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Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit Verwendung von Erdreich als Speichermedium mit zwei in diesem in Labyrinthform verlegten Leitungen, die einen zum Einleiten von Wärme dienenden primären und einen zu deren Ableitung dienenden sekundären Rohrkreis bilden, und mit einer Abdeckung über dem die Rohrkreise enthaltenden Bereich des Erdreichs.
Im Zuge der Bemühungen um eine bessere Ausnutzung der Energiequellen und zum Erschliessen von bisher nicht oder nur mit geringem Wirkungsgrad nutzbaren Energiequellen ist man erneut auf die von der Sonne abgegebene Strahlungsenergie gestossen. Diese wird mit Sonnenkollektoren aufgefangen. Mit dieser Energie wird ein flüssiges Medium, im technologisch einfachsten Fall Wasser, aufgeheizt. Die Betriebskosten eines Sonnenkollektors liegen niedrig. Die Schwierigkeiten liegen jedoch darin, dass die Menge der einfallenden Sonnenenergie im täglichen und im jahreszeitlichen Rhythmus stark schwankt und sich nie mit dem jeweiligen Bedarf deckt. Dazu benötigt man Wärmespeicher.
Bekannt sind Wärmespeicher auf chemischer Grundlage, Wärmespeicher, in denen Energie in Form von Heisswasser gespeichert wird, und auch Wärmespeicher, bei denen einfaches Erdreich als Speichermedium verwendet wird. Erdreich bietet sich als Speichermedium an, da es praktisch kostenlos zur Verfügung steht und seine Wärmekapazität bei etwa dem 1,8fachen der Wärmekapazität von Wasser liegt.
Solche für das Beheizen von Häusern bestimmte Erd-Wärmespeicher werden im Garten oder einfach in der Umgebung des zu beheizenden Hauses angelegt. Aus vielen Gründen, unter anderem wegen schlechter Isolation und wegen eines geringen Wirkungsgrades beim Übergang der Wärme in den Speicher und aus dem Speicher, verlangen die bekannten Erd-Wärmespeicher ein hohes Volumen. Entsprechend muss viel Erdreich zum Absenken und Einbauen der verschiedenen Installationen ausgehoben werden. Dies verlangt seinerseits hohe Kosten. Es kommt hinzu, dass die Fläche des ein Haus umgebenden verfügbaren Erdreiches bzw. das zu einem Haus gehörende Grundstück begrenzt ist.
Bekannt ist ein Wärmespeicher der eingangs genannten Gattung (US-PS Nr. 2, 584, 573), bei dem die beiden Rohrkreise in die beim Ausschachten für das Fundament entstehende Baugrube eingelegt sind. Hiezu werden die die Rohrkreise bildenden Leitungen nach dem Aufbauen der Fundamentmauern in Labyrinthform in die Baugrube gelegt und diese gleichzeitig wieder mit Erdreich aufgefüllt. Nach oben werden die beiden Rohrkreise bzw. die wieder aufgefüllte Baugrube vom Boden des Kellers oder des untersten Geschosses abgedeckt. Diese bekannte Verlegung der beiden Rohrkreise verlangt somit, dass man das Erdreich nicht nur dort ausschachtet, wo das Fundament gesetzt wird, sondern auf der gesamten zu bebauenden Fläche oder auf einem grossen Anteil dieser Fläche, um genügend Volumen für das das Speichermedium bildende Erdreich zu erhalten.
Ein hohes Volumen ist erforderlich, da die durch den primären Rohrkreis eingeleitete Wärme durch die thermisch nicht isolierenden Fundamentmauern oder auch zwischen diesen entweichen kann, falls das Haus nur auf Pfähle gegründet wird. Beim Verlegen der Leitungen kommt als weitere Schwierigkeit hinzu, dass man sie in das locker geschüttete Erdreich einlegen muss. Ein bestimmtes Verlegebild oder bestimmte Abstände zwischen den das Labyrinth bildenden einzelnen Rohrsträngen lassen sich nicht einhalten. Beim Auffüllen der Baugrube mit dem Erdreich muss man auch vorsichtig vorgehen, um eine Beschädigung der Leitungen zu vermeiden. Dies gilt besonders, wenn man das Erdreich zum Erzielen einer hohen Speicherkapazität verdichten will.
Mit diesem bekannten Wärmespeicher ist eine Speicherung der Sonnenenergie vom Zeitpunkt des grössten Wärmeeinfalls im Sommer bis zum Zeitpunkt des höchsten Verbrauchs im Winter nur mit hohen Baukosten oder nur teilweise möglich. Eine Beheizung eines Hauses mit Sonnenenergie wird daher in der Regel nur als Zusatz zu einer Beheizung mit andern Energien, wie Kohle, Gas usw. verwendet werden.
Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Erd-Wärmespeicher zu schaffen, mit dem grosse Wärmemengen mit geringen Kosten, d. h. unter anderem mit geringem Erdaushub zum ursprünglichen Einbau des Wärmespeichers, gespeichert werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung bei einem Wärmespeicher der eingangs genannten Gattung vorgesehen, dass die beiden Rohrkreise im Speicherbereich Schleifenform aufweisen und auf mindestens einem in das Erdreich absenkbaren langgestreckten flächenförmigen Träger angeordnet sind und ein Mantel aus wärmeisolierendem Material den oder die Träger mit den auf diesen angeordneten Schleifen zusammen mit dem die Träger umgebenden Erdreich mit Abstand von oben und den Seiten umschliesst.
Durch die Schleifenform der Rohrkreise im Speicherbereich erhält man eine hohe Belegungsdichte.
Damit kann man auch bei geringem Temperaturunterschied grosse Wärmemengen in das Erdreich hineinbringen bzw. aus diesem herausziehen. Zum Erzielen und Beibehalten dieser Schleifenform innerhalb des
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Anhalt sei gesagt, dass z. B. vier Platten nebeneinander auf einer Länge von etwa 10 bis 15 m innerhalb des Mantels angeordnet werden.
Die Platte oder die Platten und damit die Oberkanten der Schlitze liegen in einer weiteren Ausgestaltung in einem Abstand in der Grössenordnung von 20 bis 100 cm, vorzugsweise 30 bis 40 cm, unter der Erdoberfläche. Die Platten bzw. die Schlitze haben eine Länge bzw. Tiefe in der Grössenordnung von wenigen Metern. Vor dem Ausheben der Schlitze und dem Absenken der Platten wird man somit Erdreich oder Mutterboden in einer Tiefe von 20 bis 100 cm abheben, dann die Schlitze ausschachten, die Platten absenken, die Decke des aus dem wärmeisolierenden Material bestehenden Mantels ausbilden und die Grube dann mit dem vorher abgehobenen Mutterboden ausfüllen.
Zum Einbau des Mantels werden ebenso wie für den Einbau oder das Absenken der Platten Schlitze ausgehoben. Der Mantel wird als geschlossenes Ganzes abgesenkt, oder die Schlitze werden mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt. Hiezu eignen sich unter anderem geschäumte Kunststoffe, Mineralfasern, geblähtes Perlit, Bims usw. Die Decke des Mantels wird stärker als seine Seitenwände ausgebildet. Dies ergibt sich wegen des Dranges der Wärme, nach oben stärker als nach den Seiten abzuströmen.
Nach unten steht der Mantel über die Unterkanten der Platten über. Damit wird das Abströmen nach unten und nach unten seitlich verhindert. Nach unten ist der Mantel offen.
Am Beispiel der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Vertikalschnitt des Wärmespeichers, Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 und Fig. 3 eine Seitenansicht einer Platte nach Linie 3-3 in Fig. 1.
Die Zeichnungen zeigen das Erdreich punktiert. Unterhalb von dessen Oberfläche --12-- liegt der Mantel mit seiner Decke --14-- und seinen Seitenwänden --16--. Im gezeigten Beispiel umschliesst er vier Platten --18--. Im gezeigten Beispiel enthält jede Platte --18-- einen im einzelnen nicht erkennbaren Träger, auf dessen in Fig. 3 hinten liegender Seite der primäre Rohrkreis --20-- und auf dessen vorderer Seite der sekundäre Rohrkreis --22-- angeordnet sind. Diese verlaufen in Schleifen entlang dem Träger.
Fig. 3 zeigt, dass das Eintrittsende oder der Vorlauf des primären Rohrkreises --20-- oben und dessen Austrittsende oder Rücklauf unten liegt. Beim sekundären Rohrkreis --22-- liegt das Eintrittsende oder der Vorlauf unten und das Austrittsende oder der Vorlauf liegt oben.
Zum Bau des erfindungsgemässen Erd-Wärmespeichers wird Erdreich bis zur Tiefe der Unterseite der Decke --14-- des Mantels abgehoben. Dann werden Schlitze für die Seitenwände --16-- des Mantels und die Platten --18-- ausgehoben. Darauf werden die Platten --18-- abgesenkt. Ebenso werden die Seitenwände --16-- des Mantels abgesenkt oder die Schlitze mit isolierendem Material gefüllt. Anschliessend wird etwas Erdreich aufgefüllt und dann die Decke --14-- des Mantels ausgebildet. Als letztes wird Erdreich oder Mutterboden bis zur ursprünglichen Oberfläche --12-- aufgefüllt. Die primären Rohrkreise - und die sekundären Rohrkreise --22-- jeder Platte werden angeschlossen. Der erfindungsgemässe Erd-Wärmespeicher ist betriebsbereit.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmespeicher mit Verwendung von Erdreich als Speichermedium mit zwei in diesem in Labyrinthform verlegten Leitungen, die einen zum Einleiten von Wärme dienenden primären und einen zu deren Ableitung dienenden sekundären Rohrkreis bilden, und mit einer Abdeckung über dem die Rohrkreise enthaltenden Bereich des Erdreichs, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rohrkreise (20,22) im Speicherbereich Schleifenform aufweisen und auf mindestens einem in lotrechte Schlitze des Erdreiches absenkbaren langgestreckten, flächenförmigen Träger angeordnet sind und ein Mantel (14,16) aus wärmeisolierendem Material den oder die Träger mit den auf diesen angeordneten Schleifen zusammen mit dem die Träger umgebenden Erdreich mit Abstand von oben und den Seiten umschliesst.