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Einleitung
Von Horace-Bénédict de Saussure (1740 - 1799), dessen Bild die 20.
Fr.-Banknote ziert, wird berichtet, daß er auf seine Hochgebirgs-Expeditionen
einen Sonnenofen mitnahm um ohne Brennholz kochen zu können. Erst zweihundert
Jahre später erkennen wir, daß er Sonnenofen einen Weg aus der Energiekrise
weist. Eine Produktion in größeren Stückzahlen begann in den 50er-Jahren
in China, bald gefolgt von Indien. Und 1985 beginnt der Sonnenofen das Brennholzproblem
in den Lagern afghanischer Flüchtlinge in Pakistan zu lösen. In der
Schweiz verfügen 1987 etwa 1200 Haushalte über einen Sonnenofen der,
je nach Region, an 80 bis 180 Tagen im Jahr zum Kochen und Backen benutzt werden
kann, also auch im Winter, wenn die Sonne scheint! Jetzt werden auch die Hilfswerke
aufmerksam und beginnen diesen "sanften Weg" zur Meisterung der Energiekrise
der Armen in den Trockengebieten der Dritten Welt ernst zu nehmen. Dezentrale
Nutzung von Sonnenenergie erzeugt keine Umweltschäden! Aber sie läßt
sich nur mit einem persönlichen Beispiel einführen und verlangt von
den Helfern eine Änderung ihres eigenen Lebensstils.
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Sonnenofen für nichttropische Gebiete
Familienmodel in Kofferform |
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Model für tropische Gebiete
Model mit Füßen |
Man unterscheidet zwei grundsätzlich verschiedene Prinzipien von Sonnenofen.
Die einen benutzen konzentrierende Spiegel während die andern den sog. Treibhauseffekt
ausnutzen. Die typischen Eigenschaften der beiden werden an anderer Stelle in
diesem Heft einander gegenüber gestellt. Ich baue aus verschiedenen Gründen
keine konzentrierenden Sonnenöfen. Mein Sonnenofen besteht im wesentlichen
aus einer gut isolierten Kiste mit einem Glasdeckel, durch den das Sonnenlicht
fast verlustfrei hineinstrahlt. Wo das Licht auf schwarze Flächen fällt
wird es absorbiert, d.h. in Wärme umgewandelt. Deshalb wird es in der Kiste
warm und die Temperatur erreicht 120 bis 180 Grad. Es handelt sich also um eine
Energie-Falle, denn die Lichtenergie kann ungehindert eindringen, aber die Wärmeenergie
kann wegen der Isolierung nur schwer entweichen. Solche Sonnenöfen können
aus den verschiedensten Materialien und in ganz verschiedenen Größen
und Bauweisen hergestellt werden. Es gibt Sonnenöfen aus Karton, Pappmaché,
Polyester, Sperrholz, Keramik, Lehm, gestampfter Erde, Mauerwerk oder Metall.
Aber alle Konstruktionen müssen die physikalischen Gesetze beachten um zu
funktionieren:
- Je großflächiger die Sonnenöfen gebaut werden, desto besser
ihr Wirkungsgrad Die untere Grenze liegt bei etwa 40x40 cm. Noch kleinere Geräte
haben zu große Abstrahlungsverluste und werden deshalb nicht genügend
heiß.
- Isoliert wird mit Luft. Noch besser wäre freilich Vakuum; das ist aber
technisch zu aufwendig. Wenn die Luft in den Hohlräumen frei zirkulieren
kann, dann transportiert sie die Wärme von der Herdmulde zur Außenwand.
Dies wird verhindert mit sog. Isoliermaterial, z.B. trockenes Heu, Stroh, Mineralwolle,
Glasfasern. Dieses Material soll möglichst viel Luft enthalten, also locker
sein, aber es darf sich auch nach Jahren nicht "setzen", denn dann
würden gerade in den oberen, wärmsten Zonen Luftlöcher entstehen.
Deshalb ist von Isoliermaterial in Flockenform, Granulat oder Stopfwolle abzuraten.
Besser sind sehr leichte Dämm-Matten, die auf Maß zugeschnitten werden
und die Hohlräume ganz ausfüllen aber ein Maximum an Luft enthalten.
Styropor scheidet aus, weil es bei der hohen Temperatur schmelzen würde.
Pflanzliche Isoliermaterialien müssen besonders gut gegen Feuchtigkeit
geschützt werden damit sie nicht schimmeln und verrotten oder von Ungeziefer
und Pilzen zerstört werden. Je stärker die Isolierung, desto besser
der Wirkungsgrad des Sonnenofens. In der Schweiz haben sich 6-8 cm bewährt.
Im Ladakh-Tal werden Sonnenöfen bis zu 20 cm stark mit Stroh isoliert um
auch noch bei minus 30°C kochen zu können.
- Die Glasabdeckung soll möglichst rechtwinklig zu den einfallenden Sonnenstrahlen
stehen. Deshalb werden Geräte für die Tropen (Gebiete zwischen den
beiden Wendekreisen, also in Äquatornähe) mit horizontalen Glasscheiben
abgedeckt. Außerhalb des Tropengürtels bewähren sich Sonnenöfen
mit 20..60° geneigten Glasabdeckungen entsprechend der geographischen Breite
und der Jahreszeit. Der nachfolgend beschriebene Sonnenofen kann verschieden
aufgestellt werden, im Sommer so, daß die Scheiben 30 Grad geneigt sind
und im Winter so, daß sie 60 Grad Neigung haben. Die innere Scheibe kann
während dem Kochen oder Backen bis 200 Grad heiß werden und es kommt
gelegentlich vor, daß sie infolge Wärmespannungen oder Hitzestau
(Berührung mit Kochtopf) springt. Deshalb empfiehlt es sich, dafür
gehärtetes Glas oder eine Teflonfolie zu verwenden. Die äußere
Glasscheibe hat von der inneren einen Abstand von 25 -27 mm. Das so entstehende
Luftkissen wird als Isolierung. Trotzdem wird die äußere Scheibe
bis etwa 80°C warm. Hier sind also die größten Energieverluste
zu erwarten. Es empfiehlt sich deshalb, den Sonnenofen windgeschützt aufzustellen
oder einen trichterförmigen Windschutz rings um den Glasdeckel anzubringen.
Wird dieser innen mit reflektierendem Material beschichtet, dann verstärkt
er den Lichteinfall und steigert die Leistung des Gerätes. Bei extremen
Minustemperaturen kann eine dritte Scheibe und damit eine zweite Isolier-Luftschicht
Vorteile bringen. Da sich Luft bei Erwärmung ausdehnt und bei Abkühlung
zusammenzieht "atmet" das Luftkissen zwischen den Scheiben und deshalb
läßt es sich nicht vermeiden, daß sie sich infolge Kondenswasserbildung
beschlagen. Dies hat aber keinen Einfluß auf den Kochvorgang.
- Alle Flächen unter den Glasscheiben, welche das einfallende Sonnenlicht
nach außen zurückspiegeln könnten, sollen möglichst dunkel
und matt sein. Steile Innenwandflächen der Herdmulde, die das Licht nur
nach innen reflektieren, dürfen blank bleiben. Wenn keine schwarze, hitzebeständige
Farbe für den Herdboden aufzutreiben ist (z.B. in einem Entwicklungsland),
dann kann er auch einfach mit Holzkohlestückchen oder -staub ausgelegt
sein.
- Es ist zu vermeiden, daß Dampf in die Isolierräume dringt, denn er
würde dort kondensieren und das Isoliermaterial anfeuchten. Dadurch würde
die Qualität der Isolation beeinträchtigt und das Material könnte
verrotten. Deshalb muß die Herdmulde aus dampfdichtem Material bestehen
und so geformt werden, daß sie dicht bleibt. Wird die Mulde z.B. aus Karton
gefertigt, dann muß dieser mit Aluminiumfolie (Silberpapier) überzogen
werden. Das Problem kann aber auch so gelöst werden, daß sich der
Kochtopf außerhalb des Luftkollektors befindet oder nur in diesen eingehängt
ist, so daß entstehender Dampf nach außen entweichen kann (sog.
Luftkonvektionskollektor).
- Da die Sonne nicht unter den Topf scheinen kann, empfiehlt es sich, diesen auf
einen Drahtgitter-Rost zu stellen. So kann die heiße Luft unten durch
zirkulieren und den Kochtopf auch von unten erwärmen.
- Meine Sonnenöfen sind möglichst leicht und mit wenig thermischer Masse
gebaut, damit die Sonnenenergie ganz dem Kochgut zufließt und nicht andere
Materialien erwärmen muß. Deshalb empfehlen wir auch möglichst
leichtes und dünnwandiges Koch- und Backgeschirr. Beim Braten und Backen
ist aber ein Wärmespeicher erwünscht. Dazu eignet sich eine dunkle
Steinplatte, auf welcher herrlich Spiegeleier gebraten oder Brötchen und
Kuchen gebacken werden kann. Zum Braten von Fleisch eignet sich eine gußeiserne
Platte oder Schüssel. Beim Backen kann ein tunnelartig geformtes und außen
schwarz gefärbtes Blech für "Oberhitze" sorgen, damit die
Brötchen rascher braun werden.
- Wird ein Sonnenofen aus Mauerwerk, Lehm oder gestampfter Erde freistehend oder
außen an ein Haus ange baut, dann ist eine Ausreichende Isolierung sehr
sorgfältig zu planen und vor allem darauf zu achten, daß sog. Wärmebrücken
vermieden werden.
Sonnenofen, an die besonnte Außenwand eines Hauses angebaut.
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