DE3004364A1

DE3004364A1 - Solar-heizelement als gebaeudefassadenteil

Info

Publication number: DE3004364A1
Application number: DE19803004364
Authority: DE
Inventors: Peter J Lorenz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1980-02-06
Publication date: 1980-09-11
Also published as: CA1151039A; US4237865A; JPS55116056A

Description

Beschreibung

Die Erfindung "betrifft ein plattenfönniges Solar-Heizelement, das in vertikaler Lage an der Außenseite eines Gebäudes an= baubar ist, um die Luft in einem Baum des Gebäudes aufzuheizen_o

Das Solar-Heiζelement gemäß der Erfindung sieht eine verein= fachte und ästhetische Klargiasscheibenkonstruktion vor., äi® so ausgelegt ist, daß sie an der Außenseite eines Gebäudes in vertikaler Position angebracht werden kans und mit hohsa Wirkungsgrad Sonnenenergie benutzt, um den Innenraum des . Gebäudes aufzuheizen, an dem es angebracht ist_Q Ein Wärme-Sammler schließt die durch die Sonna aufzuheizende Luft un<± einen Wärmetauscher in sich ein, der im wesentlichen aus dünnen, nicht selbsttragenden Aluminiumfolien besteht und die Einheit zur Gebäudemauer oder Fassade hin abschließt. Auto= matisch betätigte Klappen steuern di© Luftströmung durch di© Einheit und aus dem und in das Gebäude sox-iie dem Wärmetauscher und einer hell glänzenden Oberfläche entlang, die an dem Gebäude angebracht ist. Zum Selbstschutz der Einheit bestimmte, automatisch betätigte Klappen sorgen für ein Ablassen aufgeheizter Luft in die Atmosphäre, sobald sich eine vorbestimmte hohe Temperatur in der Einheit eingestellt hat= Das Solarheizelement gemäß 'der Erfindung ist im allgemeinen auf ein kompaktes Wandpanel gerichtet, das an der Außenseite eines Gebäudes befestigt wird. Es besteht aus einem Gehäuse, das doppelte Klarglasscheiben abstützt, die von der Kauer des Gehäuses in einem Abstand liegen und die Sonnenstrahlen durchlassen„ Auf der Innenseite des Gehäuses oder als ein getrenntes und am Gehäuse angehaftetes Glied ist eine hellglänzende Aluminiumfolie oder dergleichen benachbart zur Fassadenverkleidung ©der der Hauer des Gehäuses angeordnet« Im Inneren des Elementes ist ein fot~ luftraum durch einen Wärmesammler gebildet der einen Wärmetauscher aufweist, welcher aus einem inneren, im allgemeinen dünnen Einzelglied aus Aluminiumfolie oder dergleichen besteht

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und mittels einem Rahmen abgestützt xifird. Die Folie ist an ihrer Innenfläche mit einer matt schwarz en !Farbe bestrichen, während sie dem Gebäude zugewandt eine helle glänzende Oberfläche zeigt. Die Wärmetauscherfolie erstreckt sich in Längsrichtung parallel und mit Abstand zu den Glasscheiben und auch zu der hellglänzenden Aluminiumfolie, die der Gebäudeoberfläche zugeordnet ist. Der Wärmesammler ist oben und unten geschlossen, so daß die Luft eingefangen wird, die durch die Sonnenstrahlen aufgeheizt wird, welche durch die Doppelglasscheiben eindringen. Die Luft heizt weiterhin den'aus Aluminiumfolie bestehenden Wärmetauscher, der im Abstand vor der hellglänzenden Oberfläche am Gebäude liegt. Durch den Abstand zwischen dem Wärmetauscherfolienglied und dem SOlienglied am Gebäude wird eine langgestreckte vertikale Passage in der Element gebildet, in dem durchströmende Luft von den Poliengliedern aufgeheizt wird.

Die langgestreckte Passage endet am oberen und unteren Ende in vergrößerten Bäumen.

Oberhalb des vergrößerten Raumes an der Unterseite ist ein horizontaler Durchgang in der Gebäudewand ausgebildet, der sich in den unteren Teil eines aufzuheizenden Baumes des Gebäudes hinein erstreckt. Unterhalb des vergrößerten Raumes an der Oberseite des Heizelementes ist ein weiterer horizontaler Durchgang durch die Mauer des Bebäudes vorgesehen, der sich in einen oberen Bereich des aufzuheizenden Raumes des Gebäudes hinein erstreckt. Unter gesteuerten Temperaturbedingungen strömt Luft aus dem unteren Bereich des Raumes durch den unteren Durchgang, daraufhin in die langgestreckte Passage, in der sis durch die Sonnenwärme bzw. den Wärmetauscher und die hellglänzenden, reflektierenden Oberflächen beim Hachobenströmen erhitzt wird, worauf sie als aufgeheizte Luft in den oberen Bereich des Raumes geleitet wird.

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Die Luftströmung wird durch eine Vielzahl von Klappen oder Ventilen gesteuert, die vorzugsweise automatisch durch Bimetallische Temperaturfühler betätigter sind.

Jeder horizontale Durchgang hat eine äußere Klappe an dem dem Raum zugewandten Ende und eine innere Klappe an dem der langgestreckten Passage zugewandten Ende. Die inneren Klappen schließen vor den äußeren Klappen, da die Einstellung für die inneren Klappen so gewählt wird, daß sie "bei einer niedrigeren Temperatur schließen, als die äußeren Klappen. Alle inneren Klappen öffnen oder schließen sich zur gleichen Zeit, wie auch alle äußeren Klappen.

Zusätzliche Selbstschutzklappen sind vorgesehen,um Öf fnuqgen. in dem Element freizugeben oder abzusperren, die am oberen oder unteren Ende benachbart zu den vergrößerten Bäumen vorgesehen sind. Diese Klappen öffnen sich, sobald die Temperatur in der langgestreckten Passage einen vorgewählten Wert erreicht, der höher ist, als die in dem Element erforderliche Temperatur. Durch diesen Selbstschutz wird die erhitzte Luft dann aus dem Solarpanel abgelassen.

Zusammengefaßt ist die Erfindung auf ein Solar-Heizelement gerichtet, das zur Montage in vertikaler Lage an einer Gehäuseaußenseite bestimmt ist. Das Element weist außenseitig Klarglasdoppelscheiben auf, die in einem Gehäuse mit horizontalem Zwischenraum zum Gebäude befestigt sind. Innerhalb des Gehäuses ist ein Wärmesammler vorgesehen, der innenseitig durch einen Wärmetauscher aus im wesentlichen dünnen IOlienmaterial abgeschlossen wird und mit Abstand innerhalb der Glasscheiben liegt. Der Wärmesammler schließt ein Luftvolumen .-ein, das durch die durch die Glasscheiben durchdringende Sonnenstrahlung aufgeheizt werden soll. Der Wärmetauscher hat eine

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nattschwarze Farbschicht an der Innenseite und eine blanke, helle Oberfläche an seiner dem Gebäude zugewandten Seite. Eine langgestreckte Passage erstreckt sich innerhalb des Elementes zwischen der Innenwand als Wärmetauscher aus blanker, heller J¹Olie und einer zweiten, blanken, hellen, dünnen Folie, die an der Fassade oder der äußeren Wand des Gebäudes anliegt. Ferner sind untere und obere Durchgänge vorgesehen, die von der langgestreckten Passage in untere und obere Bereiche eines Saumes des Gebäudes führen» Gelenkig befestigte und temperaturgesteuerte Klappen sind an beiden Enden der Durchgänge vorgesehen, um den Strom der kühleren Luft durch den unteren Durchgang von dem unteren Bereich des Raumes in die langgestreckte Passage -steuern, um sie darin aufzuheizen und von dort aus durch den oberen Durchgang in den oberen Bereich des Raumes zu leiten«, Zusätzlich sind noch Selbstschutzklappen am oberen und unteren Ende der Einheit vorgesehen, welche sich zur umgebenden Atmosphäre öffnen können, um aufgeheizte Luft aus dem Element abzulassen, wenn besondere, vorherbestimmte und ungewöhnlich hohe Temperaturzustände eintreten.

Das Solar-Heizelement gemäß der Erfindung besitzt weitere Merkmale, die nachstehend im Detail erläutert werden.·

In den beiliegenden Zeichnungen wird eine bevorzugte Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung verdeutlicht, mit der die zuvor erwähnten Vorteile und Merkmale klar offenbart werden, zusammen mit weiteren Vorteilen und Merkmalen, die sich aus der nachstehenden Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen der Erfindung ergeben.

Es zeigt;

Fig. 1 eine Stirnansicht eines Heizelementes gemäß der Erfindung, bei dem Teile weggebrochen sind, um Wasser=·

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heizrohren erkennbar zu machen;

Pig. 2 einen Schnitt in der Ebene 2-2 von Pig. 1 bei einer Stellung des Elementes, bei der die oberen und unteren Klappen zum aufzuheizenden Raum offen sind und Luft von dem unteren Bereich des Raumes in die langgestreckte Passage eintritt, wo sie axt Solarenergie aufgeheist wird und danach in den oberen Bereich des Raumes strömt;

Pig. 3 einen dem von Pig. 2 ähnlichen Schnitt durch das Solarheizelement, der dieses in einer Stellung zeigt, ■ bei der die inneren Klappen offen und die äußeren oder dem Raum zugewandten Klappen sowie die Selbstschutzklappen geschlossen sind und die im Element befindliche Luft aufgeheizt wird;

Fig. 4· einen dem von Pig. 2 ähnlichen Schnitt durch das Element bei einer Wintereinstellung, z.B. vor Sonnenaufgang, bei der die äußeren Klappen mit einer Einstellung geöffnet sind, während die inneren oder Raumklappen noch geschlossen sind;

Pig. 5 einen dem von Pig. 2 ähnlichen Schnitt durch ein Element in einer Stellung, bei der die unteren und oberen Selbstschutzkläppen gegen die Atmosphäre offen sind, um di© überhitzte Luft innerhalb des Elementes abzulassen, und bei der die inneren Klappen offen und die äußeren Klappen geschlossen sind, so daß aus dem Raum keine Luft in die langgestreckte Passage strömen kann und keine aufgeheizte Luft in den Raum geleitet wird;

Pig. 6 eine Schnittansicht eines Teiles des Heizelementes unter Verdeutlichung einer zusätzlichen Selbstschutzkonstruktioa, wobei die äußeren Klappen in geschlossener Stellung sind?

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Fig. 7 eine der von Pig. 6 entsprechende Schnittansicht des . Elementes in einer Stellung, bei der die Außenklappen durch äußere Bimetallregler bei Temperaturen oberhalb von 1O⁰C - 15,55⁰C geöffnet wurden;

Fig. 8 eine der von Fig. 6 entsprechende Schnittansicht des Elementes in einer Stellung, bei der die äußeren Klappen offen und die inneren Selbstschutzbimetallregler durch überhöhte Temperaturen von 57,2O⁰C - 65,56⁰C betätigt sind und die äußeren Klappen offen halten; und

Fig. 9. eine der von Fig. 6 entsprechende Schnittanslcht des Elementes in einer Stellung, bei der die inneren Selbstschutsbimetallregler die ihnen zugeordneten Klappen fest verschließen, d. h. eine Stellung in einer extrem kalten Nacht.

Γη den Zeichnungen wird ein Heizelement oder Heizpanel dargestellt, welches ein Gehäuse 1 mit oberen und unteren, sich vertikal erstreckenden Flanschen 2 aufweist, die an einer Gebäudewand mit 3 Ankerbolzen 4- befestigt sind.

Die Flansche 2 sind mit oberen und unteren, sich horizontal erstreckenden Schließblechen 5 des Gehäuses 1 verbunden, die sich über eine vorbestimmte Strecke horizontal nach außen erstrecken, um das Gehäuse 1 einem vorbestimmten Abstand von der Gebäudemauer 3 zu halten. Die Schließbleche 5 sind am äußeren Rand an einem Rahmen 6 des Gehäuses 1 befestigt, das aus Fig. 1 mit rechteckigem Querschnitt hervorgeht.

Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich ein geschlossener Wärme sammler 7· Obere und untere Glieder 8 des Wärme Sammlers 7 erstrecken sich vom Rahmen 6 horizontal einwärts, und zwar innerhalb der Schließbleche 5, damit Räume 9 am unteren und

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oberen Ende des Heizelementes gebildet werden. Der Wärmesammler 7 ist an seinen Seiten geschlossen und wird an seiner Innenseite vervollständigt durch ein einzelnes, im allgemeinen dünnes, nicht selbsttragendes Folienglied aus einem hellen, glänzenden, blanken Werkstoff, wie Aluminium oder dergleichen, das als Wärmetauscher 10 wirkt und an seinen gegenüberliegenden Enden an den oberen und unteren Rahmenteilen 8 befestigt ist. Die Dicke der Folie des Wärmetauschers 10 liegt in dem für solche Anwendungszwecke üblichen Bereich.

Der Wärmesammler 7 wird an der Außenseite durch doppelte und mit einem horizontalen Zwischenraum angeordnete c ^- scheiben'11 vervollständigt, die im Rahmen 6 befestigt sind. Die gegenüberliegenden Enden der Scheitel 11 sind in abgedichteten Hüten des Rahmens 6 und entsprechenden Flanschen 13 eingeschlossen, welche sich zwischen dem oberen und unteren Schließblech 5 des Wärmetauschers 7 erstrecken. Distanzstücke aus Kunststoff oder Aluminium sind abwechselnd zwischen den Glasscheiben 11 eingesetzt, um diese abzustützen, Überlicherweise sind die Glasscheiben 11 an der Innenseite chemisch beschichtet, damit keine überstarke Kondensation zwischen den Scheiben auftritt. Zusätzlich können auch Entlüftungslocher 15 zum Beseitigen eines Kondensats angebracht sein. Üblicherweise ist die äußere Glasscheibe mit einer gerippten Oberfläche 16 versehen (Fig. 3)> um lästige Reflektionen zu eliminieren.

Die beschriebene Konstruktion des Wärmesammlers 7 schafft eine Totluftraum zwischen den Scheiben 11 und der Folie 10, in dem die Luft durch die Sonnenstrahlen aufgeheizt wird, welche die Scheiben 11 passieren. TJm den Aufheizeffekt der Luft zu verstärken, ist die Innenseite der Folie des Wärme-

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tauschers 7 mit einer matt schwarzen Farbe beschichtet. Hin-" gegen-ist die Außenseite des Wärmetauschers 10, der Gebäudemauer 3 zugewandt ist, mit einer blanken, hellen Oberfläche ausgestattet, um von der innerhalb des WärmeSammlers 7 erhitzten Luft Wärme auf die luft zu übertragen, welche hinter dem Wärmetauscher 10 nach oben strömt.

Der Folienwärmetauscher 10 ist im Abstand außerhalb der Gebäudemauer 3 angebracht, welche mit einem allgemeinen dünnen, nicht selbsttragenden Polie eines hellen, blanken und reflektierenden Materials,z.B. Aluminium, bedeckt ist. Die Folie 17 ist. entweder selbstständig an der Mauer 3 befestigt oder bildet einen Teil des erfindungsgemäßen Heizelementes. Eine langgestreckte Passage ist auf diese Weise zwischen dem Wärmetauscher 10 und der Folie 17 gebildet, durch welche die aufzuheizende Luft dsm Element entlang aufwärts strömt. Die blanke Folie 17 reflektiert die Hitze aus der strömenden luft von der Gebäudemauer 3 weg und schützt letztere einerseits, während sie andererseits dafür sorgt", daß die Wärme in dem Luftstrom der Passage 13 verbleibt.

TJm einen hinter der Gebäudemauer 3 liegenden Raum mit Hilfe des Heizelementes aufzuheizen, erstreckt sich ein unterer Durchgang 20 durch die Mauer, welche bei 19 isoliert ist. Der Durchgang beginnt von der langgestreckten Passage Ί8 oberhalb eines unteren vergrößerten Raumes 9 und führt in den Raun. Ein ähnlicher, oberer Durchgang 21 erstreckt sich durch die Gebäudemauer, ausgehend von der langgestreckten Passage 18 und einem oberen, vergrößerten Raum 9. Der Durchgang 21 führt zum gleichen Raum, wie der Durchgang 20.

Der untere Durchgang 20 kann zur Innenseite des Raumes durch eine Elappe 22 geöffnet oder geschlossen werden, die über ein Scharnier 23 an der Gebäudemauer 3 befestigt und mit Hilfe

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eines bimetallischen Temperaturfühlers 24 betätigbar ist. Die Verstellung, erfolgt abhängig von der Temperatur, auf welche der !Fühler 24 eingestellt ist. Der Fühler 24 ist an seinem einen Ende an der Gebäudemauer 3 und an seinem anderen Ende an der Klappe 22 befestigt. In gleicher Weise kann der obere Durchgang 21 geöffnet oder geschlossen werden ,bei dem ein Ventil oder eine Klappe 25 an der Innenseite der Gebäudemauer mit einem Scharnier 26 befestigt und durch einen"Bimetalltemperaturfühler 27 in Abhängigkeit von dessen Temperatureinstellung geöffnet oder geschlossen wird. ITormalerweise wird die obere Klappe 25 geschlossen, wenn die untere Klappe 22 geschlossen ist (Pig. 3 und 5) oder beide Klappen sind gleichzeitig offen (rig. 2, 4). .j

Der untere Durchgang 20 kann ferner durch ein Ventil oder eine Klappe 28 zur langgestreckten Passage 18 an der Außenseite der Gebäudemauer geöffnet oder geschlossen werden. Die Klappe 28 ist über ein Scharnier 29 an der Gebäudemauer 3 angebracht und wird selbsttätig durch einen Bimetalltemperaturfühler 30 in Abhängigkeit von dessen Schalttemperatur geöffnet oder geschlossen. In gleicher Weise kann der obere Durchgang 21 auch noch zur" "langgestreckten Passage 18 hin durch ein Ventil oder eine Klappe 31 geschlossen oder verbunden werden. Die Klappe 31 ist über ein Scharnier 32 an der Gebäudemauer 3 angeordnet und wird selbstständig durch einen Bimetalltemperaturfühler 33 in Abhängigkeit von dessen Schalttemperatur geöffnet oder geschlossen. Gewöhnlich werden die beiden Klappen 28 und 31 gleichzeitig geöffnet oder geschlossen.

Um das Heizelement mit einer Selbstschutzkonstruktion auszurüsten, sind verschiedene Merkmale verwirklicht. Die vergrößerten Räume 9 am unteren und oberen Ende des Elementes

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stehen über entsprechende untere und obere Öffnungen 34 im • Rahmen 6 mit der Umgebungsatmosphäre-in Verbindung. Die untere öffnung 34 -&axni durch eine Klappe 35 geöffnet oder verschlossen werden, die am Rahmen 6 über ein Scharnier befestigt ist. Die Klappe 35 wird automatisch durch einen Bimetalltemperaturfühler 37 in Abhängigkeit von dessen Schalttemperatur geöffnet oder geschlossen. Die Schalttemperatur des Temperaturfühlers 37 wird normalerweise höher gewählt, als die Schalttemperatur der Klappen der Durchgänge 20 und 21. Der Temperaturfühler 37 ist an der Klappe 35 und dem unteren Glied 8 des Wärmetauschers 7 befestigt. Die. obere öffnung 34- kann in gleicher Weise durch ein Ventil oder eine Klappe 38 geöffnet oder geschlossen werden, welche am Rahmen 6 über ein Scharnier 39 klappbar ist. Die Klappe 38 wird selbsttätig durch einen birnetallisehen Temperatursensor 40 in Abhängigkeit von dessen Schalttemperatur geöffnet oder geschlossen. Die Schalttemperatür des Fühlers 40 ist normalerweise höher, als die Schalttemperatur der Fühler für die Durchgänge 20 und 21. Der Temperaturfühler 40 ist einerseits einer Klappe 38 und andererseits am oberen Glied 8 des Wärmesammlers 7 befestigt. Die Selbstschutzklappen 35 und 38 werden normalerweise beide gleichzeitig geöffnet oder geschlossen.

Als eine zusätzliche Selbstschutzeinrichtung ist an der Oberseite und der Unterseite des erfindungsgemäßen Heizelementes ein Stopfen 41 aus Plastik oder Metall eingesetzt, der bei einer vorbestimmten Übertemperatur schmilzt und eine Entlüftung der überhitzten Luft gestattet, falls die Klappen 35 und 38 beschädigt oder funktionsgestört sind. Um die Klappen 35 und 38 davor zu sichern, daß sie der Wind schlagartig aufreissen könnte, besteht jede Klappe aus Metall

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oder gegebenenfalls Kunststoff mit einem Metalleinsatz. Das Metall wirkt mit.einer magnetischen Klemmdiclitung 43 zusammen, die an der Außenseite von oberen und unteren, vertikalen Planschen der Schließbleche 5 und 6 des Gehäuses 1 befestigt ist, und gegen welche die Klappen 35 und 38 beim Schließen anliegen.

Die Wirkungsweise des Heizelementes oder der Heizeinheit wird nachstehend in Verbindung mit der Einstellung der unterschiedlichen Klappen beschrieben.

Gemäß Fig. 2 ist beispielsweise eine Einstellung für den Winterbetrieb angedeutet. Es ist deshalb der Temperatur^ ,- "4 der unteren inneren Klappe 22 durch den Bewohner des Saumes eingestellt, bei einer Temperatur zwischen 20 C Ibis 23₅87 C zu schließen, und unterhalb dieser Temperatur offen zu bleiben, wie durch die Stellungen in Pig. 2 angedeutet ist. Der Fühler 30 der äußeren unteren Klappe 28 wurde voreingestellt auf eine Temperatur von z.B. 26,65° C. Bei dieser Temperatur öffnet die Klappe 28, bei höheren Temperaturen bleibt sie offen. Zur gleichen Zeit ist der Fühler 27 der oberen inneren Klappe 25 so eingestellt worden, daß er bei einer ausgewählten Temperatur zwischen 21,1° C und 29,42°· C schließt. Unterhalb dieser Temperatur bleibt die Klappe 25 offen (Fig. 2). Der Fühler 33 der oberen äußeren Klappe 31 ist so voreingestellt, worden, daß die Klappe 31 bei einer Temperatur von 26,65° C öffnet und darüber offen bleibt. Bei diesen Einstellungen strömt die aufzuheizende Luft durch den unteren Durchgang 20 in die langgestreckte Passage 18, in der sie von der Sonnenenergie aufgeheizt wird, und wird dann durch den oberen Durchgang 21 in den Raum des Gebäudes 3 zurückgeführt. Die untere Selbstschutzklappe 35 und die obere Selbstschutzklappe 38 sind mit ihren Temperaturfühlern so eingestellt, daß sie bei Temperaturen öffnen,-die zwischen 37,78° C - 62,79° C liegen.

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In Pig. 2 sind sie geschlossen, da die Temperatur in dem Element diesen hohen Temperaturbereich noch nicht erreicht hat.

Im Sommer wird die Temperatureinstellung der Temperaturfühler für die inneren Klappen 22 und 24- auf ca. 12,77° C 15»55° C geändert werden.

Fig. 3 verdeutlicht die Stellung der Klappen beim Heizen des Elementes. Unter diesen Bedingungen sind die Temperaturfühler 30 und 33 bei 26,65° C zum öffnen der Klappen und 33 veranlaßt worden, während die Temperaturfühler 24- und 27 noch keine Betriebsstellung erreicht haben, die Wärmebedarf für den Raum anzeigt, so daß die Klappen 22 und 25 noch nicht geöffnet wurden.

Pig. 4- verdeutlicht das Heizelement in einer Betriebsstellung vor Sonnenaufgang, bei der es zur Wärmeaufnähme bereit ist, jjedoch noch keine Wärme erzeugt wird. Demzufolge ist die innere untere Klappe 22, die auf 20° C eingestellt wurde, offen, und die innere obere Klappe 25, die auf 23,87° C eingestellt wurde, ist ebenfalls offen. Alle anderen Klappen des Elementes sind geschlossen.

In Pig. 5 sind die Temperaturfühler 37 und 40 der Selbstschutzklappen 35 und 38 auf eine Temperatur von z.B. 57,20° C eingestellt. Diese Temperatur wurde mittlerweile erreicht, so daß die erwärmte Luft in die Atmosphäre abgelassen wird und die Außenumgebungsluft in die langgestreckte Passage am unteren Ende eindringen kann und die erwärmte Luft nach oben ausschiebt.

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Um in dem Heizelement V/asser zu erwärmen, insbesondere in der Sommerzeit," sind Wasserheiarolire oder Spulen 43 in dem oberen, vergrößerten Raum angebracht, wie in den Fig. 1 und 2 angedeutet wird. Von diesen erstrecken sich Leitungen 44 in das Innere des Eaumes. Um überhitzungsprobleme vermeiden zu können, ist hier ein Sicherheitsventil 4-5 vorgesehen, das auf einen vorbestimmten Temperaturwert eingestellt wird und dann das Wasser abläßt.'

Die Fig. 6-9 offenbaren zusätzliche Sicherheitsmerkmale, die bei Heizelementen gemäß der Erfindung verwirklicht werden können.

Aus-Fig. 6 ist ein äußerer Biaetallregler 46 im oberen-!eil des Heizelementes und ein zweiter, äußerer Bimetallregler 4-7 im unteren Teil des Elementes gezeigt. Der Eegler 4-6 der oberen Klappe 4-8 durch eine Kette 4-9 verbunden, die in durchhängender Lage gezeigt ist. Die Klappe 48 wird durch Schwerkraft geschlossen. In gleicher Weise ist der Bimetallregler 4-7 durch eine Kette 51 Ei* einer unteren Klappe 50 verbunden, wobei die Kette ebenfalls durchhängt. Ein innerer, oberer Bimetallregler 52 ist mit einer oberen Klappe 48 durch eine Kette 53 verbunden, welche durchhängt. Ein unterer innerer Bimetallschalter 54 ist mit der unteren Klappe 50 durch eine Kette 55 verbunden, welche ebenfalls durchhängt. In diesen Stellungen der geschlossenen Klappen 48 und 50 fließt keine Luft durch die Durchgänge 56 und das Heizelement ist in Ruhe oder produziert Wärme, die in das Gebäude geliefert wird, an dem das Heizelement befestigt ist.

Gemäß Fig. 7 ist die obere, äußere Klappe 48 und die untere äußere Klappe 50 geöffnet, da sie durch die Bimetallregler und 47 infolge einer über 10° C - 15,55° G gestiegenen Tempe-

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ratur betätigt wurden. Alle Ketten 49, 51, 53 und 55 sind gespannt. Die äußeren Bimetallregler 46 und 47 ziehen die Klappen 48 und 50 in eine offene Stellung. Dieser Betriebszustand der Klappen 48 und 50 tritt beispielsweise um 7 Uhr morgens einem Sommertag auf, um eine Kühlung des Heizelementes zu bewirken, ehe die Temperaturen von 57,20° C innerhalb dem Element auftreten könnten. Auf diese Weise wird auch die Oberfläche des Gebäudes gegen die höhere Außentemperatur abgeschirmt und auf einer niedrigeren Temperatur gehalten, als das innere Selbstschutzsystem des Heizelementes anbieten könnte.

Gemäß Pig. 8 verdeutlicht eine Betriebsstellung des Heizelementes, bei der die inneren Bimetallregler 52 und 54 betätigt sind, um die Klappen 48 und 50 in ihre offene Position zu drängen. Dies ist bei üb ertemperaturen von 57,20 65,56° C der EaIl. Die äußeren Bimetallregler 46 und 47 sind passiv, so daß ihre Ketten 49 und 51 durchhängen, wie auch die Ketten 53 und 3^> der inneren Bimetallregler 52 und 54.

Gemäß Eig. 9 sind die Klappen 48 und 50.in geschlossener Stellung gezeigt, repräsentativ für einen sonnenscheinlosen Wintertag oder eine extrem kalte Nacht bei z.3„ minus 24° Co Bei diesem Betriebszustand haben die inneren Bimetallregler 52 und 54 ihre Ketten 53 und 55 gespannt, um die Klappen 48 und 50 dicht zu verschließen, während die äußeren Ketten 49 und 51 durchhängen.

Die vertikale Anbringung des Solar-Heizelementes gemäß der Erfindung führt zu dem besonderen Vorteil, daß trotz des geringen Einfallswinkels der Sonnenstrahlen infolge der . niedrigeren Position der Sonne im Winter die Sonnenstrahlen mit einem verhältnismäßig großen Auftreffwinkel auf das Heiz-

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element gelangen. Im Sommer führt der große Einfallswinkel der Sonnenstrahlen von der hochstehenden Sonne., infolge der vertikalen Position des Elementes zu einer teilweisen Eeflektion und damit zu einer verringerten Aufheizung des Heizelementes. Das Heizelement kann auch mit dem reflektierten Licht von anderen Gebäuden oder von einem aufgeschütteten und mit Eis oder Schnee bedeckten Erdhaufen betrieben werden.

Obwohl die Klappen vorzugsweise selbsttätig durch die !Fühler verstellt werden, lassen sie sich auch manuell betätigen. Die Temperaturfühler zum Betätigen der Klappen sind manuell auf die gewünschten Temperaturen einstellbar, und zwar von außerhalb des Elementes innerhalb des Gebäudes mit Hilfe van Kurbeln, die nicht gezeigt sind. Mit den Kurbeln wird das Metall der Bimetallfühler auf die gewünschten Temperaturwerte eingestellt.

In dem Gebäude ist Platz gelassen, um das Element oder mehrere Elemente aufzunehmen, so daß diese in das Gebäude intergriert werden und einen optisch ästhetischen Eindruck vermitteln.

Bisher übliche Fassadenverkleidungen und die diesbezügliche Technologie hat die thermischen und chemischen Wirkungen, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vernachlässigt. Bisher übliche Passädenverkleidungsmaterialien unterbinden vielmehr die Wirkung der Solarenergie, um den Gebäudemauern im Winter Wärme zu geben, wenn sie gebraucht wird, und vermeiden ferner eine Kühlung der Gebäudemauern oder deren Beschattung im Sommer, wenn dies erforderlich wäre. Die bisher üblichen Fassadenverkleidungsmaterialien bestehen hauptsächlich aus isolierender Masse, um jegliche unerwünschte Wärmeverluste oder Wärmegewinne zu moderieren.

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Im Winter wird die Passadenverkleidung durch, die Sonneneinstrahlung aufgeheizt, sie gibt jedoch diese Hitze wieder an die kalte Atmosphäre ab und nicht in die Gebäudemauer hinein. Im Sommer wird die Fassadenverkleidung ebenfalls aufgeheizt und zwar infolge der höheren Außentemperaturen. Die fassadenverkleidung kann diese gewonnene Wärme nicht nach außen abgeben und wirkt demzufolge häufig als hitzeübertragendes Glied, welches im Inneren des Gebäudes Wärme abgibt. Allgemeine Bestrebungen und die geringeren Herstellungskosten haben die Verwendung solcher Materialien für die Passadenverkleidung im verstärkten Maße bewirkt.

Weiterhin sind die außenliegenden Passadenverkleidungsmaterialien bisher stets den äußeren Einflüssen ungeschützt preis gegeben, wodurch korrosive Verschmutzungen die Lebensdauer dieser Elemente verringern und ihre Pärbung ausbleichen oder verändern.

Andere Probleme konventioneller Passadenverkleidungen ergeben sich durch die thermische Expansion oder Eonuntraktion. Große Längen von massiven Außenverkleidungen werden bei Temperaturschwankungen bis über 65,56° C gebrochen, verzogen oder rissig. Die Ermüdung der Oberfläche führt zu einer Verkürzung der Gebrauchsdauer*des gesamten Materials.

Im Winter, wenn das Heizelement gemäß der Erfindung vom Licht getroffen wird, wird die gewonnene Wärme nicht an die Atmosphäre abgegeben, sondern wird dem Inneren des Gebäudes zugeführt oder zum Erwärmen der Außenwand des Gebäudes benutzt, wodurch sich ein verringerter Wärmeverlust durch die Außenwände des Gebäudes ergibt. Im Sommer, wenn eine Heizung nicht gebraucht wird, wird das Heizelement nicht erhitzt, da eine wirksame Durchlüftung des aufgeheizten Elementes diese Wärme

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in die Atmosphäre ableitet. Obwohl das Element bzw. eine von solchen Elementen gebildet-Fassadenverkleidung der Sonnenbestrahlung ausgesetzt wird, bleibt die Außenmauer des Gebäudes im Schatten. Konventionelle Passadenverkleidungen an Gebäuden schaffen nur aufgeheizte Kontaktpunkte oder aufgeheizte Luftspalte benachbart zu den Gebäudewänden. Weiterhin reflektiert die transparente Oberfläche des erfindungsgemäßen Heizelementes im Sommer einen Großteil der nichtgebrauchten Strahlungsenergie, da der hohe Einfallswinkel der Sonnenstrahlen an den vertikalen Oberflächen des Elements abgestrahlt wird. Konventionelle Fassadenverkleidungswerkstoffe und die dafür verwendeten Konstruktionen zeigen diese Tendenz nicht. Weiterhin wird erfindungsgemäß erzielt, daß im Sommer die zum Entlüften des Elementes bestimmte, aufgeheizte Luft über Röhren im oberen Selbstschutzbereich geleitet wird, und das Haushaltsbrauchwasser vorheizt. Dies läßt sich bei konventionellen Fassadenverkleidungen nicht erreichen.

Da das Heizelement gemäß der Erfindung eine äußere transparente Schicht aus Glas oder Plastik oder dergleichen hat, leidet es nicht so unter dem Einfluß der Elemente und von Verschmutzungen, wie konventionelle Verkleidungen. Das farblose Äußere der Elemente kann nicht ausbleichen. Ferner können die Glasscheiben, da sie dicker sind als Farbaufträge oder ein Beschichtungsfilm nicht abblättern. Sie können ferner nicht rosten und unbiegbar und unzerbrechlich sein.

Da die matt schwarze Färbung im Inneren des Heizelementes. auf eine dünne Metallfolie aufgebracht ist, welche in einem Rahmen gestützt wird, kann die Metallfolie sich über einen großen Temperaturbereich ausdehnen und zusammenziehen. Sie ist dabei aber nicht so steif, daß sie die matt schwarze Farb-

schicht ausbeulen oder zerbrechen könnte, wie dies in üblichen, steifen Solar-Heiζeinrichtungen der Pail ist. Da der Farbauftrag zusätzlich gegen Wind und Eegen geschützt ist, kann er nicht frühzeitig korrodieren, woraus sich eine extrem große Lebensdauer für diese Elemente ergibt.

Der aus dünner Folie bestehende Wärmetauscher läßt sich darüber hinaus mit geringem Kostenaufwand austauschen, z.B. wenn eine andere Farbe für die innere Oberfläche des Elementes erwünscht ist. Dies ist für den Besitzer ein besonders wunschenwert.es Merkmal, wenn er. der bisherigen Farbe überdrüssig wird, oder wenn der Wärmetauscher des Heizelementes durch einen Unfall beschädigt, wird. Der Aufbau des erfindungsgemäßgen Elementes erlaubt den Ersatz von Elementteilen oder des gesamten Elements mit relativ geringen Kosten. Dies läßt sich für die konventionellen Fassadenverkleidungsstrukturen nicht behaupten.

Der wichtige Aspekt, eine blanke, glänzende Metallfolie . zum Schutz der Außenmauer des Gebäudes zu verwenden, wurde bisher von anderen nicht beachtet. In der üblichen Technik von Fassadenverkleidungen ist eine Isolation oder ein Werkstoff, der isolierend wirkt, verwendet, um Wärmegewinn oder -verlust zu vermeiden. Obwohl dies für einige Zeit einen durchaus akzeptables Verfahren darstellte, war es sperrig, teuer und bei einigen Werkstoffen sogar gefährlich. Blanke Folien in der Konzeption gemäß der vorliegenden Erfindung wirken zum Vermeiden von Wärmegewinn oder Wärmeverlusten in der äußeren Gebäudewand. Sie sind vorteilhaft billig, sicher und kompakt.

Der wichtige Aspekt der Verwendung einer einzelnen, nicht selbsttragenden Metallfolie als ein Wärme sammler und Wärme-

austauscher wurde "bislang also ignoriert. Datei wurde auch übersehen, daß die geringe Dicke dieser" PoIien gleichzeitig ' auch zu einer erwünschten !Flexibilität unter thermischer Expansion führt und daß keine Oberflächenbeschichtungen zer-• brechen können oder Haarrisse erhalten. Weiterhin wird infolge der dünnen Masse eine schnellere Aufheizung dieses Materials erzielt, als bei steifen und massiven Platten oder Flächenelementen, so daß eine raschere EnergieSammlung bei abwechselnder Bewölkung und Aufheiterung erzielbar ist. Es ist wichtig, daß die nicht se Ib st tragende !Folie an der Außenseite der Gebäudewand als Wärmetauscher blank und hell ist. Dies" erlaubt eine rasche Wärmeübertragung im die vorbeistreichende Luft. Die blanke Folie sorgt für diese Wärmeübertragung wesentlich besser als normale steife Platten oder Schichten.· Die Folie ist ein 'wesentlich wirkungsvollerer Wärmetauscher. Zudem sind solche Folien leichter und billiger als andere, metallische Produkte, für solche Zwecke. Das-vorliegende Element ist zudem leichter als bekannte Typen solcher Elemente und erspart somit Energie und Arbeitskraft beim Transport und beim Anbringen an den Gebäudeaußenwänden. Das "geringe Gewicht bedeutet ferner eine geringere Belastung des Gebäudes und läßt einen rascheren und leichteren Bau des Gebäudes zu.

Im allgemeinen braucht eine solche Metallfolie nicht dicker zu sein, als ein übliches Baumblatt."nominelle Dicken von einem Tausendstel bis zu einem Zehntausendstel von 25,4- mm sind durchaus übliche Dickenwerte für Folien gemäß der Erfindung. Beide in dem Element gemäß der Erfindung verwendeten Folien besitzen eine Dicke, die es erforderlich macht, sie in einem Rahmen abzustützen. Im Eahmen der Erfindung sind ver- ' schiedene Arten möglich, die Erfindung praktisch auszuführen. Die nachfolgenden Patentansprüche heben die erfindungsgemäße Lösung besonders hervor.

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Claims

Ξ N TA N WALTE

A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

□ft-ING

W. STOCKMAIR

Ofl-ING.·/« (CAUECH)

K. SCHUMANN

DR FER NAT-OPL-PHYS

P. H. JAKOB

DIPL-INS

G. BEZOLD

DR RSlNAT.- CIPL-CHBU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSS 43

6. Feb. 1980 P 14 700

Peter J. Lorenz

Route 1, Box

Jefferson, Wisconsin 535^9,

Solar-Heizelement als Gebäudefassadenteil

Patentan Spruche

Λ J Salar-Heizelement als Gebäudefassadenteil, das zum Beheizen des Innenraumes des Gebäudes in annähernd vertikaler Lage an der Außenseite des Gebäudes angebracht ist, gekennzeichnet durch ein an dem Gehäuse befestig» bares Gehäuse (1) mit einem Rahmen (S), der von einer Außenwand (3) des Gehäuses einen horizontalen Abstand aufweist, durch im Rahmen (6) in annähernd vertikaler Lage doppelt angeordnete Glasscheiben (11), durch einen geschlossenen Wärme sammler (7)« der in dem Element durch obere und untere Halte glieder (8) festgelegt^ an seiner Außenseite durch dia Glasscheiben (11) und an seiner Innenseite durch einen :- - '--

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nicht selbsttragenden, folienähnlichen Wärmetauscher (10) ."begrenzt wird,. welcher zum Ausbilden eines Totluftraumes, . in dem die eindringenden Sonnenstrahlen die enthaltene Luft aufwärmen können, von den Glasscheiben (11) in horizontaler Sichtung einen Abstand einnimmt, wobei die innere Oberfläche des Folienwärmetauschers (10) eine matt schwarze Färbung und die äußere Oberfläche des Folienwärmetauschers (10) mit einer blanken, reflektierenden Oberfläche ausgestattet ist, durch ein blankes, folienähnliches, reflektierendes Material (17)» das im Erstreckungsbereich des Heizelementes an der Außenseite der Gebäudemauer (3) mit einem horizontalen Abstand von dem Folienwärmetauscher (10) angeordnet ist, derart, daß eine langgestreckte Passage (18) zwischen den Folien (10 und 17) ausgebildet ist, durch einen ersten Durchgang (20) durch die Gebäudemauer (3) zu einem unteren Bereich der langgestreckten Passage (18), durch einen zweiten Durchgang (21) durch die Gebäudemauer zu einem oberen Bereich der langgestreckten Passage (18), durch temperaturgesteuerte Schließeinrichtungen (22, 28) zum öffnen und Verschließen des ersten Durchganges unter vorbestimmter lemperatureinstelluerten, um die Luftströmung aus dem zu beheizenden Saum in die langgestreckte Passage (18) zu regeln, und durch zusätzliche temperaturgesteuerte Schließeinrichtungen (25, 31) zum öffnen und Verschließen des zweiten Durchganges (21), um die Strömung von erwärmter Luft in den Baum des Gehäuses durch den zweiten Durchgang zu regeln.

2· Solar-Heiz element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) untere und obere Luftof fnungen (34·) zur Außenatmosphäre vorgesehen sind und daß normalerweise geschlossene, temperaturgesteuerte Selbstschutzglieder (35, 38) bei vorbestimmten, potentiell gefährlichen übertemperaturbedingungen die Luftöffnungen (3*0 zur Atmosphäre freigeben, um den Eintritt von Außenluft und das Ausschieben von erwärmter Luft aus dem Element zuzulassen.

3. Solar-Heiselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturgesteuerten Schließeinrichtungen (22, 28) des ersten Durchganges (20) eine innere Klappe (22) aufweisen, die über dem inneren Ende des Durchganges (20) schwenkbar gelagert ist und von einem Mmetallischen Temperaturfühler (2H-) betätigbar ist, der an der Klappe (22) und der Gebäudemauer (3) befestigt und auf einen vorherbestimmten Temperaturwert einstellbar ist, bei dem er die Klappe (22) in ihre Offen- oder Schließstellung bringt, daß die Schließeinrichtungpi ferner eine äußere Klappe (28) aufweisen, die über dem äußeren Ende des Durchganges (22) schwenkbar angebracht und mit einem Bimetalltemperaturfühler (30) verbunden ist, der auf einen vorbestimmten Temperaturwert einstellbar ist, der höher ist, als der Temperatureinstellwert für die innere Klappe (22), und daß die temperaturgesteuerten Schließeinrichtungen (31, 25) des zweiten Durchganges (21) eine innere und eine äußere Klappe (25, 31) aufweisen, die jeweils über dem inneren bzw. äußeren Ende des Durchganges (21) an der Gebäudemauer (3) schwenkbar befestigt sind und mit jeweils einem bimetailischen Temperaturfühler (27, 33) an der Gebäudemauer in Verbindung stehen, wobei die Temperaturfühler (27, 33) auf einen vorbestimmten Temperaturwert _teinstfellbar sind, der bei dem äußeren Temperaturfühler

(33) hö*her liegt, als bei dem inneren Temperaturfühler (27)·

f ·

M-1 Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) zusätzlich ein bei einem vorbestimmten Temperaturwert schmelzbares Material (4-1) vorgesehen ist, um der im Gehäuse enthaltenen, überhitzten Luft nach dem Schmelzen des Materials (41) einen Austritt zu gestatten,und das Element gegen Beschädigungen bei überhöhten Temperaturen zu schützen.

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5. Solar-Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichn et, daß die normalerweise geschlossenen Selbstschutzmittel eine erste Klappe (35) aufweisen, die über der Außenseite der unteren..Luftöffnung (34·) schwenkbar angebracht und mit einem Bimetalltemperaturfühler (37) verbunden ist, der am Gehäuse (8) des Wärmetauschers angebracht und auf eine vorher bestimmbare Temperatur einstellbar ist, um die untere Klappe in ihre Offen- oder Schließstellung zu bringen, und daß eine zweite Klappe (38) über der Außenseite der oberen Luftöffnung (34) schwenkbar angebracht und mit einem Bimetalltemperaturfühler (40) verbunden ist, der am Gehäuse (8) des Wärmetauschers angebracht und auf eine vorbestimmte Temperatur einstellbar ist, bei der die zweite Klappe (38) in ihre Offen- oder Schließstellung gebracht wird.

6. Solar-Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Elementes in einem oberen Bereich (9) Wasserheizschlangen (4-3, 44) angebracht sind, um zusätzlich die in dem Element erzeugte Hitze zum Erzeugen von erwärmten Wasser zu benützen, und daß Sicherheitseinrichtungen (45) bei den Leitungen (43, 44) vorgesehen sind, um das erwärmte Wasser bei einer Überhitzung abzulassen.

7. Solar-Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Glasscheibe (11) zum Vermeiden störender Reflektionen mit einer gerippten Oberfläche (16) versehen ist.

8. Solar-Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturgesteuerten Selbstschutzmittel Klappen (48, 50) aufweisen,

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die an dem Element zum Verschließen und Freigeben der oberen und unteren Luftöffnungen schwenkbar angebracht'sind, daß erste temperaturbstätigts Bimetallregler (46, 47) am Elemest befestigt uad der Außenseite jeder Klappe zugeordnet und mit ihnen über ein Zugglied (519 4-9) verbunden sind, und daß zweite, teisperatOrbetätigte Bimetallregler (52, 5*0 an dem Element befestigt und der Inaenseite jeder Klappe sugeordaet und damit über ein Zugglied (53? 55) verbunden sind, und daß die äußeren Bimetallregler (46, 47) bei einer niedrigsrea !Temperatur "betätigt wer&ea, als die ianenliegenden Bimetall·= regler (52, 5²O? όμ die Elappaa (58, 50) "bei Erreichen dar niedrigeren Eesaperatur zu öffeaea, usd daß die ianerea Bi= metallregler (52 ₉ 5^·) "bei eis er höheren Senperatur "betätig-"bar sind, als die äußeren Bimetallregler (46, 47), um die Elappes in ihre Offeastellung zu drücken und bei einer niedrigeres temperatur als die äußeren Bimetallregler (46, 47) betätigbar sind, um die Klappen is ihre Schließstellung zu ziehen»