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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen vorgefertigten erdmontierbaren
Wärmespeicher, insbesondere einen Speicher für
Warmwasser, mit einer außen liegenden Tragstruktur, einer
innen liegenden flexiblen wasserdampfdichten Schicht und einer dazwischen
angeordneten druckbeständigen Wärmedämmung.
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Sowohl
im Bereich der Solarthermie als auch bei zahlreichen neuen Technologien
zur Bereitstellung von Heizwärme werden Speicher für
Warmwasser benötigt, beispielsweise zur Verringerung von Taktzeiten
von BHKW-Anlagen, bei Wärmepumpen und größeren
Feststoffkesseln. Darüber hinaus kann ein ausreichend großer
Speicher die Laufzeiten eines stromgeführten BHKWs erhöhen
und mittels Speicherung die Wärmenutzung zeitlich von der
Erzeugung entkoppeln. Auch in größeren Heizwärmeverteilanlagen
werden thermische Speicher als Stütz- oder Notspeicher
in Verbindung mit Spitzenlastkesseln eingesetzt, beispielsweise
in von Biogas-Anlagen gespeisten Wärmenetzen. Dabei werden
insbesondere bei neuen und innovativen Lösungen zur Wärmeversorgung
immer größere Speicher benötigt. Diese
Speicher dienen der Speicherung von Wärme, sie werden als
Pufferspeicher mit Heizungsanlagenwasser oder mit nicht auszutauschendem
Speicherwasser befüllt. Sie können zudem durch
integrierte Tanks, sowie durch integrierte oder extern angeschlossene
Wärmeübertrager zur Trinkwasserbereitung dienen.
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Sowohl
bei einem Neubau als auch bei der Altbausanierung ist jedoch die
Gebäudeintegration von großen Wärmespeichern
problematisch. Neben den deutlich höheren Kosten für
den Speicher selbst treten bei der Aufstellung im Inneren eines
Gebäudes zusätzliche Kosten für den benötigen
umbauten Raum auf. Hinzu kommt, dass bereits heutzutage ein Drittel
der Neubauten ohne Keller erstellt werden. Im Gebäudebestand
verhindern darüber hinaus in vielen Fällen enge
Türen und Treppen das Einbringen größerer
Behälter. Das Verteilen des Speichervolumens auf mehrere
türgängige Behälter ist teuer, erhöht
die Wärmeverluste und erschwert das Be- und Entlademanagement.
Schließlich ist nicht immer ausreichend Platz für
große Speichervolumina verfügbar, und es können
auch baustatische Gründe gegen ein Einbringen großer
Speicher in bestehende Keller sprechen.
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Für
eine zukünftige Wärmeversorgung müssen
aus volkswirtschaftlichen und ökologischen Gründen
sowohl im Neubau als auch im Gebäudebestand eine effiziente
Wärme nutzung und/oder erheblich höhere solare
Deckungsanteile erreicht werden. Heute übliche Systeme
zur solaren Heizungsunterstützung für Einfamilienhäuser
bestehen aus 10 bis 15 m2 Sonnenkollektorfläche
bei einem gesamten Speichervolumen von ca. 1.000 l und können
einen solaren Deckungsanteil zwischen 10 und 20% erreichen. Das
gesamte Speichervolumen teilt sich häufig auf in einen
Teil gespeichertes Trinkwarmwasser und einen in der Regel deutlich
größeren Rest Pufferspeicherwasser. Eine vollständige
solare Deckung ist, abhängig von dem Wärmebedarf
des Gebäudes, zwar bereits heute technisch realisierbar,
allerdings nur zu sehr hohen Kosten. Demgegenüber haben neue
Studien gezeigt, dass es für Einfamilienhäuser mit
einem moderaten Heizwärmebedarf (ca. 60 kWh/m2/a)
bereits bei einer Kollektorfläche von 20 m2 und
einem Pufferspeichervolumen von 3 m3 ein
solarer Deckungsanteil von 50% erreicht werden kann. Derartige nur
gering fossil unterstützte Solarheizungsanlagen erfordern
zwar gegenüber heute üblichen Systemen deutlich
größere Wärmespeicher, jedoch ermöglicht
ein solches Konzept einen deutlich größeren Anteil
regenerativer Energie an der Wärmeversorgung.
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Herkömmliche
Pufferspeicher, wie sie für solarunterstützte
Heizungssysteme eingesetzt werden, bestehen üblicherweise
aus Baustahl. Sie können ohne innen liegenden Wärmetauscher
ausgeführt sein. Üblich sind aber auch Lösungen,
bei denen der Solarwärmeübertrager im Inneren
des Pufferspeichers angeordnet ist und ein interner Trinkwasserwärmetauscher
zusätzlich der direkten Trinkwassererwärmung dient.
Dabei werden standardmäßig für Einfamilienhäuser
Pufferspeicher mit einem Speichervolumen von 500 bis 1.000 l eingesetzt,
jedoch werden auch Volumen bis zu 3.000 l sowie Einzelanfertigungen
mit deutlich größerem Speichervolumen angeboten.
Neben Pufferspeichern aus Stahl gibt es auch Kunststoff-Speicher,
z. B. aus glasverstärktem Kunststoff. Neben dem standardisierten
Angebot größerer Anbieter von Pufferspeichern,
sind auch individuell angefertigte Wärmespeicher von kleinen Spezialfirmen
erhältlich. Solche individuell gefertigten Pufferspeicher
werden sowohl aus Kunststoff als auch aus Stahl und bis zu Speichervolumen
von 40 bzw. 100 m3 angeboten, jedoch sind
die Kosten für solche individuellen Wärmespeicher
verhältnismäßig hoch. Unabhängig
von der Größe besteht der konstruktive Aufbau
herkömmlicher Pufferspeicher für solare und andere
innovative Heizungssysteme aus einem inneren stabilen und wasserdichten
Behälter, der über seinen gesamten Außenumfang
mit einer zumeist weichen Wärmedämmung gegenüber
seiner Umgebung isoliert wird.
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Bei
verschiedenen Nahwärmenetzen zur Versorgung von Wohnsiedlungen
sind zur Einbindung von großen Solaranlagen und zur saisonalen Wärmespeicherung
auch schon sehr große Langzeitwärmespeicher gebaut
worden. Zwar sind hier die volumenspezifischen Kosten relativ gering,
jedoch sind durch das große Speichervolumen die Gesamtkosten
sehr hoch, weshalb solche Langzeitwärmespeicher bisher
nur in geförderten Demonstrationsprojekten realisiert wurden.
Langzeitwärmespeicher mit großem Speichervolumen
müssen wegen ihrer Größe immer vor Ort
erstellt werden, wobei zunächst ein Behälter aus
Beton erstellt wird, der in der Regel von innen mit einer individuellen,
kostenintensiven Edelstahlauskleidung versehen wird, um ein Austreten
von Wasser und Wasserdampf aus dem Speicherinnenraum in die Betonlaibung
zu verhindern. In der Regel wird außen um den Betonkörper
eine Wärmedämmung vorgesehen.
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Darüber
hinaus ist aus der
DE 27 03 460 ein gattungsgemäßer
Wärmespeicherbehälter aus Stahl bekannt, bei dem
die Wärmedämmung auf der Innenseite des Stahlbehälters
angebracht ist. Dabei wird die aus Polyurethanschaum bestehende
innen liegende Wärmedämmung von der Innenseite
mit einer wasserdampfdichten Folie geschützt. In der
DE 28 55 911 A1 ist
ein Wärmespeicher beschrieben, der aus einer Reihe von
ineinander gesteckten Formteilen aus einem festen Dämmmaterial
besteht, wobei die Innenwandung des Speichers durch einen Foliensack
abgedichtet ist. Zur Fixierung der seitlichen Dämmstoffteile
können geeignete Ringe aus Metall, Kunststoff oder Beton
vorgesehen sein. Weiter ist in der
WO 81/000444 A1 ein Pufferspeicher zur Versorgung
von Wärmepumpen offenbart, der aus einem innen liegenden
stabilen Stahlbehälter besteht, der von außen
mit einer Wärmedämmung versehen ist. Auf der Außenseite
sind um die Wärmedämmung herum Rohrbündel
angeordnet, die mit dem Rücklauf der Wärmepumpe
verbunden sind und durch einen porösen Schutzmantel aus
Beton vor Beschädigung geschützt werden.
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Die
zukünftige Wärmeversorgung im Temperaturbereich
unter 100°C für Wohn- und Nutzgebäude,
aber auch für gewerblich-industrielle Zwecke wird aus ökonomischen
und ökologischen Gründen eine konsequente Anwendung
neuer Heizwärmeerzeugungs- und Verteilungstechnologien
erfordern. Dafür sind kostengünstige großvolumige
Pufferspeicher mit einem Volumen über 3 m3 ein
wichtiger Baustein. Insbesondere bei der Integration von solar erzeugter Wärme
in kleineren Bestandsgebäuden ist die Bereitstellung geeigneter
Pufferspeicher unumgänglich eine ausreichende solare Deckung
zu erreichen und den Verbrauch von fossiler Energie für
Heizzwecke zu reduzieren.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmespeicher
bereitzustellen, der relativ große Speichervolumen ermöglicht
und kostengünstig herzustellen ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass Seitenwände und Boden der Tragstruktur eines gattungsgemäßen
vorgefertigten erdmontierbaren Wärmespeichers, insbesondere
für Warmwasser, als ein becherförmiger Betonkörper ausgebildet
sind, wobei der Boden und die vom Boden ausgehenden, einen Zwischenraum
umgebenden Seitenwände des becherförmigen Körpers
miteinander verbunden sind. Dabei kann die vom Boden ausgehende
Wandung auch zylindrisch ausgeführt sein. Diese einfache
Konstruktion des erfindungsgemäßen Wärmespeichers
ermöglicht zusammen mit der Verwendung von günstigen
Materialien und einer industriellen Vorfertigung die Bereitstellung
eines kostengünstigen Wärmespeichers, insbesondere
eines Pufferspeichers, der als Erdspeicher installiert werden kann.
Das Konzept ermöglicht es darüber hinaus, größere
Speichervolumen für Pufferspeicher bereitzustellen, so
dass auch Einfamilienhäuser in Verbindungen mit einer geeigneten
heizungsunterstützenden Solaranlage solare Deckungsanteile
von 50% und mehr erreichen können, und auch in anderen
innovativen Wärmekonzepten eine preisgünstige Speicherung
von Wärme möglich ist. Dabei kann dieser vorgefertigte
erdmontierbare Speicher insbesondere bei Bestandsbauten die Nachrüstung
einer Solaranlage mit hohen Deckungsanteilen ermöglichen, da
dieser Wärmespeicher im Erdreich montiert werden kann und
nicht in das Gebäude eingebracht werden muss. Für
eine hohe Stabilität der außen liegenden Tragstruktur
kann der Betonkörper einteilig, bevorzugt als monolithisch
gegossenes Stahlbetonteil ausgebildet sein. Eine Ausführung
als monolithischer Betonkörper ermöglicht durch
den Wegfall von Fugen und Montageschritten ein weiteres Kostensenkungspotential.
Zweckmäßigerweise weist dabei der monolithisch
gegossene Stahlbetonteil eine zylindrische Form auf. Die hohe Stabilität
eines einteiligen Betonbehälters lässt auch eine
Installation im Bereich von Zufahrtswegen oder Garagen zu. Der becherförmige Betonkörper
ist dabei bevorzugt wasserdicht, aber nicht dampfdicht, so dass
Feuchtigkeit aus der Wärmedämmung langsam über
die Wände des Betonkörpers nach außen
abgegeben werden kann.
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Eine
zweckmäßige Ausführungsform sieht vor,
dass ein Deckel zum Verschließen des becherförmigen
Betonkörpers vorgesehen ist. Ein mit einem Deckel verschlossener
Betonkörper kann vollständig in der Erde eingegraben
werden, bzw. ebenerdig mit dem Erdboden abschließen. Dabei
kann der Deckel aus Beton, bevorzugt zumindest teilweise als monolithisch
gegossenes Stahlbetonteil, ausgebildet sein, um auch im Bereich
des Deckels eine hohe Stabilität zu erreichen. So kann
der Pufferspeicher auch direkt unter Zufahrtswegen oder Garagen
installiert werden und gegebenenfalls überfahren werden.
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Eine
vorteilhafte Ausbildung sieht vor, dass der Deckel konisch, bevorzugt
kegelstumpfförmig, ausgebildet ist und eine verschließbare
Zugangsöffnung aufweist. Der Wärmespeicher ist
durch die mit einem geeigneten Wartungsdeckel verschließbare Zugangsöffnung
für Installations- und Wartungsarbeiten zugänglich.
Alle Komponenten des Speichers, die sich im Raum oberhalb des Speicherwassers,
der durch die obere Dämmung und die wasserdampfdichte Schicht
vom Speicherwasser getrennt ist, können über die
Zugangsöffnung erreicht werden. Alternativ kann auch ein
ebener Deckel eingesetzt werden.
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Die
im Inneren des Betonbehälters liegende Wärmedämmung
besteht insbesondere aus einem temperaturbeständigen, langzeitstabilen,
lastabtragenden und feuchtebeständigen bzw. feuchtegeschützten
Dämmstoff. Dabei kann die druckbeständige Wärmedämmung
aus Formteilen ausgebildet sein, wobei die Außenflächen
der Formteile zumindest im Bereich des Bodens und der Seitenwände
an die Innenwand der Tragstruktur angepasst sind. Eine Wärmedämmung
aus Formteilen kann relativ einfach und damit auch kostengünstig
in den becherförmigen Betonkörper eingebracht
werden. Von Vorteil ist es, wenn die Formteile der Wärmedämmung
mit Nut- und Federverbindungen ausgebildet sind, da sie sich so
ohne durch die Wärmedämmung hindurchgehende Spalte
installieren lassen. Die Nutzung dieser Formteile ermöglicht
so eine im Wesentlichen geschlossene Innenoberfläche und
reduziert oder vermeidet dadurch Kältebrücken.
Ein gut geeignetes und leicht zu verarbeitendes Material ist dabei
eine Wärmedämmung auf Polystyrol-Hartschaum-Basis, die
dabei auch ein relativ kostengünstiges Dämmmaterial
ist. Die Polystyrol-Hartschaumdämmung kann sowohl aus einzelnen
zugeschnittenen Formteilen hergestellt werden, die in dem Betonbehälter
zu einer geschlossenen Wärmedämmung des Wärme-/Pufferspeichers
zusammengesetzt werden können, aber auch im becherförmigen
Betonkörper von innen in einem Guss auf die Seitenwände
und Boden der Tragstruktur aufgeschäumt werden. Der Einsatz
vorgefertigter Wärmedämmteile, die bei einer runden Behälterform
auf die Biegung der Behälterinnenwand ausgerichtet sind,
kann durch die vollständige Umschließung des Bodens
und der Seitenwände des becherförmigen Betonkörpers 3 eine
weitgehende Wärmebrückenfreiheit und eine Verhinderung
von Wärmeleitung in die Betonhülle ermöglichen.
Alternativ ist die Dämmung als ein einteiliges Formteil
genau den Innenabmaßen des becherförmigen Betonbehälters
angepasst, wobei auch eine kombinierte Herstellung entweder der
Schaumdämmung innerhalb des Betonbehälters oder
des Betonbehälters um das Schaumdämmungsformteil
herum möglich ist.
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Durch
den für den erfindungsgemäßen Wärmespeicher
gewählten Aufbau einer innen liegenden wasserdampfdichten
Schicht, einer Zwischenschicht aus einer drucksbeständigen
Wärmedämmung und der außen liegenden
Tragestruktur aus einem im üblicherweise wasserdichten
aber nicht dampfdichten Betonkörper und dem sich daraus
ergebenden Temperatur- und Wasserdampfdruckgefälle wird
Feuchtigkeit, die sich in der Wärmedämmungsschicht
befindet, nach außen an das Erdreich ausgetrieben, wodurch
die Wärmedämmung stets trocken bleibt und ihre
Dämmwirkung erhält. Zur Verbesserung der Dauerbeständigkeit
der Wärmedämmung und zur Vergrößerung
des Einsatzbereiches kann die Wärmedämmung eine
Langzeit-Temperaturbeständigkeit von mindestens 85°C,
bevorzugt von mindestens 95°C aufweisen.
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Die
innen liegende flexible wasserdampfdichte Schicht dient in dem vorliegenden
vorgefertigten erdmontierbaren Wärmespeicher dazu, die
zwischen dampfdichter Schicht und Betonkörper eingebettete
Wärmedämmung gegenüber der Feuchte aus dem
Inneren des Wärmespeichers zu schützen und trocken
zu halten. Dabei kann die wasserdampfdichte Schicht sowohl als Anstrich,
beispielsweise aus bitumenhaltigen Dichtmassen, aber auch als Folie
hergestellt sein. Folien wie beispielsweise Metall-Kunststoff-Verbundfolien
oder reine Metallfolien, erreichen dabei eine sehr hohe Dampfdichtigkeit,
während Anstriche eine kostengünstigere Lösung
bei einer noch ausreichenden Wasserdampfdichtigkeit bieten. Eine wasserdampfdichte
Folie kann als vorgefertigtes Formteil, bevorzugt als Rundbodensack,
ausgebildet sein. Ein solches Formteil vereinfacht das Einbringen der
dampfdichten Schicht in den Wärmespeicher.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der
Wärmespeicher, insbesondere ein Pufferspeicher, als druckloser
Speicher ausgebildet ist. Mit einem drucklosen Speicher kann die
notwendige Sicherheitstechnik zum Betrieb des Speichers einfach und
damit kostengünstig ausgeführt werden. Darüber hinaus
sind bei einem drucklosen Speicher auch keine regelmäßigen
technischen Überprüfungen notwendig. Beim drucklosen
Speicher können als Beladetechnik unterschiedliche Konzepte
realisiert werden. Sowohl direkte Anschlüsse an den Heizungs- oder
Solarkreis mit oder ohne Ladevorrichtungen, aber auch indirekte
Ladetechniken über Wärmetauscher oder Rohrwendeln
als interne Wärmeübertrager sind möglich.
Außerdem kann so der Wärmespeicher auch von oben
erschlossen werden und die notwendige Verrohrung und Anschlusstechnik
oberhalb des Wasserreservoirs angeordnet werden. Ferner kann der
Wärmespeicher auch für unterschiedliche Versorgungszwecke
dienen. So kann er als kombinierter Trinkwasser- und Heizungspufferspeicher (auch
als Kombispeicher bezeichnet) gleichzeitig Heizungswas ser und über
einen eingebrachten Tank Trinkwarmwasser erzeugen. Alternativ kann über
integrierte Wärmeübertrager Trinkwasser direkt
im Durchlauf erwärmt werden.
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Um
für innovative Heizungskonzepte und hohe Deckungsraten
für solare Heizungsunterstützung eine ausreichende
Speicherkapazität für Warmwasser bereitzustellen,
kann der Wärmespeicher ein Speichervolumen für
Warmwasser von 3 bis 50 m3, bevorzugt von
5 bis 30 m3 aufweisen. Bei solchen Pufferspeichern
mit einem derartigen großen Speichervolumen sind die Wärmeverluste
im Vergleich zu Lösungen mit mehreren kleinen Pufferspeichern durch
das geringere Oberflächen-Volumen-Verhältnis deutlich
reduziert. Auch sind die volumenspezifischen Kosten eines solchen
Speichers deutlich günstiger als bei kleineren Speichern.
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Als
Speichermedium ist bei diesem vorgefertigten erdmontierbaren Wärmespeicher,
insbesondere Wasser vorgesehen, da Wasser besonders kostengünstig
ist und sich durch eine im Vergleich zu anderen Materialen hohe
sensible spezifische Wärmekapazität auszeichnet.
Bei der herkömmlichen Verwendung von Wasser ergibt sich
zusätzlich der Vorteil, dass das Wasser auch als Wärmeträgermedium eingesetzt
werden kann und so gegebenenfalls auf einen Wärmetauscher
verzichtet werden kann. Grundsätzlich können jedoch
in dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher
auch andere Speichermaterialien zur sensiblen und latenten Wärmespeicherung in
das Speichervolumen eingebracht werden. Neben einer von Wasser verschiedenen
Flüssigkeit kann als Speichermedium ein Latentspeichermaterial
genutzt werden, das seinen Energiehaushalt zu einem großen
Teil im Phasenwechsel enthält.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Produktsystem umfassend
eine Zisterne, insbesondere eine Regenwasserzisterne, und einen
Wärmespeicher für Warmwasser. Die Zisterne weist
dabei einen becherförmigen Betonkörper und einen
zugehörigen Deckel auf, während der Wärmespeicher
des Produktsystems eine außenliegende Tragstruktur, eine
innen liegende wasserdampfdichte Schicht und eine dazwischen angeordnete
Wärmedämmung aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen
Produktsystem aus Zisterne und Wärmespeicher sind die Seitenwände
bzw. ist die umlaufende, z. B. zylindrische oder konische Seitenwand
und der Boden der Tragstruktur des Wärmespeichers als becherförmiger
Betonkörper ausgebildet, wobei der becherförmige
Betonkörper der Zisterne und der becherförmige Betonkörper
des Wärmespeichers baugleich sind. Das erfindungsgemäße
Produktsystem sieht die Verwendung von becherförmigen Betonkörpern
für Zisternen als Tragstruktur des Speichers vor, indem
sie durch die Anordnung einer Wärmedämmung im
Inneren des Betonkörpers und das Aufbringen einer wasserdampfdichten
Schicht auf die Innenseiten der Wärmedämmung in
einen Wärmespeicher umgestaltet werden. Zisternen, insbesondere
Regenwasserzisternen, werden in großen Stückzahlen
zu günstigen Preisen von einer ganzen Reihe kleinerer und mittlerer
Unternehmen hergestellt, was im Hinblick auf die Kosten der Tragstruktur
des erfindungsgemäßen Produktsystems Entwicklungsarbeit
und Herstellungskosten reduziert und so letztlich zu einem günstigen
Preis des Produktsystems, insbesondere des hochwertigen Speichers,
bzw. Pufferspeichers, führt. Aber auch die Erfahrungen
aus dem Betrieb des thermisch höher belasteten Wärmespeichers
des Produktsystems können neue Innovationen und Optimierungen
für den Bereich der Zisternen ermöglichen. Die
Verwendung standardisierter Elemente im erfindungsgemäßen
Produktsystem reduziert darüber hinaus über eine
Ausweitung der Fertigung die jeweiligen Herstellungskosten beider
Produkte. Standardisierte becherförmige Betonkörper
für Zisternen sind bereits am Markt verfügbar
und werden über einen breiten Größenbereich
hergestellt. Deren Verwendung erlaubt eine einfache Skalierbarkeit
der Wärmespeicher für unterschiedliche Leistungs-
und Einsatzprofile, wobei je nach Einsatz ggf. notwendige unterschiedliche
Betonspezifikationen einfach umsetzbar sind
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Für
eine weitere Kostenersparnis kann zu der Tragstruktur des Wärmespeichers
ein zugehöriger Deckel vorgesehen sein, wobei der Deckel
des Wärmespeichers und der Deckel der Zisterne baugleich
sind. Auch die Verwendung standardisierter Elemente für
die Deckel des Wärmespeichers und der Zisterne des Produktsystems
kann in ähnlicher Weise wie für den becherförmigen
Betonkörper Entwicklungsarbeit und Herstellungskosten einsparen sowie
zusätzliche Synergien erzeugen.
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Bei
einem Verfahren zum fabrikseitigen Herstellen eines erdmontierbaren
Wärmespeichers für Warmwasser kann zunächst
ein vorgefertigter becherförmiger Betonkörper
für Zisternen bereitgestellt, danach eine druckbeständige
Wärmedämmung an den Seiteninnenwänden
sowie auf der Bodeninnenfläche des Betonkörpers
angeordnet und schließlich auf den Innenseiten der Wärmedämmung
eine wasserdampfdichte Schicht aufgebracht werden. Die fabrikseitige
Vorfertigung des erdmontierbaren Wärmespeichers, insbesondere
eines Pufferspeichers für Warmwasser, reduziert insgesamt
die Herstellungskosten des Speichers inklusive der Transportkosten. Dabei
können sowohl der Speicher selbst als auch der größte
Teil der Ladetechnik in der Fabrik vormontiert sein, so dass bauseitig
der Aufwand für die Aufstellung des Wärmespeichers
und dessen Installation möglichst gering sind.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht durch einen erdmontierten erfindungsgemäßen
Wärmespeicher, und
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2 eine
vergrößerte Querschnittsansicht des Wandaufbaus
des Wärmespeichers aus 1.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen vorgefertigten Wärmespeicher 1,
der im Erdreich 2 montiert ist. Der Wärmespeicher 1 besteht
aus einem becherförmigen Betonkörper 3,
wobei der Boden und die Seitenwände des Betonkörpers 3 in
einem Stück gegossen sind, eine den Boden und die Seitenwände des
Betonkörpers 3 nach innen hin auskleidende Wärmedämmung 4 und
einer wiederum auf der Innenseite der Wärmedämmung 4 angebrachten
wasserdampfdichten Schicht 5. In der Darstellung des Wandaufbaus
in 2 ist noch einmal deutlich der Wandaufbau mit
einer äußeren Tragstruktur aus einer Betonwand,
einer gegenüber der Betonwand wesentlich stärker
ausgebildeten Schicht einer druckbeständigen Wärmedämmung 4 sowie
einer innen liegenden flexiblen wasserdampfdichten Schicht 5.
Dabei kann die hier eingesetzte sehr dünne und flexible wasserdampfdichte
Folie keine Druckkräfte aufnehmen. Die wasserdampfdichte
Schicht 5 umgrenzt nach innen den eigentlichen Speicherraum 6 für Warmwasser
ab. An der offenen Seite des becherförmigen Betonbehälters 3 ist
ein Wärmedämmungsdeckel 7 vorgesehen,
der seitlich an die Wärmedämmung 4 der
Behälterwand anschließt. Auf der zum Speicherraum 6 zugewandten
Innenseite des Wärmedämmungsdeckels 7 erstreckt
sich ebenfalls die wasserdampfdichte Schicht 5, so dass
der Speicherraum 6 vollständig von der wasserdampfdichten Schicht 5 umgeben
ist.
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Die
in der 1 gezeigten Ausführungsform verwendete
wasserdampfdichte Schicht ist eine Kunststoffverbundfolie mit einer
Metalleinlage als Diffusionsbarriere, die als Formteil vorgefertigt
wurde und zusammen mit der Innendämmung in den Betonbehälter 3 eingebaut
wurde.
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Am
offenen Ende des becherförmigen Betonkörpers 3 ist
angrenzend an die Betonwände ein Behälterdeckel 8 vorgesehen,
der genau zu dem stirnseitigen Abschluss der Außenwände
des Betonbehälters 3 passt, so dass dazwischen
nur eine kleine Fuge 9 entsteht, die gegen das Eindringen
von Wasser abgedichtet wird. Der Behälterdeckel 8 ist dabei
kegelstumpfförmig ausgebildet und verjüngt sich
nach oben, wo er in einer parallel zum Boden des Behälters 3 angeordneten
Stirnfläche 10 mündet. In der Stirnfläche 10 ist
eine Zugangsöffnung 11 vorgesehen, die mit einem
Stahl- oder Betondeckel 12 verschließbar ist.
Der kegelstumpfförmige Behälterdeckel 8 bildet
oberhalb des Wärmedämmungsdeckels 7 einen
Installationsraum 13 aus, in dem ausreichend Platz ist
Wärmeübertrager, Rohrwendeln und Schichtungssäulen
anzuschließen und mit dem Vor- und Rücklauf zu
verbinden. Der Installationsraum 13 ist über die
Zugangsöffnung 11 auch nach einer Installation
des Pufferspeichers 1 im Erdreich 2 erreichbar,
da die Stirnseite 10 des Behälterdeckels 8 aus
dem Erdreich vorsteht oder bevorzugt mit der Oberfläche
des Erdreichs 2 abschließt. Um den Pufferspeicher 1 an
eine Heizwärmeversorgungsanlage oder Solaranlage anzuschließen,
ist ein Anschlusskanal 14 vorgesehen, der im geneigten
Bereich des Behälterdeckels 8 in den Installationsraum 13 mündet,
d. h. unterhalb der Oberfläche des Erdreichs 2. Durch
diesen Anschlusskanal 14 werden Vor- und Rücklaufleitungen
für die Wasser- bzw. Wärme-Zufuhr und Entnahme
in den Installationsraum 13 geführt.
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Im
Folgenden wird die Herstellung und Vormontage des in 1 gezeigten
erfindungsgemäßen erdmontierten Wärmespeichers 1 näher
erläutert.
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Zunächst
wird der becherförmige Betonbehälter 3 als
monolithisches Betonteil gegossen, wobei auch ein höherwertiger
Beton hinsichtlich der Temperaturbelastung oder der Feuchtedurchlässigkeit
zum Einsatz kommen kann, aber nicht zwingend notwendig ist, da durch
die innen liegende wasserdampfdichte Schicht und die Wärmedämmung
sowohl die Feuchtigkeit als auch die Wärmebelastung des
Betonkörpers 3 von der Innenseite her gering sind.
Dabei ist für den becherförmigen Betonkörper 3 sowie
den Behälterdeckels 8 die direkte Verwendung von
Zisternenbehältern und Zisternendeckeln aus Beton möglich,
die dann für die Nutzung als Wärmespeicher, insbesondere
als Pufferspeicher, umgerüstet werden. Bei der Verwendung
eines höherwertigen Betons können die entsprechenden
Produktionsmittel für Zisternen genutzt werden.
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Der
becherförmige Betonbehälter 3 wird nach
seiner Bereitstellung von innen mit einem möglichst temperaturbeständigen,
langzeitstabilen, lastabtragenden und feuchtebeständigen
Dämmstoff ausgekleidet, bevorzugt mithilfe einzelner zugeschnittener
Formteile, beispielsweise aus Polystyrol-Hartschaum. In den mit
der Innendämmung versehenen Betonbehälter 3 wird
als wasserdampfdichte Schicht eine Kunststoffverbundfolie mit Metalleinlage
eingebracht, die als Formteil entsprechend der Form des Speicherraums 6 vorgefertigt
wurde. Auch wenn im Prinzip die Kunststoff-Verbundfolie 5 durch das
Was ser im Speicherraum 6 gegen die Wärmedämmung 4, 7 gedrückt
wird, kann das Verbundfolien-Formteil zumindest bereichsweise an
der Innenseite der Wärmedämmung 4 bzw.
des Wärmedämmungsdeckels 7 befestigt
sein. Wenn der Wärmedämmungsdeckel 7 nicht
bereits beim Einbringen der Kunststoff-Verbundfolie in das offene
Ende des becherförmigen Behälters eingebracht
wurde, wobei ein inniger Kontakt mit der Innenauskleidung mit der druckbeständigen
Wärmedämmung 4 entsteht, dann erfolgt
dieser Arbeitsschritt im direkten Anschluss daran. Nach dem Verschließen
des Speicherraums 6 mit dem Wärmedämmungsdeckel 7 wird
der Behälterdeckel 8 auf den stirnseitigen Rand
des becherförmigen Betonbehälters 3 gesetzt.
Falls Wärmetauscher oder Schichtungssäulen in
den Speicherraum eingebracht werden sollen, kann dies bereits vor
dem Verschließen des Betonbehälters 3 mit
dem Behälterdeckel 8, bzw. vor der Montage des
Wärmedämmungsdeckels 7, oder erst nach
der Montage des Wärmespeichers 1 an seinem endgültigen
Standort geschehen. Damit ist eine nahezu vollständige
Vorfertigung des Speichers 1 im Herstellungswerk möglich,
während der Wärmespeicher 1 bei seiner
Montage auf der Baustelle durch die äußere Betonhülle aus
Betonbehälter 3 und gegebenenfalls Behälterdeckel 8 vor
Beschädigungen geschützt ist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher können
bislang zur Speicherung von Regenwasser genutzte Betonzisternen
insbesondere auch für die Speicherung von Warmwasser in
erdmontierten Pufferspeichern genutzt werden. Dadurch werden Speicher
mit einem deutlich größeren Speichervolumen möglich
mit einem signifikant reduzierten Platzbedarf für die Speichertechnologie
im Gebäude und deutlich reduzierten Kosten für
den Wärmespeicher bei gleichzeitig geringeren Wärmeverlusten
gegenüber herkömmlichen Speichern. Darüber
hinaus können vorhandene Transport- und Installationserfahrungen
aus dem Bereich der Regenwasserzisternen genutzt werden. Mit einem
durch einen erfindungsgemäßen Wärmespeicher
deutlich vergrößerten Speichervolumen von 5 bis
30 m3 können bei solarunterstützten
dezentralen Heizungssystemen hohe solare Deckungsanteile von über
50% erreicht werden, trotz einer relativ geringen Kollektorfläche von
ca. 20 m2 für ein Einfamilienhaus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 2703460 [0007]
- - DE 2855911 A1 [0007]
- - WO 81/000444 A1 [0007]