CH624752A5

CH624752A5 - Heat accumulator arranged in the ground for heating a building

Info

Publication number: CH624752A5
Application number: CH372577A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Schlatter
Original assignee: Friedrich Schlatter
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1977-03-24
Publication date: 1981-08-14
Also published as: DE2812827C2; DE2812827A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen im Erdreich angeordneten Wärmespeicher für die Speicherung von Wärme für die Beheizung eines Bauwerks, mit Mittel zur Durchführung eines Wärmeträgers durch das Wärmespeichermedium, mit 55 einer Wärmeisolation gegen vorzeitiges Entweichen der Wärme.

Bekannte Speicher bestehen aus einem Wassertank von z. B. ca. 6 m3 Inhalt, der von einigen Tonnen faustgrosser Steine umgeben ist. Solche Speicher können bei einer Son- 60 nenenergieheizung für etwa vier sonnenlose Tage Heizenergie speichern, bezogen auf ein Einfamilienhaus von ca. 140 m2 Wohnfläche.

Es ist Ziel dieser Erfindung, einen Wärmespeicher vorzuschlagen mit geringen Unterhaltskosten und bei welchem 65 eine Unfallgefahr ausgeschlossen ist, wie sie bei einem Heiss-wassertank besteht.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das

Wärmespeichermedium aus verschiedenen festen Materialien besteht und die mindestens teilweise von der Isolation umgebene Erde volumenmässig den grössten Anteil des Wärmespeichermediums bildet.

Die nachstehenden Zeichnungen erläutern ein erfindungs-gemässes Beispiel.

Es zeigen:

Fig. 1 die Aufsicht auf einen Wärmespeicher,

Fig. 2 einen Querschnitt nach I—I in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein etwa oval angelegter Wärmespeicher in Aufsicht dargestellt. Ein Rohrstrang 1 führt bei 2 in den Boden und tritt bei 3 wieder aus. Dieser Rohrstrang 1, ein galvanisiertes Wasserrohr, ist in einem Graben 4 verlegt (Fig. 2). Der Rohrstrang 1 ist eingebettet in Schwerschlacke 5 zwecks Verbesserung des Wärmeübergangs an das Erdreich 6. Das vorhandene Erdreich 6 ist umrandet von einem Graben 7, der mit leichter Schlacke 8 aufgefüllt ist zwecks Wärmeisolierung. In diesem Beispiel ist keine Wärmeisolierung nach unten vorgesehen. Auf der Schwerschlackenschicht 5 ist eine Schicht runder Steine von 5 bis 25 cm Durchmesser eingebracht und mit feinerem Kies abgedeckt, damit die Aufschüttung nicht zwischen die Steinschicht eindringt. Diese Steinschicht 9 ist als Luftkanal ausgebildet, der Warmluft führen kann, welche sowohl die Steine wie auch das Erdreich erwärmt. Auch hier dient diese Schicht 9 dem besseren Wärmeübergang auf das Erdreich. Bei 10 ist ein Zuführkanal für die Warmluft angeordnet, welche bei 11 die Steinschicht 9 wieder verlässt. Thermometer 12, 13, 14 sind in der Steinschicht 9, in der Schwerschlackenschicht 5 und im Erdreich 6 angeordnet.

Auf dem Grund des Grabens 7 ist ein Entwässerungsrohr 15 angeordnet. Eine Betonplatte 16, vorteilhaft aus Isolierbeton erstellt, bedeckt den Wärmespeicher und dient als Gebäudefundament. Da der Baugrund, wenn als Wärmespeicher ausgebildet, nicht gefriert, sind keine Gebäudefundamente bis in frostfreie Tiefe erforderlich.

Es ist darauf zu achten, mit möglichst wenig Material und wenig Erdbewegungen ein Höchstmass an Speichervolumen zu erreichen. Vorerst wird ein Graben 4 ausgehoben und das Aushubmaterial gegen die Mitte hin deponiert. Darnach erfolgt das Einbringen der Schwerschlacke 5 und des Rohrstranges 1 sowie der Thermometerrohre 12, 13, 14. Sind auch die Steine 9 eingebracht, kann der Graben 7 ausgehoben werden und das Erdreich gegen die Mitte deponiert und verfestigt werden. Vorerst wird nun das Entwässerungsrohr 15 verlegt und darnach die Schlacke 8 eingebracht und verfestigt. Zuletzt werden Hauszuleitungen wie Elektrokabel, Wasserleitung, Abwasserrohre usw. verlegt und die Fundamentplatte darübergegossen.

Die Fundamentplatte besteht vorteilhaft aus Isolierbeton, insbesondere solchem, der Polystyrolgranulat enthält. Dieser Beton reagiert langsamer auf Temperaturschwankungen und ist gleichzeitig eine Dampfsperre. Dabei werden unerwünschte Spannungen in der Platte vermindert. Das ursprüngliche Niveau ist mit 17 bezeichnet.

Nimmt man eine längere Heizperiode, zum Beispiel im Sommer, an, so kann ein unisoliertes Rohr in gewöhnlichem Erdreich dieses im Umkreis bis 2 m erwärmen, wenn das Rohr ständig eine Wärme von 70° in genügender Menge liefert. Man kann hier Erfahrungswerte vom Verlegen von Elek-trokabeln heranziehen. Eine vorteilhafte Verlegetiefe für den Rohrstrang 1 ist deshalb etwa 3 m, da über dem erwärmten Erdreich noch eine Schicht von 1 m verbleibt. Diese kann, wenn erwünscht, teilweise als Speichermasse dienen und teilweise mittels Schlacke als Isolierschicht ausgebildet sein. Nach oben dringende Wärme ist in der Regel nicht verloren, sondern dient als Gebäudeheizung. Der horizontale Abstand zwischen Rohren im Rohrstrang 1 ist vorteilhaft etwa 3 m,

3

624 752

womit sich eine Überschneidung der Heizwirkung der Rohre schlacke, welche oft Metalle enthält, liegt in trockener Umergibt. gebung und praktisch unter Luftabschluss, so dass sie kaum Zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Rohrstrang 1 korrodiert. Im weiteren bestünde die Möglichkeit, die Schwerauf das Erdreich ist die Einbettung des Rohrstranges in ein schlacke mit bitumenhaltigen Mitteln, wie sie im Strassenbau Material besserer Wärmeleitfähigkeit vorgeschlagen, wobei 5 bekannt sind, zwecks Versiegelung zu behandeln. Schwerschlacke (Raumgewicht ca. 3,5) sehr billig ist. Dabei Weitere AiiKfiihmngsartp.tr soll auf eine Kornabstufung geachtet werden, die ein kom- l. Selbstredend kann der erfindungsgemässe Wärmespeipaktes Verlegen erlaubt. eher auch nur für Luftbetrieb, d. h. ohne Rohrstrang 1 und Der Rohrstrang 1 wird in der Regel mit einer Flüssigkeit 0hne Schwerschlacke, gebaut sein.

als Wärmeträger beschickt. 10 2. Ebenso ist es möglich, als Wärmeübertragungsmedium

Die Stemschicht 9 ist als Luftkanal ausgebildet wobei hier nur Hüssigkeit zu werwenden und die Steine wegzulassen. Luft als Warmeträger dient. Zwar ist der Wärmeübergang von

Luft auf Stein relativ schlecht, was jedoch durch die grosse . 3" ^weiteren kann man einen zusatzlichen Rohrstrang, Oberfläche der Steine wettgemacht wird. Auch hier ist durch beschrieben, mit Schwerschlacke umhullt einbauen und die grosse Kontaktfläche der Steine mit dem Erdreich ein 15 ?as Ganf ™eisolieren. Dieser zusätzliche Rohrstrang guter Wärmeübergang an das Erdreich gegeben. ^ann auf eine höhere Temperatur als der übrige Speicher ge-

Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Speichers ist die £eizt ^erden un,f dlen* dann^ B- als Warmespeicher fur Möglichkeit, sowohl Luft wie auch Flüssigkeit zum Be- Brauchwasser allein Da der Temperatursprung zum Ungeschicken des Speichers mit Wärmeenergie verwenden zu kön- Menden Warmespeicher klem ist, kann mit einer langen Spei-nen 20 cherentladung gerechnet werden (Fig. 2, Mitte).

In der Regel ist es untersagt, Keller, Fundamente usw. in 4- Nimmt man etwas höhere Baukosten für den Wärmeeinen Grundwasser führenden Baugrund einzubauen. Eben- Speicher in Kauf, kann er auch nach unten mittels Isolier-so wenig würde der Bau eines erfindungsgemässen Speichers schlacke wärmeisoliert sein. Die Wärmeabstrahlung nach un-in solchen Baugrund erlaubt. Es wäre auch sinnlos, weil das ten ist jed°<* weit geringer als man üblicherweise annimmt, Grundwasser die Wärme wegführen würde. Wenn der Bau- 25 wie man aus Messungen an Schwimmbädern gelernt hat.

grund nicht wasserführend ist, sind auch die angeführten Ma- Wird hingegen der ganze Wärmespeicher auf den beste-terialien wie Isolierschlacke und Schwerschlacke umweit- henden Baugrund aufgeschüttet, was z. B. bei Hanglage vorfreundlich. Nach neuen Erkenntnissen sind sie für den Stras- kommen kann, dann lohnt sich die Wärmeisolierung nach unsenbau empfohlen als Material-Wiederverwendung (recyc- ten sehr oft, weil dann ja der Aushub entfällt. Isolierschlacke ling) und zur Schonung von Kiesreserven. 30 wird auf Stadtgebiet kostenlos auf den Bauplatz geliefert. Für

Um eine lange Funktionstüchtigkeit des Rohrstranges 1 zu ausserhalb liegende Bauten wird in der Regel nur der zusätz-erreichen, lohnt es sich, zweckmässiges Rohrmaterial, z. B. liehe Transport verrechnet.

verzinkte Stahlrohre oder geeignete Kunststoffrohre, zu ver- 5. In Ermangelung von Isolierschlacke oder Schwer wenden. schlacke kann auch geschäumtes Glasgranulat oder Mager-

Bezüglich der Isolierschlacke braucht man keine Beden- 3J beton verwendet werden.

ken betr. Korrosion zu haben, denn die Archäologen graben Mit dem Ausdruck «Erdreich» oder «Erde» ist jegliche solche aus, die Jahrtausende überdauert hat. Die Schwer- Art von Baugrund gemeint, also Kies, Sand, Ton, Fels.

M 1 Blatt Zeichnungen

Claims

624 752

1. Im Erdreich angeordneter Wärmespeicher für die Speicherung von Wärme für die Beheizung eines Bauwerks, mit Mitteln zur Durchführung eines Wärmeträgers durch das Wärmespeichermedium, mit einer Wärmeisolation gegen vor- 5 zeitiges Entweichen der Wärme, dadurch gekennzeichnet,

dass das Wärmespeichermedium aus verschiedenen festen Materialien (5, 6, 9) besteht und die mindestens teilweise von der Isolation umgebene Erde volumenmässig den grössten Anteil des Wärmespeichermediums bildet. io

2. Wärmespeicher nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (1, 9) mindestens 1,5 m unter der Erdoberfläche angeordnet sind und nur die Zu- und Ableitungen (2, 3,10,11) geringere Verlegetiefe aufweisen.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Wärmespeicher nach Patentanspruch 1, dadurch ge- 15 kennzeichnet, dass die Mittel zur Durchführung des Wärmemediums kanalförmig angelegte Schichten (9) von Steinen, insbesondere rundlichen Steinen mit Grössenabmessungen von 3 bis 25 cm aufweisen, mit Zwischenräumen zwischen den Steinen zur Durchführung von Warmluft. 20

4. Wärmespeicher nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Durchführung des Wärmeträgers Rohre (1) aufweisen, welche von Material guter Wärmeleitfähigkeit und einem Raumgewicht von über 2000 kg/m3 umgeben sind zwecks besserer Wärmeleitfähigkeit an das um-25 gebende Erdreich (6), wobei das Material (5) insbesondere aus Schwerschlacke mit einem Raumgewicht von über 3000 kg/m3 besteht.

5. Wärmespeicher nach den Patentansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass nahe den Rohren (1) die Stein-30 schichten (9) angeordnet sind in der Weise, dass abwechselnd oder gleichzeitig verschiedene Wärmeträger, insbesondere Warmluft zwischen den Steinen und/oder Warmwasser durch die Rohre (1) zirkulieren kann.

6. Wärmespeicher nach Patentanspruch 1, dadurch ge- 35 kennzeichnet, dass die Wärmeisolation Abfallstoffe, insbesondere Schlacke, enthält.

7. Wärmespeicher nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er die Form einer runden, z. B. ovalen, Scheibe aufweist. 40

8. Wärmespeicher nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeichermedium Schwerschlacke oder Schrott enthält.

9. Verwendung des Wärmespeichers gemäss Patentanspruch 1 für die Speicherung von Wärme für die Beheizung 45 eines Bauwerks, dadurch gekennzeichnet, dass er unterhalb des zu heizenden Bauwerks angeordnet ist.

so