangers are used, which give off heat to the custom water and / or heating network.
Das geschlossene System und die kurzen Luftwege im neuartigen Luftkollektor bieten gute Möglichkeiten, um die erforderliche Dichtigkeit zu erreichen.The closed system and the short airways in the new air collector offer good opportunities to achieve the required tightness.
Da sich der Speicher oder der Wärmetauscher direkt hinter dem Kollektor befindet, entfallen die luftführenden Kanäle in dem neuartigen Luftkollektor fast gänzlich. Wertvolles Bauvolumen wird gespart.Since the storage tank or the heat exchanger is located directly behind the collector, the air-guiding channels in the new air collector are almost completely eliminated. Valuable construction volume is saved.
Durch die Luftabsaugung am Absorber und die Verwendung von selektiven Schich ten erreicht man Systemwirkungsgrade, die mit denen von Systemen mit Vakuum röhrenkollektoren vergleichbar sind (etwa 50%).Through air extraction at the absorber and the use of selective layers system efficiencies can be achieved with those of systems with vacuum tube collectors are comparable (about 50%).
Durch die Vermeidung von Konvektion vom Absorber zur transparenten Abdeckung und durch die Verwendung selektiver Absorberschichten reichen im Vergleich zu üblichen Luftkollektoren geringe Luftvolumenströme aus. Die genannten Techniken werden bisher noch nicht in Kombination eingesetzt. Es zeigt sich, daß ihr gemein samer Einsatz neue Möglichkeiten für Luftkollektoren eröffnet. Kurze Wege in dem vorgestellten Luftkollektor und geringe Luftgeschwindigkeiten führen dazu, daß nur geringe Lüfterleistungen von etwa 1 W/m2 benötigt werden. By avoiding convection from the absorber to the transparent cover and by using selective absorber layers, low air volume flows are sufficient in comparison to conventional air collectors. The techniques mentioned have not yet been used in combination. It can be seen that their joint use opens up new possibilities for air collectors. Short distances in the air collector presented and low air speeds mean that only low fan powers of about 1 W / m 2 are required.
Selektive Absorberschichten werden bei Kollektoren häufig eingesetzt. Es sind Schichten, die im sichtbaren Bereich schwarz sind, also Sonnenstrahlung sehr gut absorbieren und im Infrarotbereich gut reflektieren, also Wärmestrahlung vermindert aufnehmen und abgeben.Selective absorber layers are often used in collectors. There are Layers that are black in the visible range, i.e. very good solar radiation absorb and reflect well in the infrared range, i.e. reduced heat radiation record and deliver.
Selektive Absorberschichten verlieren je nach Grad der Verschmutzung ihre vorteil haften Eigenschaften. Bei einer Überströmung eines selektiven Kollektors muß mit einer Staubanlagerung auf dem Kollektor gerechnet werden. Die optischen Eigen schaften werden bei einer Staubbelegung von 1% im sichtbaren Bereich unmerklich verkleinert und im infraroten Bereich um etwa 1% vergrößert. Beide Veränderungen verschlechtern in geringem Maß den Wirkungsgrad des Kollektors. (A. Marko, P. Braun (Hrsg.): Thermische Solarenergienutzung an Gebäuden, Berlin, S. 253ff.)Depending on the degree of contamination, selective absorber layers lose their advantage stick properties. If there is an overflow of a selective collector, dust accumulation on the collector can be expected. The optical eigen with a dust coverage of 1% in the visible area reduced and enlarged in the infrared range by about 1%. Both changes deteriorate to a small extent the efficiency of the collector. (A. Marko, P. Braun (ed.): Thermal solar energy use in buildings, Berlin, p. 253ff.)
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Mehrfachverglasungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen dargestellt.The task is solved with multiple glazing with the characteristics of Claim 1 or 2. Advantageous embodiments of the invention are in the Un represented claims.
Gemäß der Erfindung besteht ein Luftkollektor im wesentlichen aus einer ebenen Glasscheibe, einem im wesentlichen ebenen und gelochtem oder geschlitztem Ab sorber, der auf der durch die Sonne bestrahlten Seite selektiv beschichtet ist und über Abstandhalter an der Glasscheibe befestigt ist und einem geschlossenen Luft kreislauf im Kollektorsystem. Das Kollektorsystem besteht dabei aus dem Luftkol lektor, dem Wärmetauscher und den Kanälen zwischen beiden. Der Absorber hat eine Öffnung, durch welche Luft aus einem Luftkanal, der an der Öffnung befestigt ist, in den Zwischenraum zwischen Glasscheibe und Absorber gebracht werden kann. Die Luft erwärmt sich am Absorber und tritt durch die Lochung am Absorber aus dem Zwischenraum zwischen Absorber und Glasscheibe aus. Dabei gelangt keine heiße Luft aus der Nähe der Absorberoberfläche in die Nähe der Verglasung. Das bedeutet, daß keine Konvektion oder Wärmeleitung vom Absorber zur Glas scheibe statt findet. Die Außenwand, auf die der Luftkollektor befestigt wird, sollte gedämmt ausgeführt sein, damit im Sommer und bei Stillstand des Kollektors keine heiße Luft direkt an die Mauer des Gebäudes im Bereich des Kollektors gelangt. Nachdem der Kollektor montiert ist kann die Dämmung des Gebäudes direkt in dämmende Elemente übergehen, welche im Bereich zwischen Rahmen und Gebäu dewand befestigt werden. Diese dämmenden Elemente sorgen für die erforderliche Luftdichtheit des Luftsystems zur Umgebung. Die Elemente bestehen vorzugsweise aus temperaturbeständigen Dämmstoffen, z. B. Mineralwolle. According to the invention, an air collector essentially consists of a flat one Glass pane, an essentially flat and perforated or slotted Ab sorber, which is selectively coated on the side irradiated by the sun and is attached to the glass pane via spacers and a closed air circuit in the collector system. The collector system consists of the air column lector, the heat exchanger and the channels between the two. The absorber has an opening through which air from an air duct attached to the opening is brought into the space between the glass pane and the absorber can. The air heats up at the absorber and passes through the perforation on the absorber from the space between the absorber and the glass pane. Here comes no hot air from near the absorber surface near the glazing. This means that there is no convection or heat conduction from the absorber to the glass disc takes place. The outer wall to which the air collector is attached should Insulated so that none in summer and when the collector is at a standstill hot air gets directly to the wall of the building in the area of the collector. After the collector is installed, the insulation of the building can be directly in Insulating elements that pass in the area between the frame and the building be attached to the wall. These insulating elements provide the necessary Airtightness of the air system to the environment. The elements preferably consist from temperature-resistant insulation materials, e.g. B. mineral wool.
Gemäß der Ausgestaltung der Erfindung wird die erwärmte Luft nach ihrem Austritt aus dem Luftkollektor über einen Luftkanal in eine gelochte Mauer gebracht. In der Mauer kühlt sich die Luft ab und wird durch einen Ventilator in den Luftkanal ge bracht, welcher am Absorber befestigt ist. Die Luft gelangt auf diesem Weg abge kühlt in den Zwischenraum zwischen Glasscheibe und Absorber. Die Mauer dient als Wärmetauscher.According to the embodiment of the invention, the heated air after it emerges brought from the air collector through an air duct into a perforated wall. In the Mauer cools the air and is ge into the air duct by a fan brings, which is attached to the absorber. The air escapes this way cools in the space between the glass pane and the absorber. The wall serves as Heat exchanger.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die gelochte Mauer mit einer Was serdampfbremse zum Innenraum hin versehen. Auf diese Weise gelangt kein Was serdampf vom Innenraum in den Luftkollektor. Diese Maßnahme ist erforderlich, weil der Wasserdampf an der Glasscheibe kondensieren könnte.According to one embodiment of the invention, the perforated wall with a What Provide the steam brake to the interior. In this way, no what comes steam from the interior to the air collector. This measure is necessary because the water vapor could condense on the glass pane.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Luft-Wasser- Wärmetauscher mit der heißen Luft aus dem Kollektor versorgt. Der Luft-Wasser- Wärmetauscher leitet die Wärme aus der heißen Luft an einen Wasserkreislauf mit Wasserspeicher ab. Der Luft-Wasser-Wärmetauscher wird vorzugsweise im Gegen stromprinzip betrieben, damit möglichst kühle Luft in den Kollektor zurückströmt, was den Kollektorwirkungsgrad erhöht und möglichst warmes Wasser in den Was serspeicher fließt, das erhöht die Nutzbarkeit der Wärme.According to an alternative embodiment of the invention, an air-water Heat exchanger supplied with the hot air from the collector. The air-water Heat exchanger transfers the heat from the hot air to a water cycle Water storage. The air-water heat exchanger is preferably in counter current principle, so that the coolest possible air flows back into the collector, which increases the collector efficiency and warm water in the what memory flows, which increases the usability of the heat.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Absorber mit Abstand haltern, welche vorzugsweise aus Schaumglas oder anderen thermisch isolierenden Materialien bestehen, an der Glasscheibe befestigt. Dabei muß die Verklebung, wel che vorzugsweise aus Silikon besteht, luftdicht sein, damit die gesamte Luftmenge, die durch den Kanal in den Zwischenraum zwischen Absorber und Glasscheibe ge langt, durch die Lochung des Absorbers strömt.According to a further embodiment of the invention, the absorber is at a distance holders, which are preferably made of foam glass or other thermally insulating Materials exist, attached to the glass pane. The gluing, wel che preferably made of silicone, be airtight so that the total amount of air, the ge through the channel into the space between the absorber and glass pane reaches, flows through the perforation of the absorber.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Luftkollektor mit einem Rahmen mit Laschen versehen, vorzugsweise ein Metallrahmen, an dem die Vergla sung befestigt ist. Der Rahmen erleichtert einen Transport des Luftkollektors von Produktionsstätte zum Einbauort. Am Rahmen sind Laschen befestigt, die eine Be festigung des Luftkollektors an der Außenwand eines Gebäudes, einen leichten Transport des Kollektors ermöglichen und den Kollektor beim Transport an die Bau stelle schützen.According to a further embodiment of the invention, the air collector is equipped with a Frame with tabs, preferably a metal frame on which the glazing solution is attached. The frame facilitates transportation of the air collector from Production site to the installation location. Straps are attached to the frame, which are a loading Fixing the air collector to the outside wall of a building, a light one Allow transport of the collector and the collector during transport to the construction protect job.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Luftkollektor, beste hend aus Rahmen mit Laschen, Glasscheibe, Abstandhalter, gelochter und be schichteter Absorber und flexiblem Luftkanal industriell vorgefertigt. Ein Luftkollektor von 5 m2 Fläche wiegt dabei etwa 80 kg und kann einfach an die Baustelle transpor tiert und dort an eine Außenwand montiert werden. Nachdem der Luftkollektor an das Gebäude montiert ist, kann der flexible Luftschacht am Wärmetauscher an geflanscht werden.According to a further embodiment of the invention, the air collector, best starting from frame with tabs, glass, spacers, perforated and be coated absorber and flexible air duct is industrially prefabricated. An air collector with a surface area of 5 m 2 weighs about 80 kg and can be easily transported to the construction site and mounted there on an outer wall. After the air collector is mounted on the building, the flexible air shaft can be flanged to the heat exchanger.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Innenraum und der Glasscheibe eine Wasserdampfbremse angeordnet. Die Wasserdampf bremse verhindert den Feuchtetransport vom Innenraum in den Kollektor und an die Glasscheibe. Die Wasserdampfbremse befindet sich vorzugsweise auf der Innen seite der Speicherwand.According to a further embodiment of the invention is between the interior and a water vapor barrier is arranged on the glass pane. The steam Brake prevents moisture transport from the interior to the collector and to the Glass pane. The water vapor barrier is preferably on the inside side of the storage wall.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Lochung des Absorbers im oberen Bereich des Absorbers mit einem größeren Lochanteil ausgeführt als im unsteren Bereich des Absorbers. Damit wird bewirkt, daß die Grenzschicht im obe ren Teil des Absorbers auch bei niedrigen Absauggeschwindigkeiten möglichst voll ständig abgesogen wird und sich keine Konvektion vom Absorber zur Glasscheibe ausbildet.According to a further embodiment of the invention, the perforation of the absorber executed in the upper area of the absorber with a larger proportion of holes than in our area of the absorber. This causes the boundary layer in the above Ren part of the absorber as full as possible even at low suction speeds is constantly extracted and there is no convection from the absorber to the glass pane trains.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt:The invention is illustrated below using an exemplary embodiment. It shows:
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Luftkollektor mit Anbindung an den Wär metauscher und an die Außenwand des Gebäudes. Fig. 1 shows a cross section through an air collector with connection to the heat exchanger and to the outer wall of the building.
Fig. 1 zeigt den Luftkollektor 1 bestehend aus einer transparenten Abdeckung, welche aus einer oder mehreren Glasscheiben 3 oder einer Glasscheibe 3 mit aufgebrachter Folie 4 besteht, aus einem Kollektorluftraum 5, einem gelochten oder geschlitzten Ab sorber 6, welcher mit Abstandhaltern 13 an der Glasscheibe 3 befestigt ist, einem Rah men 15 mit Laschen 17, welcher mit der Glasscheibe 3, z. B. mit Profilen 16 verbunden ist und weiterhin bestehend aus einem flexiblen Luftkanal 8, welcher am Absorber 6 be festigt ist und durch den Luft in den Kollektorluftraum 5 geführt werden kann. Weiterhin werden gezeigt: Dämmende Elemente 25, welche zwischen dem Rahmen 15 und der Gebäudewand 20 angebracht sind, die Dämmung 26 direkt hinter dem Kollektor und der Wärmetauscher 11. Der Wärmetauscher 11 ist nur schematisch ohne Wasseranschlüs se dargestellt. Die Öffnungen 21 in der Außenwand 20 zur Aufnahme der Luftkanäle 8 und 9 sind gestrichelt dargestellt. Eine Wasserdampfbremse 22 ist im Bereich des Kol lektors angebracht. Die Laschen 17 stellen die tragende Verbindung zur Wand her. Die Luft wird mit Hilfe der Ventilatoren 10 und 30, die den Luftstrom regeln, umgewälzt. Die Speicherwand 31 wird mit erwärmter Luft aus dem Kollektor durchströmt. Die Wasser dampfsperre 22 verhindert ein Eindringen von Wasserdampf in die Solarwand. Fig. 1 shows the air collector 1 consisting of a transparent cover, which consists of one or more glass panes 3 or a glass pane 3 with an applied film 4 , from a collector air space 5 , a perforated or slotted absorber 6 , which with spacers 13 on the glass pane 3 is attached, a frame men 15 with tabs 17 , which with the glass sheet 3 , z. B. is connected to profiles 16 and further consists of a flexible air duct 8 , which is fastened to the absorber 6 and can be guided through the air into the collector air space 5 . The following are also shown: insulating elements 25 which are fitted between the frame 15 and the building wall 20 , the insulation 26 directly behind the collector and the heat exchanger 11 . The heat exchanger 11 is shown only schematically without water connections. The openings 21 in the outer wall 20 for receiving the air channels 8 and 9 are shown in dashed lines. A water vapor brake 22 is attached in the area of the col lector. The tabs 17 establish the load-bearing connection to the wall. The air is circulated with the help of fans 10 and 30 , which regulate the air flow. The storage wall 31 is flowed through by heated air from the collector. The water vapor barrier 22 prevents water vapor from entering the solar wall.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19820156A DE19820156A1 (en) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | Solar energy collector for heating air has closed air circuit and has transparent front window, air space and perforated solar energy collector grid through which air can flow |
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Publications (1)
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Country Status (1)
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