CH621621A5 - Heat store - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit einem im Schwierigkeiten. Dieser Einfachheit beim Bau steht als gewisser Erdreich angeordneten und eine wärmespeicherfähige Masse Nachteil die fehlende Isolation an den unteren Enden der Ge-von oben und den Seiten umschliessenden haubenförmigen 55 häuseteilwände entgegen. Hier kann Wärme in das umgebende Gehäuseteil aus wärmeisolierendem Material, mit einem in den Erdreich abströmen. Hierzu muss die Wärme in Abwärtsrich-Gehäuseteil eingeführten und an den Wärmeenergieempfänger tung über die unteren Enden der Gehäuseteilwände hinaus nach angeschlossenen primären Rohrkreis und mit einem ebenfalls in unten wegfliessen. Bei einem thermisch voll geladenen Wärmeden Gehäuseteil eingeführten und an den Wärmeenergiever- Speicher besteht gegenüber dem umgebenden Erdreich eine braucher angeschlossenen sekundären Rohrkreis. 60 solche Temperaturdifferenz, dass eine Wärmeabströmung

Im Zuge der Bemühungen um eine bessere Ausnutzung der merkbare Beträge annehmen kann. Die hierdurch entstehenden

Energiequellen und zum Erschliessen von bisher nicht oder nur Verluste gleicht man durch grösseres Volumen des Wärmespei-

mit geringem Wirkungsgrad nutzbaren Energiequellen ist man chers aus. Der vorgeschlagene Wärmespeicher ist daher in allen erneut auf die von der Sonne abgegebene Strahlungsenergie solchen Fällen ideal, in denen genügend Fläche zum Ausheben gestossen. Diese wird mit Sonnenkollektoren aufgefangen. Mit 65 von vielen Schlitzen zur Verfügung steht und geringe Wärme-

dieser Energie wird ein flüssiges Medium, im technologisch Verluste während des Betriebes in Kauf genommen werden einfachsten Fall Wasser, aufgeheizt. Die Betriebskosten eines können.

Sonnenkollektors liegen niedrig. Die Schwierigkeiten liegen Beim Bau eines Hauses in einem schon dicht besiedelten

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Gebiet steht jedoch nur wenig freie Fläche zur Verfügung. Entsprechend sind die Zahl und das Volumen der Wärmespeicher begrenzt. Daraus folgt der Wunsch nach einem nur vernachlässigbar geringe Verluste aufweisenden Wärmespeicher. Beim Bau eines Hauses in einem dicht besiedelten Gebiet wird 5 man häufig eine den unmittelbaren Grundriss des Hauses übersteigende Baugrube ausheben müssen, um Schutt und Mauerreste früherer Gebäude zu beseitigen. Damit stellt sich die Aufgabe, den vorgeschlagenen Wärmespeicher dahingehend weiter zu entwickeln, dass er gegebenenfalls unter Inkaufnahme gros- 10 serer Ausschachtungsarbeiten bei seinem Bau im Betrieb einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei dem vorgeschlagenen Wärmespeicher nach der Erfindung dadurch, dass der Gehäuseteil an seinem unteren Ende durch einen Boden aus15 wärmeisolierendem Material verschlossen und der primäre Rohrkreis über diesem Boden und der sekundäre Rohrkreis unter der Decke des Gehäuseteils durch diesen durchgeführt ist.

Mit dem Boden aus wärmeisolierendem Material wird jegliche Wärmeabströmung nach unten vermieden. Daraus ergeben 20 sich geringe Verluste und ein entsprechend hoher Wirkungsgrad, Das Verlegen dieses Bodens erfordert natürlich den Aushub einer entsprechend grossen Grube. Wie ausgeführt, wird eine solche Grube schon aus anderen Gründen ausgehoben.

Damit bedingt sie keinen zusätzlichen Arbeits- und Kostenauf- 25 wand.

Erfindungsgemäss befindet sich der primäre Rohrkreis im unteren und der sekundäre Rohrkreis im oberen Teil des Wärmespeichers. Damit stellt sich ein Wärmestrom von unten nach oben ein.

Mit der erfindungsgemässen Ausbildung des Wärmespeichers ist somit sichergestellt, dass die Wärme ohne grösseren zusätzlichen Bauaufwand sowohl ohne wesentliche Verluste gespeichert als auch bis auf geringe Restmengen aus dem Wärmespeicher abgeführt werden kann.

Zum Vereinfachen der Konstruktion ist in einer zweckmässigen Ausführungsform vorgesehen, dass sowohl der primäre als auch der sekundäre Rohrkreis in je einer Ebene angeordnet sind. Dabei sind der primäre und der sekundäre Rohrkreis auf je einer Trägerplatte angeordnet. Hierzu können die beiden Rohrkreise jeder für sich auf Baustahlgewebematten, Maschendraht oder andere Träger aufgebracht und gegebenenfalls in Beton vergossen werden. Ebenso kann auch ein Gerüst aus Latten oder Leisten gebildet und die die Rohrkreise bildenden flexiblen Rohre oder Schläuche an diesen mit Klemmbügeln 45 oder Clips befestigt werden.

Zweckmässig sind beide Rohrkreise spiralförmig gewickelt und in dieser Form auf oder in der Trägerplatte befestigt.

Diese Spiralform der beiden Rohrkreise ermöglicht ein ein- 50 deutiges räumliches Zuordnen des heissen Vorlaufes und kalten Rücklaufes zu einer bestimmten Stelle innerhalb des Wärmespeichers. Dabei ist davon auszugehen, dass eine in der Mitte liegende Stelle stärker als die Bereiche am Umfang des Wärmespeichers isoliert sind. Während die Umfangsbereiche lediglich 55 durch das die Gehäuseteilwände bildende wärmeisolierende Material von dem umgebenden Erdreich isoliert werden,

kommt für die in der Mitte liegenden Stellen noch die Isolation durch die im Wärmespeicher befindliche wärmespeicherfähige Masse hinzu.

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Zum Ausnutzen dieses Effektes ist in einer zweckmässigen Ausführungsform vorgesehen, dass ein vom Wärmeenergieempfänger kommender heisser Strang des primären Rohrkreises in die Mitte von dessen spiralförmiger Wicklung einläuft und dass die äusserste Windung dieser Wicklung zum kalten Einlau- 65 fende des Wärmeenergieempfängers führt. Damit wird die kostbare Wärme an der Stelle grösster Isolierung eingeführt. An einer mittleren Stelle über dem Boden wird sich die höchste

Temperatur einstellen und die Wärme wird von dort am stärksten nach oben abströmen und die wärmespeicherfähige Masse dort am stärksten aufheizen. In Richtung auf die Umfangsbereiche, die infolge der immer weniger vor ihnen liegenden Masse schwächer isoliert sind, fällt die Temperatur ab. Damit sinkt die vom Temperaturunterschied abhängige Wärmeabströmung durch die Gehäuseteilwände. Damit sinken die Verluste und steigt der Wirkungsgrad des Wärmespeichers.

Zum weiteren Ausnutzen des genannten Effektes kann auch der sekundäre Rohrkreis in bestimmter Weise mit dem Wärmeenergieverbraucher verbunden sein. Im einzelnen kann vorgesehen sein, dass der zum Vorlauf des Wärmeenergieverbrauchers führende heisse Strang des sekundären Rohrkreises von der Mitte von dessen spiralförmiger Wicklung ausgeht und dessen äussere Wicklung mit dem kalten Rücklaufende des Wärmeenergieverbrauchers verbunden ist. Damit wird dieser von der warmen Mitte aus beschickt, und er erhält immer die maximal verfügbare Temperatur.

Vorteilhafterweise kann der Wärmespeicher mit jeder wär-mespeicherfähigen Masse angefüllt sein. Hierzu bieten sich das beim Ausschachten gewonnene Erdreich, hierbei anfallender Schutt, Mauerreste, Betonbrocken, neu anzusetzender Mörtel, Sand, Kies und dergleichen Material an.

Der Gehäuseteil des Wärmespeichers kann jede geometrische Form aufweisen. Zweckmässig hat er im Querschnitt Kreisform oder quadratische Form. Unter Umständen wird man sich auch an den Grundriss der aus anderen Gründen ausgehobenen Baugrube halten.

Das Volumen des Gehäuseteils hängt von der gewünschten Speicherfähigkeit und dem verfügbaren Raum ab. Als Anhalt sei gesagt, dass der Durchmesser oder die Kantenlänge bis zu etwa 6 bis 7 m betragen kann und ihre Höhe im Bereich von etwa 2,8 bis 8 m liegen mag.

Im Betrieb des Wärmespeichers wird vorteilhafterweise die zum Beispiel mit einem Sonnenkollektor aufgefangene Strahlungsenergie der Sonne bei einer Temperatur irgendwo im Bereich von 50° bis zum Siedepunkt des Wassers über den primären zum Beispiel von Wasser durchflossenen Rohrkreis in die Wärmespeicherfähige Masse eingeleitet. Entlang des primären Rohrkreises geht die Wärme in die wärmespeicherfähige Masse über und heizt diese auf. Die Aufheizung erfolgt innerhalb des von den Gehäuseteilwänden umschlossenen Volumens. Dieses liegt zweckmässigerweise in der Grössenordnung von wenigen bis zahlreichen Kubikmetern. Im Idealfall wird die wärmespeicherfähige Masse bis auf die höchste Temperatur des primären Rohrkreises aufgeheizt. Die dabei gespeicherte Energie wird von dem sekundären Rohrkreis bei Bedarf abgenommen. Beide Rohrkreise können Hähne oder Ventile aufweisen und werden je nach Sonneneinfall und Wärmeverbrauch geöffnet oder geschlossen. Am Ende einer Heizperiode in den späten Wintermonaten ist die Temperatur innerhalb des Wärmespeichers stark abgesunken. Bei einer nur gering über der Umgebungstemperatur liegenden Temperatur lässt sich Energie über eine Wärmepumpe entnehmen.

Am Beispiel der in der Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein Querschnitt durch den Wärmespeicher mit Aufsicht auf den spiralförmig gewickelten primären Rohrkreis und

Fig. 2 ein Vertikalschnitt durch den Wärmespeicher.

Fig. 1 zeigt den aus wärmeisolierendem Material bestehenden Mantel 12 des Wärmespeichers. Im gezeigten Beispiel hat er quadratischen Grundriss. Er wird von Erdreich 14 umgeben. Im Mantel 12 verläuft in einer Ebene der spiralförmig gewik-kelte primäre Rohrkreis 16. Sein zentrisch liegender Einlauf 18 ist an das heisse Vorlaufende 20 des Wärmeenergieempfängers 22 angeschlossen. Die aussenliegende Wicklung 24 des primä

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ren Rohrkreises 16 führt zum kalten Einlaufende 26 des Wärmeenergieempfängers 22.

Nach der Darstellung in Fig. 2 ist der Mantel 12 unten durch einen Boden 28 und oben durch eine Decke 30 abgeschlossen. Innerhalb der dadurch gebildeten Glocke befindet sich die wärmespeicherfähige Masse 32. Die Figur 2 zeigt weiter den schon erläuterten primären Rohrkreis 16. Dessen Wicklungen werden durch die kleinen Kreise angedeutet, die jeweils den Schnitt durch ein flexibles Rohr oder einen Schlauch darstellen.

Im gezeigten Beispiel liegt dieser Schlauch in einer Betonplatte. In den Mittelpunkt dieser Platte läuft der Einlauf 18 ein. Kurz unterhalb der Decke 30 befindet sich der ebenfalls spiralförmig gewickelte sekundäre Rohrkreis 34. Von seiner Mitte geht der 5 zum Vorlauf 36 des Wärmeenergieverbrauchers führende heisse Rohrstrang 38 ab. Nach der Darstellung in Fig. 2 liegt der Wärmespeicher unter einer Erdschicht 14, die ihrerseits mit Gras 40 bewachsen ist oder auch betoniert, geplattet oder auf andere Weise abgedeckt oder auch frei verbleiben kann.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

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   PATENTANSPRÜCHE jedoch darin, dass die Menge der einfallenden Sonnenenergie

   1. Wärmespeicher mit einem im Erdreich angeordneten und im täglichen und im jahreszeitlichen Rhythmus stark schwankt eine wärmespeicherfähige Masse von oben und den Seiten und sich nie mit dem jeweiligen Bedarf deckt. Somit benötigt umschliessenden haubenförmigen Gehäuseteil aus wärmeisolie- man Wärmespeicher. Bekannt sind Wärmespeicher auf chemi-rendem Material, mit einem in den Gehäuseteil eingeführten 5 scher Grundlage, Wärmespeicher, in denen Energie in Form und an den Wärmeenergieempfänger angeschlossenen primären von Heisswasser gespeichert wird, und auch Wärmespeicher, bei Rohrkreis und mit einem ebenfalls in den Gehäuseteil einge- denen einfaches Erdreich als Speichermedium verwendet wird, führten und an den Wärmeenergie Verbraucher angeschlossenen Erdreich bietet sich als Speichermedium an, da es praktisch sekundären Rohrkreis, dadurch gekennzeichnet, dass der kostenlos zur Verfügung steht und eine hohe Wärmekapazität Gehäuseteil an seinem unteren Ende durch einen Boden (28) J0 aufweist.

   aus wärmeisolierendem Material verschlossen und der primäre „ , , .... , „ , . rT.. , ^

   „ , , . , , , j.. Solche fur das Beheizen von Hausern bestimmte Erd-War-

   Rohrkreis (16) über diesem Boden (28) und der sekundäre . , , . „ ^ , . , , . , „ ,

   „ , , „ , „rX ' ... x .. , , mespeicher werden im Garten oder einfach m der Umgebung

   Rohrkreis (34) unter der Decke (30) des Gehauseteiis durch j ui_- jTT , b, ,
2. ,. , V ^ des zu beheizenden Hauses angelegt. Aus vielen Gründen, unter diesen durchgeführt ist. , ,. , ^ T f\. ,

   , ,, , , , , anderem wegen schlechter Isolation und wegen eines geringen
3. 2. Warmespeicher nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- i5 .... , , , . <v, , ..... °. , 0 .,

   ^ , j ... , , , ... „ , , Wirkungsgrades beim Ubergang der Warme in den Speicher zeichnet, dass der primäre und der sekundäre Rohrkreis (16, , „ „ . , , , , . „ , fl,..
4. , ., v und aus dem Speicher, verlangen die bekannten Erd-Warme-

   34) m je einer Ebene angeordnet sind. . , • . Î * , , . , _ , . ,

   ' A , , Speicher ein hohes Volumen. Entsprechend muss viel Erdreich
5. 3. Warmespeicher nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn- _ A, , . , , ... T . „

   ., . , K ... , , , ... V, , , . , zum Absenken und Einbauen der verschiedenen Installationen zeichnet, dass der primäre und der sekundäre Rohrkreis (16, , , j , , „ . _
6. ... r. . „ „ , „ , . , v ausgehoben werden. Dies verlangt seinerseits hohe Kosten. Es

   34) auf îe einer Tragerplatte angeordnet sind. 201 j ,. , , . „ , , ...

   a Ti r- ■ , u r. ^ ^ , , . " kommt hinzu, dass die Flache des ein Haus umgebenden verfüg-
7. 4. Warmespeicher nach Patentanspruch 3, dadurch gekenn- , „ , . , , , . TT , .. , _ ,

   ^ , , ... , , , ... t, . i •/•. s baren Erdreiches bzw. das zu einem Haus gehörende Grundzeichnet, dass der primäre und der sekundäre Rohrkreis (16, ... , , , , . „ . , ... . „ r,.j stuck begrenzt ist. Mit den bekannten Erd-Warmespeichern ist 34) spiralförmig gewickelt und in dieser Form auf oder in der .. . „ . . , „ . „ f , . , T .. 1 tt h f f t " H somit eine Speicherung der Sonnenenergie vom Zeitpunkt des ragerpa e e es ig sin . grössten Wärmeeinfalls im Sommer bis zum Zeitpunkt des
8. 5. Warmespeicher nach Patentanspruch 4, dadurch gekenn- 25 v^ ,
9. , . ..... . r ... ö höchstens Verbrauches im Winter nur mit hohen Kosten oder zeichnet, dass ein vom Warmeenergieempfanger (22) kommen- ... , . . .. .. ,. , „ . . _ . .

   , , . /10\j . .. „ , . t j- überhaupt nicht möglich. Damit muss auf eine Beheizung eines der heisser Strang (18) des primären Rohrkreises (16) in die TT .. c 0 . y... ,. . ,. . , ,
10. ,... . .... .. . ... .^ ' , ,. Hauses mit Sonnenenergie vollständig verzichtet werden oder

    Mitte von dessen spiralförmiger Wicklung einlauft, und dass die ° ® ,
11. , .... , r,. . „ , diese kann nur als Zusatz zu einer Beheizung mit anderen ausserste Windung dieser Wicklung zum kalten Einlaufende ^ . . r. ,, „ , ^ 0 ,
12. 0 . ... .... ^ Energien, wie Kohle, Gas usw., verwendet werden.

    (26) des Warmeenergieempfangers (22) fuhrt. 30
13. 6. Wärmespeicher nach Patentanspruch 4, dadurch gekenn- Ein Wärmespeicher der im ersten Absatz beschriebenen zeichnet, dass ein zum Vorlauf des Wärmeenergieverbrauchers Gattung wurde bereits vorgeschlagen. Zu seinem Bau werden führender heisser Strang (3 8) des sekundären Rohrkreises (34) der primäre und der sekundäre Rohrkreis in Schleifen gelegt, aus der Mitte von dessen spiralförmiger Wicklung abgeht, und Diese Schleifen beider Rohrkreise werden auf einer gemeinsa-dass die äusserste Windung dieser Wicklung mit dem kalten 35 men Trägerplatte nebeneinander angeordnet. Dann wird das Rücklaufende des Wärmeenergieverbrauchers verbunden ist. Erdreich an mehreren das zu beheizende Haus umgebenden
14. 7. Wärmespeicher nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- Stellen unter Bildung von Schlitzen ausgehoben. Vier solcher zeichnet, dass der Gehäuseteil im Querschnitt Kreisform auf- Schlitze gehen unter Bildung eines Vierecks ineinander über. In weist. sie wird das die Gehäuseteilwände bildende wärmeisolierende
15. 8. Wärmespeicher nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- 40 Material abgesenkt. Innerhalb dieses Gehäuseteils liegen unter zeichnet, dass der Gehäuseteil im Querschnitt eine quadratische gegenseitigem Abstand weitere Schlitze. In diese werden die die Form hat. beiden Rohrkreise tragenden Trägerplatten abgesenkt. Das
16. 9. Wärmespeicher nach Patentanspruch 1, dessen Gehäuse- ganze wird mit dem die Decke des Gehäuseteils bildenden teil einen kreisförmigen oder einen quadratischen Querschnitt wärmeisolierenden Material abgedeckt und weiteres Erdreich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseteil einen 45 aufgeschüttet. Zum Bau dieses Wärmespeichers braucht man Durchmesser bzw. eine Kantenlänge von 6 bis 7 m hat. daher lediglich das Erdreich an mehreren Stellen von oben
17. 10. Wärmespeicher nach Patentanspruch 1, dadurch unter Bildung von Schlitzen auszuheben und die Wärmeisola-gekennzeichnet, dass der Gehäuseteil eine Höhe von 2,5 bis 8 m tion und die Trägerplatten abzusenken. Dies ist ein einfaches hat. Verfahren und mit Spezialbaggern, sogenannten Schlitzgreifern,

    50 leicht durchzuführen. Das Abdecken der mit dem wärmeisolie-

    :— renden Material und den Trägerplatten gefüllten Schlitze mit weiterem wärmeisolierenden Material bereitet überhaupt keine