DE3027179A1

DE3027179A1 - Road surface solar heat collector - has narrow absorber plates along medium pipes under thick glass covering

Info

Publication number: DE3027179A1
Application number: DE19803027179
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 8740 Bad Neustadt Volkrodt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1982-02-11

Abstract

The flat solar heat collector is for use as a pavement or road surface, and comprises individual absorber plates, which are relatively narrow, extending for great length in the direction of the pipes through which the heat-transfer medium flows. These extend between supports in a row in the surface of the road etc., and in the gaps between the plates the supports accommodate ribs of the members covering the plates, and which are pref. of thick wire-reinforced glass with profiled surfaces, and protected against breakage by the traffic passing over them.

Description

Ebenerdige als Fuß- oder Fahrweg nutæbare Solarkollektoranlage.Ground-level solar collector system that can be used as a footpath or driveway.

Die Erfindung betrifft eine ebenerdige Solarkollektoranlage, die als Fuß- oder Fahrweg nutzbar ist, die gegen den Beton- oder andersartigen Unterbau wärmegedämmt ist, wobei der Unterbau und das darunterliegende Erdreich mit Hilfe eingegossener Rohre, durch die Kollektorflüssigkeit umläuft, als Langzeitspeicher genutzt wird.The invention relates to a ground-level solar collector system, which as Footpath or driveway can be used against the concrete or other type of substructure is thermally insulated, the substructure and the underlying soil with the help cast pipes through which the collector fluid circulates as long-term storage is being used.

Um vergleichbare Wärmemengen zur Brauchwasser- und Ubergangsheizung zu liefern, muß in unseren geographischen Breiten eine ebenerdige, horizontal angeordnete Solarkollektoranlage eine etwa 30 - 50 % größere Kollektor- und Absorberfläche haben als eine ideal unter 45 ° gen Süden ausgerichtete Dachanlage. Wirtschaftlich und technisch konkurrenzfähig können ebenerdige Kol-2 lektoranlagen folglich nur dann sein, wenn der Preis pro m Kollektorfläche um 25 - 35 46 niedriger als der von Dachkollektoren ist.To have comparable amounts of heat for domestic water and transitional heating To deliver, in our geographical latitudes, a horizontal, at ground level Solar collector systems have a collector and absorber surface that is about 30 - 50% larger as a roof system ideally oriented at 45 ° to the south. Economical and Ground-level collector systems can only be technically competitive if this is the case if the price per m of collector surface is 25 - 35 46 lower than that of roof collectors is.

Im Hinblick auf den hohen Quadratmeterpreis in Wohngebieten ist die Verlegung ebenerdiger Solarkollektoren meist nur dann zu verantworten, wenn hierfür keine GrUnland- oder Gartenkultur flächen geopfert werden messen. Es verbleiben folglich nur Verkehrsflächen wie Wege, Garagenzufahrten, Parkplätze und Fahrstraßen zur Nutzung. Diese stehen im Gefolge der Automobilisierung und Verbetonierung der Landschaft in ausreichender Menge zur Verfügung. In Eigenheimgebieten kann einem mittelgroßen Grundstück (3sp. 400 m2, 20 m längs der Straße eine 50 - 100 m2 große Verkehrsfläche vor dem Haus zugerechnet werden. Bei Nutzung als Solaranlage bei einer als Bezugswert angenommenen Solar-Energiedichte von 1000 W/m2 und einem wegen horizontaler Lage und spezieller Bauweise nur mit 30 % angesetzten mittleren Wirkungsgrad kann sie immerhin etwa 15 - 30 kW Wärmeleistung liefern.In view of the high price per square meter in residential areas, the Laying of ground-level solar collectors is usually only responsible if this is the case no grassland or horticultural areas are sacrificed. It remains consequently only traffic areas such as paths, garage entrances, parking lots and roads for usage. These are in the wake of the automobilization and concreting of the Sufficient landscape available. In home ownership, one can Medium-sized plot of land (3sp. 400 m2, 20 m along the street a 50 - 100 m2 Traffic area in front of the house must be added. When used as a solar system a solar energy density of 1000 W / m2 assumed as a reference value and one because of horizontal position and special construction only with an average efficiency of 30% it can at least deliver around 15 - 30 kW of heat output.

Durch das Belegen von Verkehrsflächen mit Solaranlagen darf keine Beeinträchtigung des Verkehrs auftreten. Ein Kollektor-Teilelement von z. B. 0,1 m2 Oberfläche muß einer Flächenbelastung von 1000 kg, wie sie durch ein LkW-Rad verursacht werden kann, voll gewachsen sein. Zudem muß die Kollektoroberfläche die Abriebfestigkeit von Beton oder Asphalt haben.By covering traffic areas with solar systems, no Traffic disruption may occur. A collector sub-element of z. B. 0.1 m2 surface must have a surface load of 1000 kg, as is the case with a truck wheel can be caused to be fully grown. In addition, the collector surface must Have the abrasion resistance of concrete or asphalt.

Transparente Kunststoffe sind hierfür nicht geeignet. Hingegen ist seit Jahrzehnten bekannt, daß Glas bezüglich seines Abnutzungswiderstandes hochwertigem Zementmörtel oder Basalt gleicht. Um die Bruchsicherheit zu erhöhen und die Rutschgefahr zu vermindern, kommt als Kollektorabdeckung vornehmlich geripptes oder genarbtes Drahtglas in Stärken um 10 mm in Be-2 tracht. Wird von einer Belastbarkeit von 1000 kg/0w1 m ausgegangen, ist das Drahtglas in Abständen von etwa 30 - 40 längs und quer abzustützen. Die Auflagekräfte müssen schließlich von der Straßendecke aufgenommen werden, was eine Betonstärke von mindestens 15 cm Dicke bedingt. Eine solche oder äquivalente Straßendecke wäre aber auch dann erforderlich, wenn keine Kollektoranlage darauf gelegt wird. Bei Kostenvergleichen darf folglich beim Straßenkollektor nur das Material der auf der Straßendecke liegenden Kollektorteile und deren Montagelohn gerechnet werden. Letzterer ist zwangsläufig niedriger als bei Dachkollektormontage.Transparent plastics are not suitable for this. On the other hand is It has been known for decades that glass is of high quality in terms of its wear resistance Cement mortar or basalt is the same. To increase the break resistance and the risk of slipping to reduce, is used as a collector cover mainly ribbed or grained Wired glass in thicknesses of 10 mm in Be-2 tracht. Used by a load capacity of 1000 kg / 0w1 m, the wired glass is longitudinal and at intervals of about 30 - 40 support transversely. The bearing forces must finally be absorbed by the road surface which requires a concrete thickness of at least 15 cm. Such an or However, equivalent road surface would also be required if there was no collector system is placed on it. When comparing costs, the street collector is only allowed to the material of the collector parts lying on the road surface and their assembly wages be expected. The latter is inevitably lower than with roof collector installation.

Als zu lösende Aufgabe verbleibt, ein Bauprinzip für Straßenkollektoren zu finden, daß auch bezüglich Materialeinsatz kostengünstiger als Dachkollektoren ist und dies trotz der wesentlich höheren mechanischen Beanspruchungen.The remaining problem to be solved is a construction principle for street collectors to find that also in terms of material use more cost-effective than roof collectors and this despite the significantly higher mechanical stresses.

Die erfinderische Lösung besteht nunmehr darin, daß im Gegensatz zu den bekannten großflächigen Dachkollektoren, die als Fertigelemente auf der Baustelle ankommen, die Straßenkollektoranlage aus einzelnen Absorberblechen mit großer Länge in Richtung des Wärmetransportrohn bei relativ geringer Breite zwischen zeilenartigen Stut-isystemen an Ort und Stelle auf einer zuvor errichteten stabilen Straßendecke zusammengesetzt wird, wobei zwischen den langen Stützleisten Quersprossen für eine zusätzliche Stützung der Glas-Kollektorabdeckung sorgen.The inventive solution is now that in contrast to the well-known large-area roof collectors, which are used as prefabricated elements on the construction site arrive, the street collector system made of individual absorber sheets of great length in the direction of the heat transport tube with a relatively small width between line-like Mare systems in place a previously built stable Pavement is put together, with cross rungs between the long support strips provide additional support for the glass collector cover.

Die zwischen den Stützern freiliegende Glasfläche sollte aus Wirtschaftlichkeitsgründen nicht viel größer als 0,1 m2 sein, was einer lichten Kantenlänge von 0,32 m und einer Größe eines Einzelelementes ähnlich einer Fertigbetonplatte von 0,4 x 0,4 m entspricht. Ein solches Element ist kostengünstig in Serie als Glas-Beton-Formstein herstellbar. Eine etwa 5 x 10 = 50 m2 große Straßensolarkollektoranlage würde aus etwa 300 solcher Formsteine bestehen, wobei je 12 längs eines etwa 5 m langen und 0,3 m breiten Absorberbleches stehend,mit ihren beidseitigen Kanten sich seitlich des Absorbers auf der Straßendecke abstützen. Nebeneinander liegen dann auf 10 m Breite 25 derartige Kollektorzeilen. Nach erfolgter Montage ist lediglich ein Betonsteingitterwer im 0,4 m-Raster mit zwischenliegendem strukturiertem Glas e neue Straßendecke sichtbar. Als Vorteil erweist sich bei nächtlichem Straßenverkehr das im Vergleich zu dunklen Asphaltstraßen hohe Scheinwerferlicht-Reflexionsvermögen.The exposed glass surface between the supports should be for reasons of economy not much larger than 0.1 m2, which means a clear edge length of 0.32 m and a size of an individual element similar to a precast concrete slab of 0.4 x 0.4 m corresponds to. Such an element is inexpensive in series production as a glass-concrete molded block manufacturable. An approximately 5 x 10 = 50 m2 street solar collector system would work out There are about 300 such shaped stones, with 12 each along an approximately 5 m long and 0.3 m wide absorber sheet standing with its edges on both sides the absorber on the road surface. Then lie next to each other at 10 m 25 such collector rows wide. After installation is only a concrete stone grating The new road surface is visible in a 0.4 m grid with structured glass in between. This proves to be an advantage in night-time traffic compared to dark traffic Asphalt roads have high headlight reflectivities.

Werden höhere Wirkungsgrad forderungen an die Straßensolarkollektoranlage gestellt, so scheidet Beton für das Stützersystem wegen zu schlechter Wärmedämmung aus. Schaumkunststoffe sind zu wenig belastbar und zu anfällig gegenüber straßenüblichen Schadstoffen (Benzin, Abgase, Streusalz). Jahrzehntelange positive Erfahrungen mit teergetränktem Holz als Eisenbahnschwellen oder auch als Holzstraßen in Industriebetrieben sprechen dafür, das ähnlich wie bei Eisenbahnschwellen belastete Stützersystem von Straßensolarkollektoren aus derartigem Material aufzubauen. Es hat die 7,5-fache Wärmedämmung von Beton, vermag Wärmespannungen und unterschiedliche mechanische Belastungen elastisch auf zunehmen, wirkt schalldämmend und vermindert die ansonst durch Betonabrieb bestehende Verkratzungsgefahr des Kollektorglases.Are higher efficiency demands on the street solar collector system placed, concrete is rejected for the post system due to poor thermal insulation the end. Foam plastics are insufficiently resilient and too susceptible to street-common uses Pollutants (gasoline, exhaust gases, road salt). Decades of positive experience with tar-soaked wood as railway sleepers or as wooden roads in industrial plants speak in favor of the post system of Build street solar collectors from such material. It has 7.5 times that Thermal insulation of concrete, capable of thermal stresses and various mechanical ones Resiliently absorbing loads, has a sound-absorbing effect and reduces the otherwise There is a risk of scratching the collector glass from concrete abrasion.

Ist dergestalt die Betonstraßendecke durch ein Holzstützsystem abgedeckt, zwischen denen sich durch die Glasabdeckung und Absorber begrenzte wärmedämmende Luftkammern befinden, wobei der Absorber zusätzlich gegen die Straßendecke durch Wärmedämmstoffe aus z. B. Polyurethanschaum isoliert ist, so bildet der dergestalt aufgebaute Solarkollektor als Ganzes eine hochwertige Wärmedämmung für die darunterliegende Straßendecke, deren Schotterunterbau und das Erdreich.So is the concrete pavement through a wooden support system covered, between which the glass cover and absorber delimited the thermal insulation Air chambers are located, with the absorber additionally penetrating against the road surface Thermal insulation materials from z. B. polyurethane foam is insulated, it forms in such a way built-up solar collector as a whole a high-quality thermal insulation for the underlying Road surface, its gravel substructure and the soil.

Als weitere erfinderische Lösung wird nunmehr vorgeschlagen, daß im z. B. 15 - 25 cm starken Beton der Straße Rohre verlegt sind durch die bei Wärmeüberschuß die im darüberliegenden Kollektorsystem erwärmte Flüssigkeit strömt, ust dergestalt den Beton und das darunterliegende Erdreich als zusätzlichen Wärmespeicher z. B. zur Versorgung einer Wärmepumpenanlage nutzbar zu machen. Bei einer übertemperatur von 50 K vermag 1 m3 Beton bis zu 30 kWh zu speichern. Damit beträgt das Speichervermögen einer Solaranlage mit 50 m2 Oberfläche, deren wärmeaufnehmende Beton- und Erdschicht z. B. 0,3 m äquivalent ist (Volumen = 15 m3) einer Wärmeenergie von 450 kWh. Bei Speichern dieser Wärmemenge in Wasser wäre ein Kessel mit 7,5 m3 Rauminhalt erforderlich, der nicht nur erhebliche Kosten erfordert sondern auch, im Gegensatz zum Straßenkollektorspeichert zusätzlichen Raumbedarf hat. Die allein durch den aufgelegten Straßenkollektor gebildete Wärmedämmung des darunterliegenden Erdbodenspeichers reicht aus, um bei fehlender Nachladung für 24 Stunden den Wärmeverlust auf etwa 50 % zu begrenzen. Im vorgenannten Beispiel steht somit nach 24 Stunden immer noch eine Restenergie von 225 kWh auf 30 OC-Temperaturniveau zur Verwertung durch eine Wärmepumpe zur Verfügung.As a further inventive solution it is now proposed that im z. B. 15 - 25 cm thick concrete of the street pipes are laid by the excess heat the liquid heated in the collector system above flows in this way the concrete and the underlying soil as additional heat storage z. B. to make it usable to supply a heat pump system. In the event of excess temperature of 50 K, 1 m3 of concrete can store up to 30 kWh. This means that the storage capacity is a solar system with 50 m2 surface, its heat-absorbing concrete and earth layer z. B. 0.3 m is equivalent (volume = 15 m3) to a thermal energy of 450 kWh. at To store this amount of heat in water, a boiler with a volume of 7.5 m3 would be required. which not only requires considerable costs but also, in contrast to the street collector, stores has additional space requirements. The one formed solely by the placed street collector Thermal insulation of the underground storage tank underneath is sufficient to compensate for missing Recharge for 24 hours to limit heat loss to around 50%. In the aforementioned For example, there is still a residual energy of 225 kWh after 24 hours 30 OC temperature level is available for recycling by a heat pump.

Zur besseren Beschreibung des Anmeldegegenstandes dienen nachfolgend, zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiele.For a better description of the subject of the registration, the following are used: exemplary embodiments shown in the drawing.

Es zeigt Figur 1 eine Straßensolarkollektoranlage während des Verlegens der Glas-Beton-Formsteine Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Glas-Beton-Formsteins Figur 3 eine aus Profilholz aufgebaute Solaranlage mit Nutzung des darunterliegenden Erdreiches als Zusatz-Wärmespeicher.FIG. 1 shows a street solar collector system while it is being laid the glass-concrete molded blocks; FIG. 2 shows a perspective view of a glass-concrete molded block FIG. 3 shows a solar system constructed from profiled wood using the one below Soil as additional heat storage.

Als Beispiel wurde die Zufahrt zu einer Garage nebst Park- und Wegfläche auf dem Grundstück eines Eigenheimes gewählt, weil derartige Lösungen kurzfristig und leichter in Eigeninitiative realisierbar sind als die Nutzung öffentlicher Wege und Straßen.As an example, the entrance to a garage along with parking and path areas was used Chosen on the property of a home because such solutions are short term and are easier to implement on your own initiative than using public roads and roads.

In Figur 1 stellt 1 den Straßenunterbau aus Asphalt, Beton usw.In Figure 1, 1 represents the road substructure made of asphalt, concrete, etc.

dar. Auf der Straßendecke liegt als Wärmedämmung zum Absorber 2 des Kollektorsystems eine Wärmedämmschicht 3 z. B. aus Polyurethanschaumstoff. Zwischen den zeilenartig nebeneinander liegenden, langgestreckten Absorbern, vornehmlich als Systeme mit einem Rohr 4, verbleiben Lücken 5, in denen die seitlichen Stützer 6, 7 der etwa quadratischen Glas-Beton-Formsteine 8 auf der Straßendecke aufsitzen. Das fertig verlegte System 9 bildet eine Straßenfläche mit der Struktur eines Mosaiks aus Betonstreifen und eingelegten, quadratischen Drahtglasscheiben.is on the road surface as thermal insulation to the absorber 2 des Collector system a thermal insulation layer 3 z. B. made of polyurethane foam. Between the elongated absorbers lying next to each other in a row, primarily as systems with a pipe 4, gaps 5 remain in which the side supports 6, 7 of the approximately square glass-concrete blocks 8 sit on the road surface. The completely laid system 9 forms a street surface with the structure of a mosaic made of concrete strips and inlaid square wire glass panes.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Glas-Beton-Formstein 8 sind die bereits bei Figur 1 erwähnten Stützer 6, 7 deutlich erkennbar.In the case of the glass-concrete molded block 8 shown in FIG. 2, they are already in Figure 1 mentioned supporters 6, 7 clearly visible.

Sie bilden eine Art Brücke huber den langgestreckten Absorber.They form a kind of bridge over the elongated absorber.

Mit 8 ist das möglichst großflächig eingelegte Drahtglas als transparente Kollektorabdeckung bezeichnet. Neben der Mischbauweise aus Beton mit eingelegtem bzw. eingegossenem Drahtglas kommt auch der Einsatz von ganz aus Glas und damit optisch optimalen Formsteinen in Betracht. Hierbei wird die Technologie gepreßter Glasdachziegel und Glasbausteine genutzt.With 8, the wired glass inserted as large as possible is transparent Collector cover called. In addition to the mixed construction of concrete with inlaid or cast wired glass, the use of completely made of glass and therefore also comes optically optimal shaped stones into consideration. Here the technology becomes more pressed Glass roof tiles and glass blocks used.

In Figur 3 ist 9 der Straßenuntergrund z. B. aus fahrzeuggemischtem Transportbeton. Auf ihn liegt die Absorberwarmedämmung 10, der langgestreckte Absorber 11 mit seinem Wärmetransportrohr 12. Er ist, um zusätzliche Kammern 13 mit ruhender Luft zu bilden, nach oben durch eine Folie 14 abgedeckt, welche in einem Abstand, der etwa der Breite des Absorbers entspricht, durch profilstählerne Quersprossen 15, 16 niedergehalten wird. Die gläserne Abdeckung 17, vornehmlich aus rutschsicher strukturiertem Drahtglas, liegt sowohl auf den Quersprossen 15, 16 als auch in den Falzen 18, 19 der aus imprägniertem Schwellenholz oder Preßholz bestehenden Seitenstützer 20, 21 auf. Im Holz und ggf. auch im Beton sich verankernde nagel- oder schraubenähnliche Elemente 22, 23 mit über der Glaskante überstehendem Kopf 24, 25 sichern das starkwandige, eingelegte Glas zusätzlich im Falle extremer einseitiger Belastungen gegen Herauskippen.In Figure 3, 9 is the road surface z. B. from mixed vehicles Ready-mixed concrete. The absorber thermal insulation 10, the elongated absorber, lies on top of it 11 with its heat transfer tube 12. He is to additional chambers 13 with dormant To form air, covered upwards by a film 14, which at a distance, which corresponds approximately to the width of the absorber, through profile steel cross bars 15, 16 is held down. The glass cover 17, primarily made of non-slip structured wired glass, lies both on the cross bars 15, 16 and in the Folding 18, 19 of the side supports made of impregnated sleeper wood or pressed wood 20, 21 on. Nail or screw-like anchoring in wood and possibly also in concrete Elements 22, 23 with heads 24, 25 protruding above the glass edge ensure the thick-walled, Inserted glass also prevents tipping out in the event of extreme one-sided loads.

Der dieserart aufgebaute Kollektor bildet für die darunterliegende Straßendecke und Erdschicht eine hochwertige Wärmedämmung.The collector constructed in this way forms for the one below The road surface and layer of earth provide high-quality thermal insulation.

Uberschußwärme des Kollektors wird nunmehr den im Beton o. ä.Excess heat from the collector is now used in the concrete or the like.

eingegossenen Rohren 26, 27 zugeführt, wodurch deren Umgebung aufgeheizt und als Zusatzwärmespeicher genutzt wird. Dabei können diese Wärmetauscherrohre zugleich als Teil der Betonarmierung dienen. Wird bei einem Neubau von vornherein die Nutzung von z.J3.Beton in Nachbarschaft zun: Erdreich als Langzeitspeicher geplant, so empfiehlt es sich, auch in da Stonfundament benachbarter Gebäude Wärmetauscherrohre zu verlegen. Die darüber liegende Geschosse der Gebäude dienen dann als ein Art Wrredrung.cast pipes 26, 27 supplied, whereby their surroundings are heated and is used as additional heat storage. In doing so, these heat exchanger tubes also serve as part of the concrete reinforcement. This is used from the start with a new building the use of z.J3rd concrete in the neighborhood to: soil planned as long-term storage, It is therefore advisable to also use heat exchanger pipes in the stone foundations of neighboring buildings relocate. The floors above the building then serve as a kind Wrredrung.

wird hierbei der Wärmeverlust durch Abfließen von Heizwärme ae lautes zur Weller und Erdboden, der im Jahresmittel etwa 6 6% beträgt, verringert.the heat loss due to the dissipation of heating energy is loud zur Weller und Erdboden, which averages around 6 6% over the year.

3 Figuren 5 Patentansprüche Leerseite3 Figures 5 claims Blank page

Claims

Patent claims Walkable and drivable ground-level solar collector arrangement, characterized in that individual absorber sheets with great length in the direction of the heat transfer tube with a relatively small width between a line-like arranged support system on the load-bearing surface of a path or street are designed, the support system on both sides of the absorber together with interposed Cross bars of the collector cover, which are primarily made of surface-structured, consists of thick-walled wired glass, carries and secures against breakage when walking on and driving on.

2. Walkable and drivable ground-level solar collector arrangement according to Claim 1, characterized in that the viable collector cover is primarily made of square glass-concrete blocks or all-glass blocks with an edge length of around 30 - 50 cm consists, with the edges of the shaped blocks located in the longitudinal direction of the absorber sit on the pavement while in the transverse direction of the elongated absorber tunnel-like free passage is granted.

3. Walkable and drivable ground-level solar collector arrangement according to claim 1, characterized in that for the purpose of good thermal insulation between the road surface and collector surface and towards the front sides of the absorber that in the longitudinal direction Designed support system made of material with poor heat conduction such as tar oil soaked Sleeping timber or compressed timber with a to accommodate the glass cover, a possibly Intermediate film and profile cut to accommodate cross bars, and the absorber sheet rests on rigid foams in a thermally insulating manner towards the ground.

4. Walkable and drivable solar collector arrangement according to claim 3, characterized in that in the z. B. 15 - 25 cm thick concrete or asphalt of the road surface Pipes are laid below the collectors that are thermally insulating, through which In the event of excess heat, the warm collector fluid flows to the concrete in this way and the gravel bed underneath as additional heat storage z. B. can be used to supply a heat pump system.

5. Solar collector system according to claim 4, characterized in that daS similar to the heat exchanger pipes laid in the concrete of the footbridge or the street Such pipes are cast in the concrete foundation of neighboring buildings, the Storeys of the buildings above serve as a kind of thermal insulation, with the The aim is the angzeit storage capacity of the neighboring, ground-level solar collector system to improve further,