CH663078A5 - Arrangement for heating buildings - Google Patents

Description

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



   PATENTANSPRÜCHE
1. Anordnung zur Beheizung von Gebäuden, bestehend aus einem Absorberkreis mit in einem Bauteil aus zementgebundenen Baustoffen eingebetteten Rohrschlangen, der aus der Umgebung Wärme aufnimmt und die speichert, und mit einem Heizkreis eines Niedertemperatur-Heizsystems sowie einer zwischen Absorber- und Heizkreis angeordneten Wärmepumpe, wobei im Absorberkreis Ventile und eine Umwälzpumpe vorgesehen sind, die über einen Regler schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe von Rohrschlangen (21) des Absorberkreises (20) in einem unmittelbar an die Aussenseite des Absorberbauteiles (10) angrenzenden, als Kurzzeitspeicher dienenden Bereich des Absorberbauteiles (10) und eine zweite Gruppe von Rohrschlangen (22) im Innern des Absorberbauteiles (10) angeordnet ist,

   und dass die Rohrschlangen (21) der ersten Gruppe mit den Rohrschlangen (22) der zweiten Gruppe zwecks Wärmetransport durch Konvektion strömungsmässig miteinander verbunden sind.



   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlangen (21) der ersten Gruppe in einer Ebene parallel zur Aussenfläche   (11)    und die Rohrschlangen (22) der zweiten Gruppe in einer im Innern des Bauteiles (10) gelegenen Ebene angeordnet sind.



   3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlangen (21, 22) beider Gruppen in Reihe geschaltet sind.



   4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Absorberkreis (20) angeordnete Umwälzpumpe (23) für einen ständigen Austausch der Wärmeträgerflüssigkeiten zwischen den beiden Rohrschlangengruppen sorgt.



   5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Absorberkreis (20) zwischen den Rohrschlangen (21, 22) der ersten und zweiten Gruppe ein Umschaltventil (24) vorgesehen ist, mit welchem die Rohrschlangen (21, 22) entweder unmittelbar oder über die Verdampferseite (31) der Wärmepumpe (30) in Reihe schaltbar sind.



   6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mindestens teilweise im Erdreich befindlichen Langzeitkaltspeicher mit in Bauteilen aus zementgebundenen Baustoffen eingebetteten Rohrschlangen (22) aufweist.



   Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beheizung von Gebäuden der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.



   Eine derartige Anordnung ist Gegenstand des älteren Vorschlages gemäss DE-OS 3 035 538 und ist ferner aus der DE-OS   3 ob7 223    bekannt. Bei ihr wird mittels eines Wärmepumpenprozesses der Umgebung Wärme entzogen, die zu Heizzwecken einem Heizkreis zugeführt wird.



   Ein wesentliches Merkmal des Gegenstandes der o.a.



  DE-OS   3035538    besteht darin, dass die der Umgebung entzogene Wärme in einem Kurzzeitspeicher zwischengespeichert wird, die zwischengespeicherte Wärme dem Heizkreis und die überschüssige Wärme einem Langzeitspeicher zugeführt wird, aus dem sie im Bedarfsfall in den Heizkreis geleitet wird. Als Zwischenspeicher dienen hier Bauteile aus zementgebundenen Baustoffen, in welche die Rohre des Absorberkreises eingebettet sind. Diese Bauteile dienen gleichzeitig der Wärmeaufnahme, d.h. sie sind Wärmeabsorber und Wärmespeicher gleichzeitig.



   Im Betriebszustand zirkuliert durch die Rohrleitungen eine Wärmeträgerflüssigkeit, z.B. Sole, welcher mittels einer Wärmepumpe in bekannter Weise Wärme entzogen wird.



   Unter diesem Energieentzug kühlt sich das Absorber- und Speicherbauteil insbesondere in den Nachtstunden unter die Temperatur seiner Umgebung ab, so dass es Umweltenergie aufnehmen kann. Die hierbei absorbierte Umweltenergie entspricht vorwiegend dem Energieinhalt der vorbeistreichenden, wärmeren Luft, der auftretenden Niederschläge und der Energie, die bei Phasenumwandlung von Wasserdampf in Wasser und Eis frei wird.



   In den Tagstunden ergibt sich zusätzlich ein erheblicher Energiegewinn durch diffuse und direkte Sonneneinstrahlung auf der Oberfläche des Absorber- und Speicherbauteiles. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Ausnutzung dieser Sonnenenergie während der Tagstunden nur zu einem Teil möglich ist. Die Ursache hierfür ist, dass die eingestrahlte Energie nicht vollständig vom üblicherweise aus Beton bestehenden Wärme- und Speicherbauteil aufgenommen werden kann, weil die Aufnahmefähigkeit des Bauteiles durch die begrenzten internen Wärmeleitungs- und Wärmespeichervorgänge eingeschränkt ist.



   Falls das Bauteil die Wärme möglichst rasch und vollständig aufnehmen soll, müsste der Baustoff ein möglichst hohes Wärmeleitungsvermögen und eine grosse Wärmekapazität besitzen.



   Nach dem Vorschlag einer weiteren älteren Patentanmeldung gemäss DE-OS 3   132773    wurde zur Lösung dieser Aufgabe ein funktionell aus zwei Teilen bestehendes Bauelement vorgeschlagen, bei welchem ein der Wärmeaufnahme dienendes Teil im Freien gelegen ist, während das andere im wesentlichen der Wärmespeicherung dienende Teil im Erdreich vorzusehen ist, wobei in beiden Teilen von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmte Rohrleitungen eingebettet sind, welche vorzugsweise in Reihe geschaltet werden können.



   Ein derartiges Bauelement ist jedoch nur dort verwendbar, wo eine Erdberührung möglich ist. Für Hochbauten mit mehreren Geschossen ist dieses Bauteil nicht einsetzbar.



   Aus der US-PS   4086911    ist ein Sonnenkollektorsystem bekannt, bei welchem auf der Oberfläche eines Kegelstumpfes in dichtem Abstand angeordnete, flüssigkeitsdurchströmte Rohrschlangen vorgesehen sind, welche der Aufnahme von Strahlungswärme dienen. Diese Rohrschlangen stehen mit einem innerhalb des Kegelstumpfes vorgesehenen Flüssigkeitstank in Verbindung, mit welchem die aufgenommene Wärme über längere Zeit gespeichert werden kann.



   Eine derartige Anordnung ist im Gegensatz zu dem Kurzzeitspeicher nach der DE-OS 3 035 538 nicht geeignet, als tragendes Bauelement in einem Baukörper integriert zu werden.



  Auch ist ein flüssigkeitsgefüllter Tank als Langzeitspeicher nicht nur weniger zweckmässig, sondern auch wesentlich kostspieliger.



   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der eingangs genannten Art mit erhöhter Wärmespeicherwirkung, mit welcher die eingestrahlte Sonnenenergie möglichst vollständig aufgenommen und so lang wie möglich gespeichert werden kann.

 

   Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung gemäss der eingangs genannten Art erfindungsgemäss nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.



   Während bei der Lösung nach dem älteren deutschen Patent 3 035 538 der Wärmetransport ausschliesslich durch reine Wärmeleitung innerhalb des massiven Absorberbauteiles erfolgt, wird nach der erfindungsgemässen Lösung der Wärmetransport von den aussen gelegenen Rohrschlangen zu den innen gelegenen im wesentlichen durch das strömende Medium Sole selbst bewirkt. Zu diesem Zweck stehen die Rohrschlangen der ersten Gruppe mit denjenigen der zweiten Gruppe in Strömungsverbindung. Durch diese Mass  



  nahme ist eine sehr rasche Wärmeumverteilung bei sehr hohem Speichervermögen gewährleistet.



   Im einfachsten Anwendungsfall, nämlich bei einem platten- oder quaderförmigen Bauteil können die Rohrschlangen der ersten Gruppe in einer Ebene zur Aussenfläche angeordnet sein, während die Rohrschlangen der zweiten Gruppe möglichst im Innern des Bauteiles gelegen sind. Zweckmässigerweise sind die Rohrschlangen in Reihe geschaltet, wobei eine Umwälzpumpe im Bedarfsfall für eine Strömung sorgen kann, so dass die mit den Rohrschlangen der ersten Gruppe aufgenommene Wärme sehr rasch in die Rohrschlangen der zweiten Gruppe transportiert wird. Insbesondere im Taktbetrieb der Wärmepumpe ergeben sich energetische Vorteile, weil überschüssige Wärme von oberflächennahen Schichten abgezogen und in das Innere transportiert wird. Da die Speichermasse des Betonelementes besser genutzt wird, ergibt sich auch ein deutlich höherer Ausnutzungsgrad für die eingestellte Sonnenenergie.



   Da die Wärmepumpe bei einem insgesamt höheren Temperaturniveau arbeiten kann, werden bessere Leistungszahlen erreicht.



   Vorteilhafte Weiterausgestaltungen der erfindungsgemässen Anordnung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6.



   Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wärmeaufnahme einer nach Süden orientierten Betonwand im Verlaufe eines sonnigen Tages,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Anordnung im Zusammenhang mit einer Wärmepumpe; und
Fig. 3 den Rohrschlangenverlauf innerhalb des Bauteiles gemäss Fig. 2 in Aufsicht, gleichfalls mit schematisch angedeuteter Wärmepumpenanordnung.



   Das Diagramm gemäss Fig. 1 veranschaulicht die grundsätzlichen Energieströme an einem sonnigen Tag zwischen Null und 24 Uhr bei einer   z.B.      cm    dicken Betonwand. In dem Diagramm ist mit gestrichelten Linien das durch die Sonneneinstrahlung bedingte Energieangebot angedeutet.



  Wie diese Kurve zeigt, wird wesentlich mehr Energie zugestrahlt, als von dem Betonbauteil aufgenommen und im Inneren gespeichert werden kann. Bei dem mit dem Diagramm wiedergegebenen realistischen Beispiel vermag das Betonbauteil nur maximal 40% der eingestrahlten Energie aufzunehmen. Es muss folglich zu einer Temperaturerhöhung an der besonnten Oberfläche kommen, so dass die nicht aufgenommene bzw. abgeführte Wärme an die Aussenluft wieder abgegeben wird, diese also verloren geht.



   Zur Verbesserung der Wärmespeicherung muss darum für einen raschen Transport der aufgenommenen Wärme in das Innere des Bauteils gesorgt werden.



   Diesem Zweck dient in den Fig. 2 und 3 veranschaulichte Anordnung.



   Bei einem z.B. als Betonplatte 10 ausgebildeten Absorberund Speicherbauteil ist in unmittelbarer Nachbarschaft zur Wärme aufnehmenden Fläche 11 eine erste Gruppe mit Rohren bzw. Rohrschlangen 21 angeordnet, welche Teil des Absorberkreislaufes 20 ist.



   In einer im Innern der Betonplatte 10 gelegenen Ebene ist eine zweite Gruppe mit Rohren bzw. Rohrschlangen 22 angeordnet, welche gleichfalls Teil des Absorberkreislaufes 20 sind. Eine Umwälzpumpe 23 hält im Bedarfsfall eine Strömung im Kreislauf aufrecht, so dass die mit der ersten Gruppe aufgenommene Wärme durch Strömung sehr rasch der zweiten Gruppe zugeführt wird und von hier zur Wärmespeicherung an das Bauteil 10 abgegeben werden kann. Auf diese Weise wird überschüssige Wärmeenergie von oberflächennahen Schichten abgeführt und in das Innere verlagert.



  Da die Speichermassen des aus Beton bestehenden Elementes besser genutzt werden, können diese gegenüber Bauelementen mit nur einer im Innern angeordneten Gruppe von Rohrschlangen erforderlichenfalls kleiner gehalten werden.



   Grundsätzlich sind verschiedene Verbindungen zwischen den Rohren 21 und 22 denkbar. Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich bei einer Reihenschaltung, wie diese mit der Aufsicht gemäss Fig. 3 deutlich gemacht ist. Nur zum Zwecke der besseren Veranschaulichung sind die in der mittleren Ebene gelegenen, gestrichelt gezeichneten Rohre 22 versetzt zu den in der vorderen Ebene gelegenen Rohre 21 dargestellt.

 

   Bei dieser Schaltungsanordnung sind der Anfang der ersten Gruppe und das Ende der zweiten Gruppe mit der Kondensatorseite 31 der Wärmepumpe 30 verbunden. Falls dem Absorberkreis mittels der Wärmepumpe keine Wärme entzogen werden soll, der innere Wärmetransport zwischen den Gruppen 21 und 22 jedoch gewährleistet sein soll, ist ein Umschaltventil 24 bzw. 24' vorgesehen, welches Anfang und Ende der Rohrschlangen 21 und 22 miteinander verbindet und hierbei die Verdampferseite 31 der Wärmepumpe 30 überbrückt.



   Andere Schaltmöglichkeiten liegen im Rahmen des Erfindungsgedankens. 

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung zur Beheizung von Gebäuden, bestehend aus einem Absorberkreis mit in einem Bauteil aus zementgebundenen Baustoffen eingebetteten Rohrschlangen, der aus der Umgebung Wärme aufnimmt und die speichert, und mit einem Heizkreis eines Niedertemperatur-Heizsystems sowie einer zwischen Absorber- und Heizkreis angeordneten Wärmepumpe, wobei im Absorberkreis Ventile und eine Umwälzpumpe vorgesehen sind, die über einen Regler schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe von Rohrschlangen (21) des Absorberkreises (20) in einem unmittelbar an die Aussenseite des Absorberbauteiles (10) angrenzenden, als Kurzzeitspeicher dienenden Bereich des Absorberbauteiles (10) und eine zweite Gruppe von Rohrschlangen (22) im Innern des Absorberbauteiles (10) angeordnet ist,

   und dass die Rohrschlangen (21) der ersten Gruppe mit den Rohrschlangen (22) der zweiten Gruppe zwecks Wärmetransport durch Konvektion strömungsmässig miteinander verbunden sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlangen (21) der ersten Gruppe in einer Ebene parallel zur Aussenfläche (11) und die Rohrschlangen (22) der zweiten Gruppe in einer im Innern des Bauteiles (10) gelegenen Ebene angeordnet sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlangen (21, 22) beider Gruppen in Reihe geschaltet sind.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Absorberkreis (20) angeordnete Umwälzpumpe (23) für einen ständigen Austausch der Wärmeträgerflüssigkeiten zwischen den beiden Rohrschlangengruppen sorgt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Absorberkreis (20) zwischen den Rohrschlangen (21, 22) der ersten und zweiten Gruppe ein Umschaltventil (24) vorgesehen ist, mit welchem die Rohrschlangen (21, 22) entweder unmittelbar oder über die Verdampferseite (31) der Wärmepumpe (30) in Reihe schaltbar sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mindestens teilweise im Erdreich befindlichen Langzeitkaltspeicher mit in Bauteilen aus zementgebundenen Baustoffen eingebetteten Rohrschlangen (22) aufweist.

   Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beheizung von Gebäuden der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

   Eine derartige Anordnung ist Gegenstand des älteren Vorschlages gemäss DE-OS 3 035 538 und ist ferner aus der DE-OS 3 ob7 223 bekannt. Bei ihr wird mittels eines Wärmepumpenprozesses der Umgebung Wärme entzogen, die zu Heizzwecken einem Heizkreis zugeführt wird.

   Ein wesentliches Merkmal des Gegenstandes der o.a.

   DE-OS 3035538 besteht darin, dass die der Umgebung entzogene Wärme in einem Kurzzeitspeicher zwischengespeichert wird, die zwischengespeicherte Wärme dem Heizkreis und die überschüssige Wärme einem Langzeitspeicher zugeführt wird, aus dem sie im Bedarfsfall in den Heizkreis geleitet wird. Als Zwischenspeicher dienen hier Bauteile aus zementgebundenen Baustoffen, in welche die Rohre des Absorberkreises eingebettet sind. Diese Bauteile dienen gleichzeitig der Wärmeaufnahme, d.h. sie sind Wärmeabsorber und Wärmespeicher gleichzeitig.

   Im Betriebszustand zirkuliert durch die Rohrleitungen eine Wärmeträgerflüssigkeit, z.B. Sole, welcher mittels einer Wärmepumpe in bekannter Weise Wärme entzogen wird.

   Unter diesem Energieentzug kühlt sich das Absorber- und Speicherbauteil insbesondere in den Nachtstunden unter die Temperatur seiner Umgebung ab, so dass es Umweltenergie aufnehmen kann. Die hierbei absorbierte Umweltenergie entspricht vorwiegend dem Energieinhalt der vorbeistreichenden, wärmeren Luft, der auftretenden Niederschläge und der Energie, die bei Phasenumwandlung von Wasserdampf in Wasser und Eis frei wird.

   In den Tagstunden ergibt sich zusätzlich ein erheblicher Energiegewinn durch diffuse und direkte Sonneneinstrahlung auf der Oberfläche des Absorber- und Speicherbauteiles. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Ausnutzung dieser Sonnenenergie während der Tagstunden nur zu einem Teil möglich ist. Die Ursache hierfür ist, dass die eingestrahlte Energie nicht vollständig vom üblicherweise aus Beton bestehenden Wärme- und Speicherbauteil aufgenommen werden kann, weil die Aufnahmefähigkeit des Bauteiles durch die begrenzten internen Wärmeleitungs- und Wärmespeichervorgänge eingeschränkt ist.

   Falls das Bauteil die Wärme möglichst rasch und vollständig aufnehmen soll, müsste der Baustoff ein möglichst hohes Wärmeleitungsvermögen und eine grosse Wärmekapazität besitzen.

   Nach dem Vorschlag einer weiteren älteren Patentanmeldung gemäss DE-OS 3 132773 wurde zur Lösung dieser Aufgabe ein funktionell aus zwei Teilen bestehendes Bauelement vorgeschlagen, bei welchem ein der Wärmeaufnahme dienendes Teil im Freien gelegen ist, während das andere im wesentlichen der Wärmespeicherung dienende Teil im Erdreich vorzusehen ist, wobei in beiden Teilen von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmte Rohrleitungen eingebettet sind, welche vorzugsweise in Reihe geschaltet werden können.

   Ein derartiges Bauelement ist jedoch nur dort verwendbar, wo eine Erdberührung möglich ist. Für Hochbauten mit mehreren Geschossen ist dieses Bauteil nicht einsetzbar.

   Aus der US-PS 4086911 ist ein Sonnenkollektorsystem bekannt, bei welchem auf der Oberfläche eines Kegelstumpfes in dichtem Abstand angeordnete, flüssigkeitsdurchströmte Rohrschlangen vorgesehen sind, welche der Aufnahme von Strahlungswärme dienen. Diese Rohrschlangen stehen mit einem innerhalb des Kegelstumpfes vorgesehenen Flüssigkeitstank in Verbindung, mit welchem die aufgenommene Wärme über längere Zeit gespeichert werden kann.

   Eine derartige Anordnung ist im Gegensatz zu dem Kurzzeitspeicher nach der DE-OS 3 035 538 nicht geeignet, als tragendes Bauelement in einem Baukörper integriert zu werden.

   Auch ist ein flüssigkeitsgefüllter Tank als Langzeitspeicher nicht nur weniger zweckmässig, sondern auch wesentlich kostspieliger.

   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der eingangs genannten Art mit erhöhter Wärmespeicherwirkung, mit welcher die eingestrahlte Sonnenenergie möglichst vollständig aufgenommen und so lang wie möglich gespeichert werden kann.

   Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung gemäss der eingangs genannten Art erfindungsgemäss nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

   Während bei der Lösung nach dem älteren deutschen Patent 3 035 538 der Wärmetransport ausschliesslich durch reine Wärmeleitung innerhalb des massiven Absorberbauteiles erfolgt, wird nach der erfindungsgemässen Lösung der Wärmetransport von den aussen gelegenen Rohrschlangen zu den innen gelegenen im wesentlichen durch das strömende Medium Sole selbst bewirkt. Zu diesem Zweck stehen die Rohrschlangen der ersten Gruppe mit denjenigen der zweiten Gruppe in Strömungsverbindung. Durch diese Mass **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.