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Die
Erfindung betrifft die Vorrichtung eines Wasser-Wärmespeichers
bzw. Speichermediums, das aus Wasser und zumindest einem festen
Baustoff besteht, der eine Struktur mit Hohlräumen aufweist, und gezielt
dazu bestimmt ist, das ganze Wasser, und soviel wie möglich davon
in sich aufzunehmen und eigenständig
zu halten, eine statisch tragfähige
Struktur hat, und dementsprechend überbaut werden kann, und wasserdurchlässige und/oder
hygroskopische Eigenschaften haben kann, und dem alle erforderlichen
zusätzlichen
Einrichtungen für
den Betrieb und die Nutzung der Wärmespeicherung zugeordnet sind.
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Künstliche
Wasserspeicher sind im landläufigen
Sinne erst mal Wassersammeleinrichtungen, die je nach Bedarf und
speziellem Einsatzzweck als kleinere oder größere Behälter oder Auffangbecken ober-
und/oder unterirdisch erbaut werden. Da Wasser ein flüssiges Medium
ist und alleine keine stabile Baukomponente darstellt, bedarf es
zur Ansammlung eines entsprechenden Volumens immer eines zumindest
absolut dichten Behältnisses.
Solche Wasserspeicher müssen
je nach gewählter
Bauform statisch tragfähig
konstruiert sein, und sind dementsprechend sehr aufwendig in der
werkseitigen Herstellung oder im Bau vor Ort, und werden zumeist
entweder als Stahl- oder GFK-Behälter
(Behälter
aus Glasfaserverstärktem
Kunststoff), oder als Stahlbetonbauwerk erstellt.
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Wasserbehälter werden
auch sehr lange schon als Wärmespeicher
verwendet, da Wasser bekanntlich sehr gut Wärme transportieren und speichern
kann, und in großen
Mengen, zumindest in Mitteleuropa, kostengünstig zur Verfügung steht.
Die Wärmespeicherung
umfasst ein sehr weites und sehr vieischichtiges Feld. Das reicht
von kleineren Wärmespeichern
für den
tägliche
Gebrauch, wie man sie aus der Haustechnik kennt, sogenannte Kurzzeit-Wärmespeicher,
bis hin zu größeren bis
sehr großen
Langzeit-Wärmespeichern
für Niedertemperaturwärme. Wärmespeicher
haben grundsätzlich
die Aufgabe, das Wärmeangebot
im Zeitverlauf und in der Leistung dem Bedarf anzupassen. Erst durch Wärmspeicher
lassen sich diskontinuierlich, und in unterschiedlichen Mengen und
Temperaturen anfallende (Ab-)Wärmemengen
aus z.B. der Industrie, der Haus- und Fernheiztechnik, oder auch
aus dem Abwasser und der Erdwärme
kurzfristig zwischenspeichern oder auch saisonal, d.h. langfristig
einlagern, und nach Bedarf effizient nutzen. Insbesondere ist hier
noch die solarthermische Kurz- und saisonale Langzeitwärmespeicherung
zu nennen, die mit großem
Kostenaufwand zur Zeit im Rahmen von immer größeren Pilotprojekten erforscht
und erprobt wird, und sich aufgrund der Verknappung und der infolge Verteuerung
der fossilen Primärbrennstoffreserven immer
weiter zur Wirtschaftlichkeit hin entwickelt. Einen guten Überblick über den
gesamten allgemeinen Stand der möglichen
Techniken vermittelt die Publikation mit dem Titel „Langzeit-Wärmespeicher
und solare Nahwärme" des BINE-Informationsdienstes des
Fachinformationszentrums Karlsruhe, mit Sitz in 53129 Bonn, Mechenstraße 57. Nachfolgend
sollen daher nur nochmal die für
diese Anmeldung wichtigen Aspekte zum dem Stand der Technik herausgestellt
werden.
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Nach
dem physikalischen Prinzip werden die Speicher nach fühlbarer
bzw. sensibler, latenter, und chemischer Wärme, und nach dem Speichermedium in
Wasser- oder Gesteinsspeicher bzw. Kies-Wasserspeicher unterschieden,
wobei die Speicher mit fühlbarer
Wärme mit
ausschließlich
Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Gesteinsmassen als Speichermedium
dominieren. Es gibt noch Erdwärmesondenspeicher,
Hybridspeicher und Aquiferspeicher, die für diese Anmeldung weniger relevant
sind, weil sie hauptsächlich
die natürliche
Geologie bzw. das Erdreich als Wärmespeicher
und -quelle nutzen, und zu deren Erschließung grabenlose Verfahren, z.B. Bohrverfahren,
verwenden. Jedoch werden auch in diesen Systemen zusätzliche
oft künstliche
Wasser-Wärmespeicher
als Pufferbehälter
zur Effizienzsteigerung integriert.
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Gegenüber reinen
Wasserspeichern ist für Wärmespeicher
kennzeichnend, dass sie zusätzlich insbesondere
zumindest nach oben und zu den Seiten hin wärmegedämmt sein müssen. Ist der Behälter im
Erdboden eingelassen kann eine Wärmedämmung im
Bereich des Behälterbodens
unter Umständen
entfallen. Um den Wärmeverlust
und den Aufwand an Wärmedämmung zu
minimieren, ist eine optimale Geometrie des Speichervolumens anzustreben
die derart realisiert wird, dass man die Oberfläche gegenüber dem Volumen weitestgehend
reduziert. Die theoretisch ideale Form wäre in diesem Fall die Kugel,
der Würfel,
oder der Zylinder mit gleichem Durchmesser und Höhe. Andererseits will man das Speichermedium
in einem Wärmespeicher
mit unterschiedlichen Temperaturen schichtweise übereinander einlagern können. Vorzugsweise
sollen sich dann die kalten Wasserschichten ganz unten, und die
immer wärmer
werdenden Wasserschichten nach oben hin einstellen. Dies ist sehr
gut möglich,
weil Wasser eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, und daher erwiesener
maßen
bei vorzugsweise ruhendem Speichermedium nur ein geringer Temperaturaustausch
zwischen Kalt und Warm stattfindat. Dementsprechend wird als ideale
Speichergeometrie eher ein hoher und schlanker als ein flacher und
breiter Speicher angestrebt, um die Kontaktfläche der unterschiedlichen Speicherschichten
so klein wie möglich zu
halten. Somit hätte
ein schlanker zylindrischer Speicher mir einem Höhen-/Durchmesserverhältnis von
2:1, oder noch besser 5:1, die idealen Proportionen. Hinzu kommt,
dass zylindrische Behälter
schon allein aufgrund ihrer rotationssymetrischen Form gegenüber Innendruck
statisch belastbarer sind. Diesen eher theoretischen Überlegungen
sind jedoch praktische Grenzen gesetzt, denn diese Geometrie bedarf
in jedem Fall immer sehr aufwendiger, d.h. statisch tragender Behälter aus
Stahl, Beton oder glasfaserverstärkten
Kunststoffen (GFK). Und insbesondere Wärmespeicher mit ausschließlich Wasser als
Speichermedium benötigen
eine aufwendige Tragkonstruktion für die Abdeckung, deren Anspruch zunimmt
je größer der
Behälterdurchmesser
wird, und wenn eine zusätzliche verkehrstechnische
oder bauliche Nutzung über
der Abdeckung aus Platzgründen
vorgesehen ist. Denn gerade in baulich kompakten Nahwärmeinfrastrukturbereichen,
wo sich solche Speicher vorwiegend sinnvoll einsetzen lassen, ist
jeder Quadratmeter Fläche
kostbar und wenn möglich
als Baugrund oder zumindest für
z.B. Grünanlagen
und Verkehrswege zu nutzten.
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Im
Bezug auf die Konstruktion und Dimension von Langzeit-Wärmespeichern
sucht man daher heute immer noch nach einem Kompromiss, um diese
Technik technisch wie wirtschaftlich machbar werden zu lassen. Die
derzeit bevorzugte Bauform ist der teilweise in den Boden eingelassene
und mit Erdreich angeböschte
und überbaute
zylindrische Behälter aus
Stahlbeton mit einem Boden und einer tragenden Abdeckung in Form
eines Kegelstumpfes. Das Höhen-/Durchmesserverhälthis liegt
bei ca. 1:2. Weitere Anforderungen kommen hinzu. Diese Speicher
arbeiten mit Temperaturen bis ca. 100° C und stellen somit sehr hohe
Qualitätsansprüche an die
zu verwendeten Baumaterialien, um die geforderte Zeitstandfestigkeit
zu erfüllen.
Dies gilt für
das Behälterbauwerk selbst,
wie auch für
die Wärmedämmung und
die zumeist zusätzlich
erforderliche Abdichtung. Aufgrund der hohen Temperaturen sind viele
Kunststoffe nicht mehr geeignet, sodass nur noch eine vergleichsweise
sehr teure korrosionsbeständige
Innenauskleidungen aus Edelstahl oder GFK in Frage kommt, und das
Stahlbetonbauwerk aus einer speziellen Betonmischung bestehen muss.
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Da
die Kapazität
von Langzeit-Wärmespeicher
nur 1–2
mal im Jahr genutzt wird, und der vorgenannte Aufwand letztendlich
bislang noch zu keinem wirtschaftlich akzeptablen Ergebnis geführt hat,
sieht man, um die volumenbezogenen Investitionskosten zu reduzieren
bzw. das Kosten-Nutzen-Verhältnis
zu verbessern, nur noch den Weg hin zu immer größerem Speichervolumen.
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Eine
interessante Variante, um Baukosten im Vergleich zu den Behälterspeichern
zu sparen, ist der sogenannte Erdbeckenspeicher. Hierzu wird eine
mit wasserdichten Abdichtungsbahnen ausgekleidete und wärmegedämmte Grube
oder Mulde im Erdboden ausgehoben und mit Wasser aufgefüllt. Der
Kostenvorteil bei dieser Konstruktion liegt darin, dass eine nicht
mehr in dem bisherigen Maße
erforderliche tragende Stahlbetonausführung des Auffangbeckens erforderlich
ist. Jedoch können
diese Becken immer weniger die oben näher beschriebenen Anforderungen
hinsichtlich einer optimalen Geometrie erfüllen. Dementsprechend wird
der Speicher relativ flach bauen und eine große Fläche benötigen, sodass auch die Wärmeverluste
höher werden,
es sei denn man speichert in das Wasser nicht mehr derart hohe Temperaturen
ein. Letzteres hat aber wieder eine geringere spezifische Leistung
pro Kubikmeter Speichervolumen zur Folge und verlangt nach einem noch
größeren Speicher.
Ein weiterer Nachteil ist dass damit die tragende Abdeckung noch
aufwendiger wird, jedoch gibt es hier Versuche, diese als schwimmende
Konstruktion auszuführen.
Ihre konstruktive Ausführung
erweist sich jedoch insbesondere aufgrund der Volumenänderung
des Wassers und damit des Wasserspiegels bislang als schwierig.
Abhilfe schafft in diesem Fall eine weitere Variante des Wasser-Wärmespeichers
für die
Langzeit-Wärmespeicherung
von Niedertemperatur in Form des Kies- oder Erdreich-Wasser-Wärmespeicher.
Bei dieser Variante wird ein Gemisch aus Kies und Wasser als Speichermedium
genutzt und vorwiegend in Verbindung mit einem Erdbeckenspeicher
verwendet. Eine tragende Deckenkonstruktion ist bei dieser Ausführung aufgrund
des statisch tragenden Kiesanteils nicht mehr erforderlich, sodass
eine Überbaubarkeit problemlos
möglich
ist. Die Verwendung von Kies hat aber auch Nachteile, denn dieser
Baustoff nimmt ca. 60–70%
des Speichervolumens ein, und es wird aufgrund der geringeren Wärmespeicherfähigkeit
dieses Stoffes im Vergleich zum reinen Wasser-Wärmespeicher ein um ca. 50%
größeres Gesamtspeichervolumen
benötigt,
um die vergleichsweise selbe Wärmemenge
speichern zu können.
Auch ist Kies um ca. das 10 -fache teurer als Wasser, wenn man ihn
nicht im Aushub vor Ort vorfindet und entsprechend reinigen kann,
sondern anliefern lassen muss. Man kann auch das einfache Erdreich
des Aushubs verwenden, würde
aber dann ein ca. doppelt so großes Speichervolumen für die gleiche
Wärmeleistung
benötigen.
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Die
nähere
Ausgestaltung einer entsprechenden Erdbeckenspeichervariante, die
mit wassergesättigtem
Bodenaushub, oder einer wassergesättigten Schüttung mit losen Partikeln oder
Granulaten verfüllt
ist, die auch selbst Wasser in sich aufnehmen kön nen, wird mit der Schrift
DE 199 29 692 A1 offenbart.
Erst durch die Fassung des Bodenaushubs bzw. der einzelnen Partikel
oder Granulate in einer mit einer wasserdichten Sperrschicht bzw.
Folie ausgeschlagenen Bodengrube wird erreicht, dass diese sich
gegenseitig und gegenüber
der Grubenwandung abstützen
und somit einen Stützkörper bilden
können,
der als gefasstes Haufwerk horizontale und vertikale Lasten gegenüber der
Bodengründung
abtragen kann. Gleiches Prinzip betrifft alle inzwischen bekannten
Erdmasse- oder Kies-Wasser-Wärmespeicher,
bzw. Erdbeckenspeicher.
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Grundsätzlich unterirdische,
schon vorhandene bzw. vorgetriebene, jedoch nicht mehr der eigentlichen
Bestimmung gemäß genutzte
Bauwerke, wie z.B. stillgelegte Bunker, Zisternen, Kavernen, oder
Grubenräume
des Bergbaus gültig.
Entsprechend ihrem Zustand sind diese mehr oder weniger künstlichen
oder natürlichen
Bauwerke mit den erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen auszustatten, soweit
dies nachträglich
machbar ist. Auch kann nicht davon ausgegangen werden, dass z.B.
Kavernen oder Bauwerksschächte
und Stollen für
diesen Zweck einfach nur mit Wasser befüllt oder mit Sickerwasser selbst
volllaufen gelassen werden können. Sicherlich
wird man auch hier das Gestein vorher mit zusätzlichen Maßnahmen statisch stabilisieren
und mit einer entsprechenden Abdichtung ausstatten müssen. Jedoch
wird wohl kaum eine Wärmedämmung erforderlich
sein, weil bei immer tieferen Bodenschichten die Endwärme zunimmt,
sodass sogar umgekehrt keine Wärme
eingespeichert werden braucht, sondern vorrangig über das
Speicherwasser dem Tiefengestein die Erdwärme entzogen werden kann.
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Jedoch
letztendlich sind alle diese Bauwerke nach sehr aufwendig und aufgrund
ihrer Größe und technischen
Komplexität
noch recht unüberschaubar und
demzufolge mit Einschränkungen
und unkalkulierbaren Risiken behaftet und bezüglich ihres Bedarfs entsprechend
inflexibel, wenn nicht einfachere, kostengünstigere Bauformen, Verfahren,
Materialien und Speichermedien gefunden werden, die es ermöglichen,
u.a. auch kleinere Einheiten technisch wie finanziell machbar werden
zu lassen. Denn die bisherigen Bauwerke waren einerseits immer dem Zwang
unterlegen, an zentrale Großbauprojekte
gebunden zu sein und bedurften für
eine sinnvolle Wärmeversorgung
immer einer entsprechend großen Nahwärmeinfrastruktur
(größer als
100 Wohneinheiten), also der Erschließung von größeren Neubaugebieten. Solche
Baugebiete werden künftig
nur noch im Bereich von Stadtrandbezirken zu erschließen sein,
sodass von einer derzeit flächendeckenden
Anwendung dieser Technik, u.a auch in schon bestehenden, d.h. entsprechend
beengten Bauinfrastrukturen, nicht ausgegangen werden kann, es sei
denn, es werden ganze Stadtbezirke vorher niedergerissen. Denn gerade
die flächendeckende
dezentrale Wärmeversorgung
mit kleinen flexiblen Einheiten hat Zukunft, sodass es künftig auch
vernünftige
und von Versorgungsmonopolen, wie z.B. den Stadtwerken, oder anderen
kommunalen oder privaten Betreibergesellschaften und Energieversorgern,
unabhängige technische
Lösungen
geben sollte, die auch dem kleineren Investor oder Bauherrn, bis
hin zum privaten Hausbauer eine individuelle Option ermöglicht. Übrigens
geht der Trend in der Gebäudetechnik
immer mehr hin zur eigenständigen
und unabhängigen, d.h.
dezentralen Energieversorgung, wobei die effiziente Nutzung der
Energie bei entsprechend anspruchsvoller Wärmedämmung eine immer-größere Rolle
spielt. Zudem bergen solche Großprojekte
immer auch technisch wie finanziell sehr große Risiken, wenn z.B. Konzeptions-,
Planungs-, oder Ausführungsmängel erst
nach der Inbetriebnahme erkannt werden und sich negativ auswirken,
oder nach einer längeren
Zeit durch Materialermüdung
oder Korrosion Schäden
am System auftreten. Zum Beispiel ist bekannt, dass bei entsprechenden
Großbehältern Dichtheits-
und Korrosionsprobleme aufgetreten sind oder die geplante Wärmeleistung
nicht vorhanden war, weil sie falsch ausgelegt, oder der Behälter undicht
wurde oder die Wärmedämmung zu
dünn war oder
Feuchtigkeit aufgenommen hat. Die Folgen können fatal sein. Denn wenn
z.B. der Wärmespeicher Wasser
verliert, dann geht auch Wärme
verloren. Und das ausströmende
Wasser würde
den Wärmespeicher
seine Fundamentierung unterspülen
und damit die Statik des Bauwerks über kurz oder lang in Frage
stellen, also ein Szenario, das in einem Scheitern des ganzen Projekts
enden kann.
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Ausgehend
von dem vorstehend angegebenen Stand der Technik und der damit verbundenen Problematik,
liegt der vorliege den Erfindung nun die Aufgabe zu Grunde, einen
Wasser-Wärmespeicher oder
ein Speichermedium zu offenbaren das aus Wasser und zumindest einem
festen Baustoff besteht, der eine Struktur mit Hohlräumen aufweist,
und gezielt dazu bestimmt ist, das ganze Wasser, und soviel wie
möglich
davon in sich aufzunehmen und eigenständig zu halten, eine statisch
tragfähige
Struktur hat, und dementsprechend überbaut werden kann, und wasserdurchlässige und/oder
hygroskopische Eigenschaften haben kann, und dem alle erforderlichen
zusätzlichen
Einrichtungen für
den Betrieb und die Nutzung der Wärmespeicherung zugeordnet sind,
das jedoch im Unterschied zu Stand der Technik aufgrund seiner einfachen
und kostengünstigen
Herstell- und Installationsmöglichkeit
auch kleinere bis kleinste Wärmespeicher
sinnvoll, d.h. mit einer ausreichenden Leistung und Wirtschaftlichkeit
realisierbar macht, ohne aus einer Schüttung aus Bodenaushub oder
losen Partikeln, Granulaten, oder Kies zu bestehen, die für diesen
Zweck immer einer statischen Einfassung bedarf. Um diese Einheiten
dann auch in schon bestehenden Baustrukturen flexibel installieren
zu können,
muss das Speichermedium statisch tragend auch z.B. mit Gebäuden ohne
größeren zusätzlichen
Aufwand überbaut
werden können.
Dies stellt an die Technik die Anforderung, da diese Einheiten nach
der Überbauung
nicht mehr zugänglich sind,
dass die verwendeten Materialien und Stoffe eine lange Standfestigkeit
haben und verrottungsfest, wartungsfrei und umweltfreundlich sind
und der Speicher bzw. das darin enthaltene Wasser keine Gefahr für die Fundamentierung
unter größeren Bauwerken
darstellt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Wasser-Wärmespeicher
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und den weiteren
wesentlichen Ausgestaltungen in den Unteransprüchen 2 bis 8 derart gelöst, indem
gemäß dem Hauptanspruch
der Baustoff ein Schaumprodukt ist, oder ein Baustoff ist, der aus
mehreren gleichen und/oder unterschiedlichen festen Baustoffen besteht,
die miteinander fest verbunden sind.
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Der
bislang in diesem Zusammenhang bei Kies-Wasser- oder entsprechenden
Gesteinsspeichern verwendete Baustoff „Kies" oder „Erdreich" hatte diese Eigenschaft in der Regel
nicht. Diese Speicher arbeiten z.B. mit einem losen Kies-Wasser-Gemisch,
wobei der Kiesanteil bei ca. 60–70% liegt
und demnach nur einen Wasseranteil von 30–40% hat. Entsprechend geringer
ist dann auch ihre Speicherkapazität gegenüber reinen Wasser-Wärmerspeichern.
Geht man nun davon aus, dass der beanspruchte Baustoff gemäß der Erfindung
das gesamte Speichervolumen ausfüllt
und selbst aufgrund seiner Hohlräume
Wasser aufnehmen kann, dann erhöht
sich der Wasseranteil und die mögliche
Wärmespeicherkapazität gegenüber dem bisherigen
KiesWasser-Wärmespeicher
erheblich. Denn es sind Materialen auf anderen Anwendungsgebieten
bekannt, die bis zu 80% ihres Eigenvolumens Wasser in der genannten
Weise aufnehmen und halten können.
Dies ist ein erster Schritt hin zu kleineren wirtschaftlicheren
Speichereinheiten. Wie hoch die Wasseraufnahmekapazität ist, wird
letztendlich von dem verwendeten Baustoff und seiner Verarbeitung
bzw. seiner handelsüblichen
Bereitstellung abhängig
sein. Ein weiterer Vorteil des neues Baustoffs ist, dass er das über die
Hohlräume
aufgenommene Wasser im Prinzip eigenständig mit seiner speziellen
Struktur, d.h ohne zusätzliches
Hilfsmittel bis zu einer bestimmten Sättigung halten kann. Diese Eigenschaft
wird allein schon über
die Materialbeschaffenheit des Baustoffs und über kleine bis kleinste Hohlräume und
deren Verbindungen mittels der Kapillarwirkung erreicht. Dies hat
den besonderen Vorteil, dass das Speichermedium grundsätzlich erst mal
keiner zusätzliche
Abdichtung nach Außen
bedarf, sodass auch nicht das Risiko besteht, wie es bislang bei
allen Wasser-Wärmespeichern
bestand, dass das gespeicherte Wasser im Fall von Leckagen aus dem
Wärmespeicher
ungewollt und unkontrolliert ausströmen kann, Wärme entsprechend verloren geht
und unweigerlich das umgebende Erdreich ausschwemmt und dadurch
ggf. Bauwerksgründungen bzw.
die betreffenden Fundamente in Mitleidenschaft gezogen werden. Zudem
kann damit unter bestimmten Umständen
die zusätzliche äußere Abdichtung, wie
sie bei allen bisherigen Wasser-Wärmespeichern unbedingt erforderlich
war, eingespart werden. Dies ist ein weiterer Schritt hin zu kleineren
wirtschaftlichen Speichereinheiten. Es wird jedoch nicht in allen Fällen, in
denen keine zusätzliche äußere Abdichtung
vorgesehen ist, zu vermeiden sein, dass, wenn das Speichermedium
z.B. mit dem Gestein einer Erdmulde in Kontakt kommt, Wasser aus
dem Speichermedium in das angrenzende Erdreich ausnässt. Dies wird
jedoch nur in so kleinen Mengen geschehen, dass aus dem Wärmespeicher
nur eine minimale Wärmemenge
verloren geht und keine nnenswerte Veränderung der natürlichen
Bodenstruktur erfolgt. Das dann im Speichermedium fehlende Wasser, kann
in einfacher Weise sukzessive wieder von oben über einen entsprechenden Wasseranschluss
nachgefüllt
werden. Der Baustoff hat spätestens
nach der Installation des Wärmespeichers
eine statisch tragfähige
feste Struktur, sodass wie bei einem Kies-Wasser-Warmespeicher grundsätzlich die
Voraussetzungen für
eine entsprechende Überbauung
gegeben ist, jedoch mit dem darüber
hinausgehenden Vorteil, dass der Baustoff selbst die erforderliche
statische Stabilität
hat und demnach grundsätzlich
erst mal keiner zusätzlichen
Unterstützung
durch z.B. einen Stahl-, GFK-, oder Stahlbetonbehälter oder
-becken bedarf. Demnach könnte
dieser Baustoff direkt in eine nackte Erdgrube eingebracht mit Wasser
gesättigt
an die Anschlüsse
für den
Betrieb des Speichers angeschlossen, und anschließend z.B.
mit einem Gebäude überbaut
werden. Die Grundplatte des Gebäudes,
sei sie ebenerdig oder als Kellersohle ausgeführt, kann direkt auf dem Baustoff
des Speichermediums bzw. der üblicherweise
vorher noch darüber
verlegten Abdichtungsbahn und Wärmedämmung aufgebaut
bzw. betoniert werden. Die Gebäudelast
würde sich
dann in diesem Bereich über
den Baustoff direkt im Untergrund abstützen können. Dies kann weiterhin in
großen
Speicher- bzw. Volumeneinheiten geschehen, aber auch ein weiterer Schritt
hin zu kleineren wirtschaftlichen Einheiten sein, wie sie künftig insbesondere
in vorhandenen städtischen
Infrastrukturen gefragt sein werden. Die Struktur des erfindungsgemäßen Baustoffs
wird weiter ausgestaltet, indem diese Hohlräume z.B. Poren, Fugen, Risse
und/oder Kapillare aufweist. Grundsätzlich sind damit alle möglichem
Formen von kleinen bis kleinsten Hohlräumen gemeint, die Wasser von
selbst aufsaugen und halten können.
Diese Hohlräume
können
offen oder geschlossen sein. Um auch geschlossene Hohlräume mit
Wasser sättigen
zu können,
hat das Grundmaterial des Baustoffs entsprechend wasserdurchlässige und/oder
hygroskopische Eigenschaften. Das Material kann selbstverständlich auch
von natürlicher
und/oder künstliche bzw.
organischer oder anorganischer Art sein.
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Zementartige
Schaumprodukte, auch Schaumbetone genannt, sind schon für andere
Verwendungszwecke gebräuchlich,
jedoch dienen sie dort vorwiegend zum Ausfüllen von Hohlräumen oder als
Baumaterial, mit dem Ziel, besonders leichte und Baustoff sparende
Baumaterialen zu schaffen, die zudem eine gute wärmedämmende Eigenschaft haben. Diese
Materialien erfüllen
demnach ihren Zweck nur, wenn sie weitestgehend frei von Feuchtigkeit und
Nässe sind.
Daher müssen
solche Bauten erst trocknen bis sie für den weiteren Ausbau bzw.
für die Nutzung
weiterverwendet werden können.
Außerdem
sind solche Baustoffe so kondirtionier, dass sie nach ihrer Trocknung
auch bei Nässe
von Außen
nur so wenig wie möglich
Feuchtigkeit aufnehmen. Grundsätzlich
werden solche Bauten dann noch entweder durch Abdeckungen oder entsprechendende Isolationsbeschichtungen
gegen Feuchtigkeit von Außen
zusätzlich
geschützt.
Demnach ist die mit dieser Anmeldung beanspruchte umgekehrte Bestimmung
und Konzeptionierung des Baustoffs, nämlich für eine maximal mögliche Aufnahme
von Wasser vorrangig zur Wärmespeicherung,
bislang nicht bekannt. Denn das erfinderische Schaumprodukt ist dazu
bestimmt anstatt Luft Wasser in seine festen Schaumblasen aufzunehmen.
Dieses Konstrukt dürfte
somit nach dem reinen Wasser-Wärmespeicher den
größten Anteil
an Wasser im Speichermedium bei geringstem Baustoffanteil aufweisen.
Dieser Baustoff kann ähnlich
wie bei anderen Zementprodukten einfach hergestellt, vermarktet,
transportiert und zügig
verarbeitet werden. Anschließend
kann die feste Struktur des Baustoffes mit Wasser befüllt bzw.
gesättigt
und dann überbaut
werden. Ein solcher Wärmespeicher
ist sehr kostengünstig
mit größtmöglicher
Speicherleistung auch in kleinen Einheiten individuell unter Gebäudeneubauten
installierbar. Der Zement- bzw. Betonbaustoff selbst ist, wie aus
anderen Anwendungen bekannt, langlebig, wartungsfrei und umweltfreundlich.
Der Wärmespeicher
müsste jedoch
dann als ruhender Wasserspeicher mit einer indirekten Wärmebe- und
entladeeinrichtung, z.B. über
eingebaute Kollektorrohre, betrieben werden. Auch andere Varianten
sind vorteilhaft möglich, wenn gemäß Anspruch
1 der Baustoff aus mehreren gleichen und/oder unterschiedlichen
festen Baustoffen besteht und diese gemäß Anspruch 2 durch ein Bindemittel
fest miteinander verbunden sind, insbesondere dann, wenn das Bindemittel
gemäß Anspruch
3 wiederum zementartige ist. Als unterschiedliche feste Baustoffe
stehen aus anderen bekannten Anwendungen neben entsprechenden Bindemitteln
z.B. auch alle geeigneten Formen von Partikeln, Granulaten, sonstige
Zuschlagsstoffe, und/oder Fasern handelsübtich zur Verfügung und
können
in geeigneter Weise für
diesen Zweck kombiniert werden.
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Besonders
ist dafür
gemäß Anspruch
4 Bimsstein oder ein ähnlich
strukturierter Baustoff geeignet. Bimsstein ist ein poröses glasiges
Vulkangestein, dessen spezifisches Gewicht kleiner (ungefähr um zwei
Drittel) als das von Wasser ist Dementsprechend hoch ist seine Wasserspeicherfähigkeit
und wird als Granulat u.a. auch zur Belüftung und besseren Feuchthaltung
von Böden
im Garten- und Landschaftsbau eingesetzt. Er wird auch in Verbindung mit
zementartigen Bindemitteln für
die Herstellung von Bausteinen, auch als Bims-Hohlblock oder Leichtbetonbaustein
bekannt, verwendet, die jedoch wegen ihrer leichten Handhabbarkeit
und guten Wärme
dämmenden
Eigenschaft vorwiegend für
den Hausbau, und nicht gezielt als Speicherwerkstoff für die Aufnahme
von Wasser für
die Wärmespeicherung
gedacht sind. Ein Speichermedium gemäß dem Erfindungsgegenstand
aus Bimsteingranulat und einem zementartigen Bindemittel ist im
Vergleich zu einem Kies-Wasser-Wärmespeicher
auch ohne äußere Fassung
statisch stabil und hat aufgrund seiner porösen Struktur eine größere Wasseraufnahmekapazität. Auch
die Verwendung dieses Baustoffes wäre ein positiver Schritt hin
zu effektiveren kleineren Wärmespeichereinheiten.
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Mit
dem Anspruch 5 wird ein Baustoff für den Bau eines Wärmespeichers
beansprucht, der zumindest aus einem Baustoff besteht, der zur Zeit
der Verarbeitung flüssig
ist und erst nach der Verarbeitung aufgrund seiner Topfzeit oder
Austrocknung fest wird. Dies kann ein Baustoff in Form eines Bindemittels oder
auch ein Bindemittel mit anderen festen Baustoffen sein. Das schließt ein,
dass auch das Bindemittel aus mehreren Baustoffen bestehen kann.
In diesem Fall ist das Bindemittel flüssig und kann alleine z.B.
als Schaumprodukt oder ggf. mit anderen festen Baustoffen, z.B.
mit Bimsgranulat, gemischt als viskose Betonmasse verarbeitet werden.
Dieser flüssige
Baustoff kann sehr gut in Auffangbehältern, Verschalungen oder Gießformen
verfüllt
werden. Handelt es sich hierbei um eingeschalte Räume, wird
die Schalung nach der Aushärtung
des Baustoffs zumeist wieder entfernt. Der Baustoff kann aber auch ohne
zusätzliche
Schalung verarbeitet werden, wenn er z.B. direkt in eine entsprechende
Baugrube verfüllt wird.
Jedoch kann das Speichermedium auch teilweise oder ganz aus dem
Erdreich herausragen. In diesen Fällen ist eine zumindest teilweise
Einschalung und in diesem Zusammenhang wohl auch eine zusätzliche
Umfassung z.B. mit einer Betonwand erforderlich wobei die Betonwand
rationellerweise zugleich als verbleibende Schalung verwendet werden kann.
Zumindest jedoch wird das Speichermedium mit der Überbauung
nahezu bündig
abschließen,
unabhängig
davon, ob z.B. ein Gebäude
ohne oder mit einem Keller darüber
erstellt wird.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Baustoffs gemäß Anspruch
6 ist wird er bei der Verarbeitung als flüssiger Baustoff in eine nackte
Erdgrube verfüllt,
dass er in die Randzone des anstehenden Erdreichs eindringt und
dieses mit dem entsprechenden Bindemittel sättigt. Nach Aushärtung des
Bindemittels wird diese Randzone zu einer weitestgehend gegenüber dem
Speichermedium dichten und statisch stabilen Betonwand, die nahezu übergangslos in
den Baustoff des Speichermediums übergeht, und auch mehr oder
weniger wärmedämmend wirkt.
Der Wärmespeicher
erhält
dadurch automatisch ohne zusätzlichen
Aufwand eine zusätzliche
Betonschale. Genauso können
nicht bemerkte Leckagen in Betonbecken oder in mit einer Abdichtungsbahn
ausgekleideten Erdmulden nach Einfüllung dieses Baustoffes dadurch
automatisch abgedichtet werden. Auch wird immer eine Schalung hilfreich
sein, will man anders als bei der konventionellen Erdbeckenkonzeption
optimale Wärmespeichergeormetrien
realisieren.
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Je
nach Bedarf und ggf. auch dann, wenn der Wärmespeicher aufgrund seiner
Tiefe in Grundwasser führenden
Bodenschichten liegt, wird es ratsam sein, das Speichermedium zur
Optimierung seiner Leistungsfähigkeit
zusätzlich
mit einer gänzlich oder teilweisen
Umhüllung
auszustatten. Neben einer Abdeckung nach oben, die sicherlich sowieso
zumeist als Wärmedämmung und
Abdichtung ausgeführt
werden muss, sollte in Abhängigkeit
von den geologischen bzw. hydrogeologischen Bedingungen zumindest
auch an den Seiten entsprechend verfahren werden. Gleiches gilt
auch für
nach unten, wobei hier die Wärmedämmung ggf.
entfallen kann, weil im unteren Bereich des Wärmespeichers vorzugsweise die
kalten Temperaturen eingespeichert werden. Die Umhüllung kann
auch bedarfsweise der zusätzlichen Stabilisierung
des Speichermediums dienen, sofern dies unter bestimmten Umständen erforderlich
ist. Eine solche Umhüllung
kann aus den unterschiedlichsten Materialien bestehen. Als Auszug
daraus sind als Beispiel Kunststoff und/oder Beton zu nennen. Ggf.
kann auch eine Abdichtung nach unten entfallen, da dar Speicher
sowohl das Wasser allein schon aufgrund seiner spezifischen Baustoffstruktur weitestehend
selbst halten kann, als auch – wie
zuvor schon näher
ausgeführt – sich selbst
während
der Installation abdichtet. Hinzu kommt, ist das Speichermedium
von oben und von den Seiten mit einer Umhüllung haubenförmig abgedichtet,
dass der Speicher schon allein auf Grund des sich unter der Haube bildenden
Vakuums nahezu kein Wasser nach unten verliert. Da es jedoch durch
die formschlüssige
direkte Berührung
des Speichermediums mit dem anliegenden Erdreich zu sukzessiven
Ausnässungen kommen
kann, d.h. ein geringer Verlust an Speicherwasser nicht immer zu
vermeiden ist, wird dieser durch zusätzliche Einrichtungen ausgeglichen,
die der Baustoffstruktur von oben zwischen dem eigentlichen Speichermedium
und der Umhüllung
bzw. Abdeckung bei Bedarf zusätzliches
Wasser kontrolliert zuführt.
Dies geschieht durch konventionelle Rohranschlüsse, Armsturen und Messeinrichtungen
etc. des Rohrleitungsbaus. Der Sättigungsgrad
bzw. der Wasserstand im Speicher kann demnach jederzeit kontrolliert
und ordnungsgemäß aufrecht
erhalten werden.
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Die
geometrisch geeignetste Speicherform kann somit einerseits durch
die Vor-Ort-Verarbeitung des
Baustoffe in flüssiger
Form als Liefer- oder Ortbeton, andererseits jedoch auch als angeliefertes festes
Fertigprodukt realisiert werden. Gemäß Anspruch 7 können theoretisch
komplette Wärmespeichereinheiten
samt ihrer zusätzlichen
Einrichtungen als Fertigeinbauelement ab Werk vorgefertigt und z.B.
mit einem Tieflader auf die Baustelle angeliefert werden. Die Größe wird
natürlich
von einer vernünftigen
Transportmöglichkeit
abhängig
und nach oben begrenzt sein, Jedoch ist dies sicherlich eine interessante
Variante für
kleinere Gebäude
mit entsprechend kleineren Speichereinheiten. Die so angelieferte
Speichereinheit kann sodann aufgrund ihres relativ geringen Gewichts
von einem Kran in die vorbereitete Baugrube gesetzt werden. Erst
anschließend wird
der Speicher mit Wasser befüll.
Dieser Rationalisierungseffekt, der sicherlich zu weiteren Kostenreduzierungen
führt,
wird in Anspruch 8 konsequent weiterverfolgt, indem auch größere Speichereinheiten
machbar sind, indem diese aus mehreren kleineren und handhabbareren
Fertigbau-Speichereinheiten
bestehen, die erst vor Ort zusammengefügt werden.
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Die
wichtigsten Merkmale der Erfindung sollen nachfolgend noch mal anhand
eines konkreten Ausführungsbeispiels
erläutert
werden. Die dazugehörige
Zeichnung 1 zeigt einen vertikalen Querschnitt
durch einen Wärmespeicher,
der sich unter der Bodenplatte eines Gebäudes befindet, und als Speichermedium
eine mit Wasser aufgefüllte
feste Baustoffstruktur mit Hohlräumen
aufweist. Dieses Beispiel soll über
den Stand der Technik hinaus zeigen, wie mit dem Erfindungsgegenstand
eine Lösung geschaffen
wird, insbesondere auch kleinere Langzeit-Wärmespeichereinheiten unter
z.B. einzelnen Gebäuden
in beengten städtischen
Infrastrukturen in ausreichend leistungsfähiger Ausführung einfach und kostengünstig bauen
zu können.
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Folgende
bekannte bzw. durch die Kies-Wasser-Wärmespeichertechnik nahegelegte Technik
wird hierbei soweit wie notwendig übernommen:
Der erfinderische
Wärmespeicher
ist vorzugsweise gänzlich
im Erdreich eingelassen, um zusätzlich
die wärmespeichernde
Eigenschaft des Bodens und entsprechend wärmedämmende Wirkung der Erdwärme zu nutzen.
Dementsprechend brauchen bekanntermaßen die weiteren Wärmeschutzmaßnahmen
nicht derart aufwendig wie bei oberirdischen Speichern ausgeführt werden.
Die Speichergeometrie 17 wurde als Zylinder mit einem Boden
in Form eines umgekehrten Kegelstumpfes ausgewählt, um die Mantelfläche des
Speicherkörpers
gegenüber
dem Volumen weitestgehend optimal zu minimieren. Der Grundriss des
Speichers könnte
selbstverständlich
auch quadratisch oder mehrkantig sein. Jedoch die Bauform wird letztendlich
auch von den Baukosten bestimmt. Ein rechteckiger Grundriss wäre sicherlich
auch möglich,
würde sich
aber von der optimalen Geometrie dann immer weiter entfernen. Der
Speicher hat eine gerade Abdeckung, und bestehend aus einem Schutzvlies 3,
einer PP-Folie als Dampfsperre 4 und einer entsprechend
dicken Wärmedämmung 5.
Weiterhin ist der Wärmespeicher
mit einer Bodenplatte 11, z.B. aus Beton, und einer üblicherweise
mitverlegten PE-Folie 9 und einer Perimeterdämmung 8 überbaut.
Eine seitliche Betoneinfassung ist bei Einsatz der beanspruchten
Technik im Prinzip nicht mehr erforderlich, wogegen tieferbauende
Kies-Wasser-Wärmespeicher
mit senkrechten Seiten denn einer solchen Einfassung bedürfen. Jedoch
wird man wie auch bei diesem Beispiel gezeigt, die Seitenwände zumindest
im oberen 2/3- oder 3/4-Bereich des Speichers mit einem ähnlichen
Aufbau zur Abdichtung und Wärmedämmung, wie
oben schon beschrieben, ausstatten. Und die Wärmedämmung 5 sollte zumindest
auch gegen Feuchtigkeit von außen z.B.
durch im anliegenden Erdreich 10 vorhandenes Grundwasser
verursacht, mit einer von beiden Seiten mit einem Filtervlies 12 abgedeckten
Drainmatte 13 geschützt
sein. Die ggf. vorhandene Feuchtigkeit wird von einem Drainagerohr 14,
das in einem mit Kies 7 befüllten umlaufenden Drainagegraben
verlegt ist, aufgenommen, und vorzugsweise einer grundstückseigenen
Regenwasserbewirtschaftungsanlage zugeführt. Dieses Wasser kann vorteilhaft z.B.
auch zur Befüllung
des Wärmespeichers
dienen.
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Die
Bodenplatte 11 mit ggf. damit verbundenen Fundamenten ist
die erste Baukomponenten eines Gebäudes, die nach dem Aushub einer
Baugrube betoniert werden, unabhängig
davon, ob es sich um ein Gebäude
mit oder ohne Unterkellerung handelt. Genauso gut kann es sich bei
dieser Bodenplatte auch um den Unterbau einer darüber angelegten Grünanlage,
Straße,
oder eines Parkplatzes handeln. Bislang war die Unterbringung von
Wärmespeichern
unter Gebäuden
unüblich,
da man bei den bisherigen Baulösungen
aufgrund des vergleichsweise eher schlechten Kosten-Nutzen-Verhältnisses
immer große
bis sehr große
Volumeneinheiten angestrebt hat, um zumindest zu versuchen, künftig vielleicht eine
Wirtschaftlichkeit für
diese Technik zu erreichen. Für
solche Großbauwerke
gibt es jedoch zumeist keine freien Flä chen in engbesiedelten städtischen Baustrukturen
und auch eine Überbauung,
auch wenn es sich um einen Kies-Wasser-Wärmespeicher handelt, wurde
bislang sowohl vom Platzbedarf, als auch von der technisechen Machbarkeit
als problematisch eingestuft. Unabhängig davon hat aber ein überbauter
Wasserwärmespeicher
immer den Vorteil, dass er schon alleine durch das Gebäude nach oben
sehr gut wärmegedämmt und
vor Oberflächenwasser
geschützt
ist.
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Schließlich weist
der erfinderische Wärmespeicher
noch die nötigen
Einrichtungen für
die Wärme-Be-
und Entladung 2 und für
ggf. erforderlieche Mess- und Befüllzwecken auf. Die entsprechend
dafür erforderlichen
Rohrleitungen führen
durch die Abdeckung des Speichers und durch die Bodenplatte 11 auf
kürzestem
Wege ins Gebäude.
Die hierfür üblicherweise
notwendigen Mauerdurchführungen,
auch Mauerhülsen
genannt, müssen
selbstverständlich auch
in geeigneter Weise gegenüber
dem Gebäude bzw.
Wärmespeicher
wärmegedämmt und
abgedichtet sein. Das Speichermedium ist verfahrensbedingt ein ruhendes
Medium, dem die Wärme
indirekt über im
Speichermedium 16 verlegte Kollektorrohre und einem darin
zirkulierenden Wärmeträgermedium übertragen
(Beladung) oder entnommen (Entladung) wird. Die in der Zeichnung 1 dargestellten
Doppelpfeile sollen die Möglichkeit
eines diesbezüglich wechselweisen
Betriebs der einzelnen Kollektorrohranordnungen vermitteln. In der
Skizze sind symbolisch drei unabhängige im Speicher auf unterschiedlichen
Ebenen bzw. Höhen
verlegte Kollektorrohranordnung gezeigt, die Wärme mit unterschiedlichen Temperaturen
in den Speicher einlagern und auch aus diesem Bereich wieder entnehmen
können. Dementsprechend
wird sich unten die kälteste
und oben die wärmste
Temperatur befinden. Die diesbezügliche
Technik kann je nach Bedarf und dem geeigneten Stand der Technik
angepasst werden. Das Gleiche gilt im Prinzip auch für die Mess-
und Befülleinrichtung 6.
Diese Einrichtung wird zumindest erst mal benötigt, um den Wärmespeicher
mit Wasser zu befüllen
und ggf. später
nachzufüllen.
Gemessen werden muss zumindest der Wasserstand und die Temperaturen
des Speichermedium 16 bzw. der mit unterschiedlichen Temperaturen
beaufschlagten Wasserschichten.
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Der
erfinderische Langzeit-Wärmespeicher weist
nun über
die zuvor erwähnte
konventionelle Ausstattung hinaus folgende wichtige Innovationen auf:
Das
installierte Speichermedium hat die Struktur eines statisch stabilen,
d.h. festen, porösen
Baustoffs, der mit Wasser komplett gesättigt werden kann, ohne im
Prinzip immer eine zusätzliche äußere Abdichtung und
statisch stabile Einfassung zu benötigen, weil die poröse feste
Struktur des Baustoffs das später
eingefüllte
Wasser in sich selbst aufnimmt und u.a. durch die Kapillarwirkung
darin festhält.
Bei einem Kies-Wasser-Wärmespeichers
würde bei
fehlender Einfassung und Abdichtung die gesamte Speichergeometrie
zusammenfallen und das Wasser unweigerlich die lose Kiesmasse verlassen
und im Erdboden versickern. Dagegen besteht der erfindungsgemäße Wärmespeicher
grundsätzlich
erst mal nur aus einem festen Vollkörper, der in sich Wasser aufnehmen,
jedoch bedarfsweise auch mit zusätzlichen
Einrichtungen zur technischen Optimierung ergänzehd ausgestattet werden kann.
Dieser besondere Baustoff kann z.B. ein entsprechend für diesen
Anwendungszweck speziell hergestellter Zement-Schaumbeton sein, kann
aber auch aus Bimssteingranulat mit einem zementartigen Bindemittel
bestehen. Dieser Baustoffwird vor seiner Verarbeitung als Fertigbeton
oder Ortbeton mit Wasser angerührt
und bezogen auf dieses Beispiel anschließend flüssig in die vorbereitete Baugrube
eingefüllt.
Die Baugrube sollte seitlich eine einfache Verschalung haben, die
nach der Aushärtung des
Baustoff wieder entnommen wird, wenn die seitlich vorgesehenen Abdichtungsfolien
und Wärmdämmmittel
einschließlich
der Drainage erst anschließend
verlegt werden sollen. Diese Verfahrensweise ist bei einem Kies-Wasser-Speicher
aufgrund seines losen Kies-Wasser-Gemisches nicht möglich, es
sei denn, es wird mit einer Doppelverschalung zuerst eine aufwendige
Betonwand erstellt und erst anschließend die Abdichtung und die
Wärmedämmung vorgenommen
und der Speicher mit Kies und Wasser gefüllt. Werden diese Einrichtungen
jedoch schon vor dem Verfüllen
der erfinderischen Baustoffmasse an den rohen Erdwänden der
Grube entsprechend angeordnet, kann eine Verschalung entfallen.
Dies wird aber immer auch davon abhängen, wie tief die Baugrube
werden soll, und inwieweit eine Anböschung der Grubenwände möglich bzw.
von der Speichergeometrie her gewünscht ist oder schon allein
aus Sicherheitsgründen
ein Verbau der Grube vorgeschrieben ist. Der untere Bereich, d.h.
die Bodentasse des Wärmespeichers,
braucht in diesem Beispiel vor dem Verfüllen mit dem Baustoff nicht
zusätzlich
abgedichtet werden, d.h. die Baugrube verbleibt hier im Rohzustand.
Es wird natürlich
auch Anwendungsfälle künftig geben,
wo auch eine Abdichtung und oder Wärmedämmung des Speicherbodens zu
empfehlen und auch problemlos machbar ist. Jedoch ein Betonboden
wird bei der beanspruchten Technik immer entfallen können. Gleichzeitig
mit dem Verfüllen
des Baustoffs werden die Kollektorrohre der Be- und Entladeeinrichtung 2 und
das Rohr mit den entsprechenden Fühlern der Mess- und Befülleinrichtung 6 mit einbetoniert.
Ist das Bindemittel bzw. der Beton dann ausgehärtet, kann der feste Körper des
Speichermediums 16 ausgeschalt und an den Seiten mit den
zusätzlichen
Folien, Vliesen und Dämmmaterialien
verkleidet werden. Anschließend
wird der Speicher seitlich wieder mit Erdreich verfüllt. Im
Bodenbereich des Speichers, und dies ist ein weitere Vorteil der
beanspruchten Technik, hat sich automatisch ohne zusätzlichen
Aufwand eine zusätzliche
mit dem Baustoff übergangslos
verbundene Betonschale 15 gebildet, die eine gewisse zusätzliche
Stabilisierung und Abdichtung des Speichermediums 16 nach
außen
bewirkt. Dies rührt
daher, dass bei der Verfüllung des
Baustoffes nach außen
gesättigtes
Bindemittel in die angrenzende Gesteinsstruktur der Baugrube eindringt
und zusammen mit dem Erdreich nach der Aushärtung eine massive Betonmasse
bildet. Der gesamte Speicher ist nun bis auf eine obere schmale Resthöhe komplett
mit diesem festen Baustoff formschlüssig ausgefüllt. Die Resthöhe wird
nun noch mit Kies aufgefüllt,
bevor die Abdeckung mit den Rohrdurchführungen aufgebracht und abgedichtet
wird. Anschließend
kann der Speicher mit Wasser befüllt werden.
Baumängel
sind bei dieser Technik kaum zu befürchten, da das Speichermedium 16 selbsttragend
und weitestgehend selbstabdichtend bzw. -wasserhaltend ist. Dies
wird noch zusätzlich
durch die haubenförmige
Abdichtung des Speichermediums 16 im Bereich der Abdeckung
und den Seiten unterstützt,
indem sich bei Wasserverlust unter der Haube und damit im Speichermedium
ein Vakuum einstellt. Dieses Vakuum kann auch mit der Mess- und
Befülleinrichtung 6 gemessen
werden. Neben einem Feuchtigkeitsfühler und/oder Wasserstandanzeiger
kann auch die Höhe
des Vakuums ein Parameter für
den Wasserstand 1 im Speicher darstellen. Dieser sollte
sich immer optimalerweise auf Höhe
der Kiesschicht 7 einstellen und kann bedarfsweise über die
Befülleinrichtung 6 nachgespeist
werden. Die Wasserbefüllung
dauert sicherlich länger
als beim Kies-Wasser-Wärmespeicher,
da der Baustoff das Wasser über
die Poren, Kapillare und seine hygroskopischen Eigenschaften nur
langsam aufnehmen kann. Dies ist aber nicht problematisch, da in
der Zwischenzeit noch keine Anforderung an einen Betriebbeginn gestellt
wird, weil das Gebäude
als Wärmeabnehmer
erst noch darüber
erbaut werden muss. Rein bauseits dürfte der beanspruchte Wärmespeicher noch
um vieles kostengünstiger
und einfacher als ein Kies-Wasser-Wärmespeicher in der einfachsten
Erdbeckenversion zu erstellen sein. Zudem ist Bimssteingranulat
sicherlich aufgrund seiner geringen Volumendichte im Einkauf viel
kostengünstiger
als Kies einzustufen. Jedoch dürfte
der Baustoff Schaumbeton nicht nur diesbezüglich die optimalste Variante darstellen,
sondern auch die spezifische Leistungsfähigkeit des Speichermediums 16 aufgrund
der zusätzlich
geschaffenen Wasseraufnahmekapazität weiter erhöhen. Somit
können
mit der beanspruchten Technik viele Vorteile gegenüber dem
bisherigen Stand der Technik genutzt werden, um bei angenommen gleicher
Leistung künftig
kleinere und kostengünstigere, überbaubare
Speichereinheiten bauen zu können,
sodass auch kleinere Neubauten bis hin zu Einfamilienhäusern in
innerstädtischen
Bereichen mit dieser Technik ausgestattet werden können. Diese
Perspektive wird zusätzlich
durch den Trend nach Niedrigenergie- bzw. Passivhäusern unterstützt, sodass
auch immer weniger Energie einem Gebäude von außen zugeführt werden muss. Auch wird
man immer weniger Fernwärmetechniken
in Anspruch nehmen, weil die Zukunft in der dezentralen und unabhängigen Selbstversorgung
der einzelnen Gebäude
gesehen wird.
-
- 1
- Speicherwasser/-stand
- 2
- Be-
und Entladeeinrichtung
- 3
- Schutzvlies
- 4
- Umhüllung/Dampfsperre
- 5
- Wärmedämmung
- 6
- Mess-
und Befülleinrichtung
- 7
- Kies
- 8
- Perimeterdämmung
- 9
- PE-Folie
- 10
- Erdreich
- 11
- Bodenplatte
- 12
- Filtervlies
- 13
- Drainmatte
- 14
- Drainagerohr
- 15
- Betonschale
- 16
- Speichermedium
(in der 1 nur teilweise gezeigt)
- 17
- Speichergeometrie