DE102012013585A1 - A method of continuously recovering power, building with exergy, method of reducing mass load, method of routing air in a residential building, method of operating a heat pump assembly, heat exchangers and method of cooling a building, method of heating service water - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung schlägt zahlreiche Aspekte zum Verbessern von Energiespeicherhäusern oder auch herkömmlichen Häusern vor. Insbesondere wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Stromgenerieren vorgestellt. Mit dem generierten Strom kann beispielsweise eine Anordnung von Wärmepumpen betrieben werden, deren Leistungszahl mit sinkender Außentemperatur sogar größer wird. Das vorgeschlagene System ist somit in der Lage, die vorhandenen, knappen Ressourcen in einfacher Weise zu nutzen und ein Gebäude bei geeigneter Gestaltung unabhängig von extern zugeführter Energie zu machen. Für die Bewohner eines solchen Hauses ist nicht nur der Betrieb äußerst kostengünstig, sondern es werden auch gesundheitliche Aspekte berücksichtigt.The invention proposes numerous aspects for improving energy storage houses or conventional houses. In particular, a method for continuous power generation is presented. With the generated power, for example, an arrangement of heat pumps can be operated whose coefficient of performance is even greater with decreasing outside temperature. The proposed system is thus able to use the existing, scarce resources in a simple manner and to make a building independent of externally supplied energy, with suitable design. For the residents of such a house not only the operation is extremely cost-effective, but also health aspects are considered.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher in Flächenform für ein Gebäude, ein Verfahren zum Kühlen eines Gebäudes, ein Verfahren zum Führen von Luft und ein Verfahren zum Speichern von Strom. Angesichts der immer deutlicher werdenden Gefahren durch einen Klimawechsel werden zunehmend Energiespeicherhäuser gebaut und betrieben.The invention relates to a surface-shaped heat exchanger for a building, a method for cooling a building, a method for guiding air and a method for storing electricity. In view of the ever increasing dangers of a climate change, energy storage houses are increasingly being built and operated.
Beispielsweise beschreibt die
Die
Die
Einsparen von Strom beim Betrieb von Luft-Wasser-Wärmepumpen. Dies geschieht durch Verdampfen von Wasser und Erwärmen der zugeführten Luft, so dass die Wärmepumpen nicht mehr abgetaut werden müssen.Saving electricity when operating air-to-water heat pumps. This is done by evaporating water and heating the supplied air so that the heat pumps do not have to be defrosted.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Technik von Häusern mit Blick auf eine nachhaltigere Nutzung der natürlichen Ressourcen zu verbessern.The present invention has for its object to improve the technology of houses with a view to a more sustainable use of natural resources.
Begrifflich sei zunächst erläutert, dass ein ”Energiespeicherhaus” ein Haus ist, welches von extern zugeführte Energie speichern kann und somit technologisch eine Stufe weiter ist als ein ”Energiesparhaus” oder ein ”Passivhaus”. Ein Energiespeicherhaus ist beispielsweise aus der
Insgesamt lässt sich hierzu erläutern, dass ein Energiespeicherhaus die Speicherwirkung von Baumasse, Wasser und Luft nutzt. Bei Untersuchungen des Erfinders haben sich Werte ergeben, gemäß welchen in der Luft eines Energiespeicherhauses beispielsweise etwa 10 kWh und in einem Wasserkreislauf eines Energiespeicherhauses beispielsweise etwa 20 kWh Energie an Speichermöglichkeit verfügbar sind. Es sei darauf hingewiesen, dass eine solche Energiespeicherung nicht einmal einen komplett geschlossenen Kreislauf erfordert. Der Luftkreislauf ist bevorzugt als quasi-geschlossener Kreislauf ausgebildet. Eine hermetische Abdichtung gegenüber einem Außenbereich des Hauses ist nicht notwendig und kann sogar nachteilhaft sein, da in diesem Falle keine Frischluft nachgezogen werden könnte. Selbst bei einem nur quasi-geschlossenen Luftkreislauf können jedoch die angegebenen Energiespeicherwerte erreicht werden.Overall, it can be explained that an energy storage house uses the storage effect of building earth, water and air. Investigations by the inventor have revealed values according to which, for example, about 10 kWh in the air of an energy storage house and, for example, about 20 kWh of energy in a water cycle of an energy storage house are available for storage. It should be noted that such energy storage does not even require a completely closed circuit. The air circuit is preferably designed as a quasi-closed circuit. A hermetic seal against an exterior of the house is not necessary and may even be disadvantageous, since in this case no fresh air could be tightened. However, even with a quasi-closed air cycle, the specified energy storage values can be achieved.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die gestellte Aufgabe die Verbindung von Energiespeicherhaus und Mobilität. Die Batterie von Elektroautos dient als Stromspeicher für das Energiespeicherhaus. Diese wird während der Fahrt durch den Fahrtwind, der einen Ventilator mit Assynchronmotor antreibt, ständig aufgeladen. Der Strom wird im Elektroauto in mechanische Energie umgewandelt und bewegt das Elektroauto mit dem Ventilator durch das Luftmeer. Die durch mechanische Energie angetriebenen Flügel des Ventilators lassen den Assynchronmotor als Generator arbeiten. Durch den dadurch erzeugten Strom wird die Batterie wieder aufgeladen. Nach der Fahrt steht dem Energiespeicherhaus der gesamte Strom aus der Batterie zur Verfügung.According to a first aspect of the invention solves the task set the connection of energy storage house and mobility. The battery of electric cars serves as power storage for the energy storage house. This is constantly charged while driving through the airstream, which drives a fan with an asynchronous motor. The electricity is converted into mechanical energy in the electric car and moves the electric car with the fan through the sea of air. The mechanically powered blades of the fan operate the asynchronous motor as a generator. The power generated by this will recharge the battery. After the trip, the energy store is the entire power from the battery available.
Das Energieproblem auf der Erde ist kein Problem des Energiemangels, sondern liegt in der Notwendigkeit, die vorhandene Energie in eine für uns und den Prozess nützliche Energieform umzuwandeln.The energy problem on Earth is not a problem of energy shortage, but lies in the need to transform existing energy into a form of energy that is useful to us and the process.
Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik sagt, dass die gesamte Energie bei Energieumwandlungen konstant ist. Der Mensch kann keine Energie erzeugen, sondern nur umwandeln. Die Antriebsenergie eines Autos wird in kinetische Energie des Autos umgewandelt. Diese ergibt sich aus der Formel:
Der mitgeführte Ventilator bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Auto, d. h. mit ca. 22 m/s. Die vom Ventilator durchfahrene Luft hat also gegenüber dem Ventilator eine Geschwindigkeit von 22 m/s. Die Leistung des Ventilators ist dann eine Funktion seines Querschnitts. Bei einem Querschnitt von 0,5 m2 ergibt sich ein Massendurchsatz von 11 m3 Luft. Dies ergibt bei Umgebungsbedingungen auf der Erde ein Gewicht von 11·1.3 = 14,3 kg. Für die kinetische Energie der Luft und die Leistung des Ventilators ergibt sich:
Für eine Autogeschwindigkeit von 100 km/h ergibt sich eine Ventilatorleistung von 7 kW.For a car speed of 100 km / h results in a fan power of 7 kW.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Reduzieren einer Belastung durch einen aus Erdreich entweichenden Stoff, insbesondere Radon, in einem Wohngebäude, wobei in einem Nutzraum, insbesondere einem Keller, ein Unterdruck erzeugt und der Unterdruck über Verbindungsleitungen an eine Vielzahl von Wohnräumen weiter gegeben wird, so dass die Wohnräume ihre Luftzufuhr zwangsweise aus Frischluft aus dem oberirdischen Luftraum beziehen.According to a second aspect of the invention, the stated object solves a method for reducing a load from a soil escaping substance, in particular radon, in a residential building, wherein in a work space, in particular a basement, generates a negative pressure and the negative pressure via connecting lines to a plurality of living spaces is passed on, so that the living rooms receive their air supply compulsorily from fresh air from the above-ground airspace.
Wohngebäude sind oft auf einem Erdreich installiert, aus welchem sich Schadstoffe schleichend absondern. Dies können einerseits Stoffe sein, deren Schädlichkeit erwiesen ist. In Deutschland beispielsweise werden amtliche Listen geführt, welche Stoffe in welcher Konzentration noch als gesundheitlich unbedenklich gelten. Andererseits liegen zu vielen Stoffen keine verlässlichen Untersuchungen vor. Gerade im Bereich von Tagebauen zur Kohleförderung liegen viele Stoffe relativ leicht lösbar im Erdreich vor.Residential buildings are often installed on a soil, from which pollutants secretly secrete. On the one hand, these can be substances whose harmfulness has been proven. In Germany, for example, official lists are kept of which substances, and in which concentrations, are still considered safe for human health. On the other hand, too many substances have no reliable studies. Particularly in the area of opencast mines for the extraction of coal, many substances are relatively easily soluble in the soil.
Der vorgestellte zweite Aspekt der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass mit einer relativ einfach durchführbaren Maßnahme sichergestellt werden kann, dass die Raumluft frei von Aussonderungen aus dem Erdreich ist. Wenn – wie vorgeschlagen – ein Unterdruck erzeugt und dieser Unterdruck über Leitungen, beispielsweise über einfache Rohre, an die einzelnen Wohnräume weitergegeben wird, so herrscht in allen Wohnräumen ein Unterdruck vor. Dieser kann so gering sein, dass selbst ein empfindlicher Mensch in diesen Räumen den Unterdruck nicht als solchen wahrnehmen kann. Beispielsweise kann in den Verbindungsrohren ein Ventilator installiert sein, der eine stetige Luftbewegung von den Wohnräumen hin zum Keller bewirkt.The presented second aspect of the invention is based on the recognition that it can be ensured with a relatively simple feasible measure that the room air is free from secretions from the soil. If - as proposed - creates a negative pressure and this negative pressure via lines, for example, via simple pipes, is passed to the individual living rooms, so prevails in all living spaces a negative pressure. This can be so low that even a sensitive person in these rooms can not perceive the negative pressure as such. For example, can be installed in the connecting pipes, a fan, which causes a steady air movement from the living rooms to the basement.
Dies hat zum einen die Wirkung, dass die Wohnräume ihre Raumluft von außen durch Undichtigkeiten in Fenstern und Türen nachziehen. In die Räume gelangt somit ausschließlich Frischluft aus der umgebenden oberirdischen Luft, welche in der Regel frei von den im Erdreich befindlichen Stoffen ist.This has the effect on the one hand that the living rooms draw their air from outside through leaks in windows and doors. Fresh air from the surrounding above-ground air, which is generally free from the substances in the ground, thus enters the rooms.
Zum anderen bewirkt die stetige Strömung der Luft auf dem Weg von den Wohnräumen zum Keller, dass keine Luft vom Keller zu den Wohnräumen strömt. Dies verhindert auch innerhalb des Hauses einen ”ungewünschten” Transport von Schadstoffen aus dem Kellerbereich nach oben in die Wohnräume.On the other hand, the constant flow of air on the way from the living room to the basement, that no air flows from the basement to the living rooms. This prevents even within the house an "unwanted" transport of pollutants from the basement area up in the living rooms.
Bevorzugt wird im Nutzraum und/oder in einer Gebäudehülle ein Umluftbetrieb betrieben, während die Wohnräume Frischluft beziehen. Dies macht das vorgeschlagene Verfahren sehr wirtschaftlich.Preferably, a recirculation mode is operated in the utility room and / or in a building envelope, while the living rooms refer fresh air. This makes the proposed method very economical.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Führen von Luft in einem Wohngebäude, wobei Raumluft aus einer Vielzahl von Wohnräumen mittels Unterdruck entnommen, durch Spalte in eine Gebäudehülle hindurch in einen Dachbereich und von dort in einer Leitung zu einer Wärmepumpe geführt wird.According to a third aspect of the invention, the stated object solves a method for guiding air in a residential building, wherein air taken from a variety of living spaces by means of negative pressure, passed through gaps in a building shell into a roof area and from there in a line to a heat pump becomes.
Ein solches Verfahren zum Führen von Luft in einem Wohngebäude trägt zu der Energiespeicherleistung des Wohngebäudes erheblich bei. Durch die Entnahme der Raumluft mittels Unterdruck wird zum einen der vorstehend geschilderte Vorteil der erzwungenen Frischluftzufuhr durch die Fenster und Türen unterstützt. Im Dachbereich wärmt sich die Luft auf und/oder vereinigt sich mit von selbst infolge ihrer Wärme in den Dachbereich aufsteigenden freien Luft. Infolge dessen, dass die Luft aus den Wohnräumen durch Spalte in eine Gebäudehülle hindurch zum Dachbereich geführt wird, wird eine Wärmedämmung an der Gebäudehülle ständig durchlüftet und somit bestmöglich trocken gehalten, was die Wärmedämmleistung erhöht.Such a method for guiding air in a residential building contributes significantly to the energy storage performance of the residential building. By removing the room air by means of negative pressure on the one hand, the above-described advantage of forced fresh air supply is supported by the windows and doors. In the roof area, the air warms up and / or unites with the self-rising due to their heat in the roof area free air. As a result of the fact that the air from the living spaces is led through gaps in a building envelope to the roof area, a thermal insulation on the building envelope is constantly ventilated and thus kept as dry as possible, which increases the thermal insulation performance.
Bevorzugt wird die Raumluft durch eine Vielzahl Raumanschlussrohre entnommen und vor dem Dachbereich in einen Raumluftsammler geführt. Jedes Raumanschlussrohr kann über einen einfach gestalteten Rohranschluss insbesondere in einem Deckenbereich eines jeden Raumes konstruktiv umgesetzt werden. Es genügt ein kleines Loch, durch welches die Luft vom Wohnraum in den großen quasi-geschlossenen Kreislauf gepumpt oder gesaugt wird.Preferably, the room air is removed through a plurality of space connection pipes and led in front of the roof area in a room air collector. Each room connection pipe can be structurally converted via a simply designed pipe connection, especially in a ceiling area of any room. Suffice it a small hole through which the air is pumped or sucked from the living room in the large quasi-closed circuit.
Vorausgesetzt wird ein großer Luftkreislauf im Haus. Dieser sollte bevorzugt genau insoweit abgeschlossen sein, dass dasjenige Luftvolumen durch den Baukörper entweicht, was an Frischluftvolumen in die Wohnräume nachgezogen wird.A large air circulation in the house is required. This should preferably be completed to the extent that the air volume escapes through the building, which is followed by fresh air volume in the living spaces.
Ein Raumanschlussrohr weist bevorzugt ein Rückschlagventil auf. Dies ist ein einfach zu konstruierendes und probates Mittel, um eine ungewollte Rückströmung von Luft aus dem großen quasi-geschlossenen Gebäude-Luftkreislauf in den Wohnraum hinein zu verhindern. Rückschlagventile sind außerdem für beliebige Rohrquerschnitte erhältlich, insbesondere für runde und rechteckige Querschnitte.A room connection pipe preferably has a check valve. This is an easy too constructive and proven means to prevent unwanted backflow of air from the large quasi-closed building air cycle into the living space inside. Check valves are also available for any pipe cross-section, especially for round and rectangular cross-sections.
Es wird vorgeschlagen, dass der Raumluftsammler einen zentralen Ventilator aufweist. Beispielsweise kann ein System so installiert sein, dass sich aus jedem Wohnraum ein Rohr mit einem Durchmesser von beispielsweise 200 mm aus erstreckt, wobei aus jedem Zimmer eine solche sammelnde Luftabsaugung erfolgt. Je nach Wohnungsgröße können bei Mehrfamilienhäusern Rohre dieses Durchmessers auch beispielsweise einmal pro Wohnung installiert sein, wobei aus jedem Zimmer zu diesem größeren Rohr ein kleineres Rohr geführt wird.It is proposed that the room air collector has a central fan. For example, a system may be installed so that from each living space, a pipe with a diameter of, for example, 200 mm extends from each room such a collecting air extraction takes place. Depending on the size of the apartment, multi-family houses may also have tubes of this diameter installed once per apartment, with each room having a smaller tube leading to this larger tube.
Die Rohre, welche vom Wohnraum aus geführt werden, werden im Gebäude bevorzugt zu einem großen Raumluftsammler vereinigt. Dieser kann beispielsweise ein Rohr mit einem Durchmesser von 300 mm sein. In dem Raumluftsammler kann ein großer Ventilator installiert sein, so dass ein einziger Ventilator bereits den notwendigen Unterdruck in allen Wohnräumen erzeugt.The pipes, which are led from the living space, are combined in the building preferably to a large room air collector. This can for example be a pipe with a diameter of 300 mm. In the room air collector, a large fan can be installed so that a single fan already generates the necessary negative pressure in all living spaces.
Alternativ und kumulativ können die Raumanschlussrohre – alle oder vereinzelt – jeweils einen dezentralen Ventilator aufweisen. Wenn bereits ein zentraler Ventilator vorgesehen ist, reichen an dieser Stelle bereits sehr kleine und leise laufende Ventilatoren aus.Alternatively and cumulatively, the room connection pipes - all or in isolation - each have a decentralized fan. If a central fan is already provided, very small and quietly running fans are enough at this point.
Es wird vorgeschlagen, dass die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit der entnommenen Raumluft gemessen wird. Eine Regelelektronik im Haus kann mit solchen Messwerten für ein sehr ausgeglichenes und gesundes Wohnklima sorgen.It is proposed that the temperature and / or the humidity of the extracted room air is measured. A control electronics in the house can provide with such measurements for a very balanced and healthy living environment.
In einer besonders bevorzugten Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens wird die entnommene Raumluft vor dem Durchlaufen der Gebäudehülle durch einen Erdbereich geführt. Der Erdbereich ist bezüglich seiner Temperatur sehr konstant und liegt über das Jahr meistens zwischen 14°C und 16°C. Im Erdbereich wird die von außen angezogene Luft im Sommer somit abgekühlt und im Winter eher erwärmt. Aus den Wohnräumen entnommene Luft wird in der Regel im Erdbereich gekühlt.In a particularly preferred embodiment of the proposed method, the extracted room air is passed through an earth area before passing through the building envelope. The earth's area is very constant with respect to its temperature and is usually between 14 ° C and 16 ° C over the year. In the ground, the air drawn in from outside is thus cooled in summer and heated in winter. Air taken from the living spaces is usually cooled in the ground.
Bevorzugt ist ein Winterbetriebsmodus vorgesehen, in welchem möglichst wenig Frischluft eingesaugt wird. Die von außen in die Wohnräume hinein gezogene Frischluft muss im Winter stark aufgewärmt werden, was ein hohes Maß an Energie fordert. Dadurch, dass jedoch in den Räumen ein Unterdruck anliegt, wird permanent Frischluft durch Undichtigkeiten an den Fenstern und Türen eingezogen. Die Fenster müssen idealerweise im Winter nicht einmal geöffnet werden und dennoch herrscht permanent Frischluft in den Wohnräumen vor, kalte Außenluft bewirkt einen höheren Druck.Preferably, a winter operating mode is provided, in which as little fresh air is sucked in. The fresh air drawn into the living space from outside must be warmed up in winter, which requires a high level of energy. Due to the fact that there is a negative pressure in the rooms, however, fresh air is permanently drawn in through leaks in the windows and doors. Ideally, the windows do not even have to be opened in winter, yet fresh air constantly prevails in the living spaces, while cold outside air causes higher pressure.
Ein Sommerbetriebsmodus sieht bevorzugt vor, dass Außenluft nachts aktiv durch den Erdbereich eingesaugt wird. Dies bewirkt eine Kühlung, die ohne weitere Klimatisierungsautomatik auskommt. Bevorzugt wird die Außenluft nachts durch ein offenes Kellerfenster eingesaugt. Tagsüber und nachts wird die Frischluft bevorzugt durch ein unterirdisches Rohr eingesaugt. Bei einem Neubau können solche Rohre ohne weiteres installiert werden. Sie haben eine Eintrittsöffnung am Erdreich oder am Mauerwerk und führen durch den Boden hindurch zurück in den Keller. Bei einem Altbau hingegen ist die Variante des nur nächtlichen Lufteinziehens zu bevorzugen, wobei auch dies durch das Kellerfenster geschehen sollte.A summer mode of operation preferably provides that outdoor air is actively drawn through the earth's area at night. This causes a cooling, which requires no further automatic air conditioning. Preferably, the outside air is sucked in at night through an open basement window. During the day and at night, the fresh air is preferably sucked through an underground pipe. In a new building such pipes can be installed easily. They have an entry opening on the ground or on the masonry and lead through the ground back into the basement. In an old building, however, the variant of night only Lufteinziehens is preferable, and this should be done through the basement window.
Auf dem Weg vom Kellerbereich durch die Gebäudehülle ins Dach nimmt die Luft die Feuchtigkeit von der Wärmedämmung mit. Im Dachbereich sammelt sich die Luft. Von dort wird sie in einem Rohr entnommen und zur Wärmepumpe geführt, wobei diese bevorzugt ebenfalls im Kellerbereich aufgestellt ist. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn ein offener Schacht von dem Kellerbereich zum Dachbereich existiert, durch welchen bevorzugt das Entnahmerohr geführt ist. Warme Luft aus dem Keller kann dann durch den offenen Schacht direkt wieder in den Dachbereich aufsteigen und von dort durch das Rohr entnommen und zur Wärmepumpe geführt werden. Die Wärmepumpe wird mit der warmen Luft aus dem Dachbereich sehr effektiv betrieben.On the way from the basement area through the building shell into the roof, the air absorbs the moisture from the thermal insulation. The roof collects the air. From there it is removed in a pipe and led to the heat pump, which is preferably also placed in the basement area. This is particularly advantageous if an open shaft from the basement area to the roof area exists, through which preferably the sampling tube is guided. Warm air from the basement can then rise directly through the open shaft back into the roof area and be removed from there through the pipe and led to the heat pump. The heat pump is operated very effectively with the warm air from the roof area.
Die aus dem Dachbereich entnommene Raumluft wird von der Wärmepumpe aus bevorzugt zu einem Wäschetrockenraum weitergeführt.The extracted from the roof area room air is preferably continued by the heat pump to a laundry drying room.
Eine Wärmepumpe kann sowohl wärmen als auch kühlen, wobei zwischen diesen beiden Modi je nach aktuellen Klimabedingungen gewechselt werden kann.A heat pump can both heat and cool, allowing you to switch between these two modes depending on the current climatic conditions.
Um mit der Wärmepumpe heizen zu können, muss ein Kältemittel verdampft werden, daher fällt jenseits der Wärmepumpe kalte Luft an. Auch diese kann jedoch zum Wäschetrocknen verwendet werden.In order to be able to heat with the heat pump, a refrigerant must be evaporated, so cold air falls on the other side of the heat pump. However, this can also be used for drying clothes.
Wenn die Wärmepumpe zum Kühlen eingesetzt wird, fällt jenseits der Wärmepumpe jedoch warme, trockene Luft an. Im Sommer kann diese beispielsweise aus dem Gebäude hinausgeführt werden. Die Luft kann allerdings auch anders genutzt werden. So eignet sich die warme, trockene Luft besonders zum Trocknen von Wäsche. Sie ist sehr feuchtigkeitsaufnahmefähig.However, when the heat pump is used for cooling, there is warm, dry air outside the heat pump. In summer, for example, this can be led out of the building. However, the air can also be used differently. So the warm, dry air is particularly suitable for drying laundry. It is very moisture absorbent.
Auch ist zu überlegen, dass bei einem Neubau die Wärmedämmung oft bereits so gut ist, dass die Wärmepumpe idealerweise nicht zum Kühlen eingesetzt werden muss. Die Abluft der Wärmepumpe kann in diesem Falle beispielsweise durch Rohrleitungen ins Erdreich gepumpt werden und dann in die Gebäudehülle hinein. Im Erdreich kühlt die Luft auf meist etwa 15°C bis 17°C ab, wenn die Rohrleitung entsprechend lang ausgeführt ist und wenn ein ausreichend effektiver Wärmetauscher im Boden vorgesehen ist. In der Gebäudehülle ist eine Wärmedämmung vorhanden, welche als Wärmetauscher fungiert, so das selbst mit der warmen Abluft der Wärmepumpe eine Kühlung des Gebäudes an dessen äußerer Oberfläche erreicht werden kann. It should also be considered that in a new building, the thermal insulation is often already so good that ideally the heat pump does not have to be used for cooling. The exhaust air of the heat pump can be pumped in this case, for example, through pipes into the ground and then into the building envelope inside. In the ground, the air cools to mostly about 15 ° C to 17 ° C, if the pipeline is designed to be correspondingly long and if a sufficiently effective heat exchanger is provided in the soil. In the building envelope, a thermal insulation is present, which acts as a heat exchanger, so that even with the warm air of the heat pump cooling of the building can be achieved on the outer surface.
Alternativ und kumulativ bietet es sich an, die entnommene Raumluft durch Wandschlitze im Kellerbereich zu einem Schacht zu führen, der zum Dachbereich aufsteigt. Die warme Luft gelangt auf diese Weise ohne weiteres Zutun zurück in den Dachbereich und wird dort von der Zuführung zur Wärmepumpe wieder entnommen, um der Wärmepumpe einen möglichst effektiven Zulauf zu ermöglichen.Alternatively and cumulatively, it makes sense to lead the extracted room air through wall slots in the basement area to a shaft that rises to the roof area. The warm air passes in this way without further action back into the roof area and is there again taken from the feed to the heat pump to allow the heat pump as effective as possible inflow.
Die vorstehend erwähnte Wärmedämmung ist bevorzugt mehrspaltig ausgeführt. In Versuchen des Erfinders haben sich dünne Styroporplatten als besonders geeignet erwiesen, beispielsweise mit einer Dicke von jeweils etwa 1 cm. Zwischen den Styroporplatten sind bevorzugt Distanzstücke angeordnet, um stabile Kanäle für die Luftströmung bereitzustellen. Die Distanzstücke können kostengünstig ebenfalls aus Styroporscheibchen gefertigt sein.The above-mentioned thermal insulation is preferably carried out in multiple columns. In experiments by the inventor thin polystyrene sheets have been found to be particularly suitable, for example, each having a thickness of about 1 cm. Spacers are preferably disposed between the styrofoam plates to provide stable channels for the air flow. The spacers can also be inexpensively made of styrofoam discs.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung in einem Gebäude, wobei ein Heizkreis-Rücklauf mit einer Temperatur von mindestens etwa 22°C bis 24°C zu einem Verdampfer einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe geführt wird, wobei eine Luft-Wasser-Wärmepumpe der Wasser-Wasser-Wärmepumpe genügend Wärme gibt, um zumindest eine in etwa konstante Leistungszahl zu halten.According to a fourth aspect of the invention, the stated object solves a method for operating a heat pump assembly in a building, wherein a heating circuit return is conducted at a temperature of at least about 22 ° C to 24 ° C to an evaporator of a water-water heat pump, wherein an air-to-water heat pump provides enough heat to the water-to-water heat pump to maintain at least an approximately constant coefficient of performance.
Bei Versuchen des Erfinders haben sich hervorragende Leistungszahlen ergeben, oft im Bereich um 6.The inventor's experiments have shown excellent performance figures, often in the range around 6.
Um Brauchwasser zu erhitzen, kann ein Brauchwasser-Kreislauf an das System angeschaltet werden. Das Wasser muss gegebenenfalls mehrfach durchlaufen gelassen werden, um die angestrebte heiße Temperatur zu erreichen. Zum Erreichen von Temperaturen von etwa 60°C wird dem Brauchwasser Wärme mit Hilfe von Wasserdampf zugeführt. Dies ist ein fünfter Aspekt der Erfindung.To heat process water, a hot water circuit can be connected to the system. The water may need to be run several times to reach the desired hot temperature. To reach temperatures of about 60 ° C, the process water heat is supplied by means of steam. This is a fifth aspect of the invention.
Wenn die Sonne scheint, dann kann der Verdampferkreislauf der Wasser-Wasser-Wärmepumpe im Übrigen direkt von einem Sonnenkollektor gespeist werden. Das System wird auf diese Weise – unabhängig von der Temperatur des Heizungsrücklaufs – sehr effektiv und kann ohne weiteres Leistungszahlen von über 4 erreichen.Incidentally, when the sun is shining, the evaporator circuit of the water-to-water heat pump can be fed directly by a solar collector. In this way, regardless of the temperature of the heating return, the system becomes very effective and can easily reach performance numbers above 4.
Bevorzugt kann der Verdampfer der Wasser-Wasser-Wärmepumpe so umgeschaltet werden, dass er zusätzlich zur oder unabhängig von der Luft-Wasser-Wärmepumpe direkt von einem Sonnenkollektor gespeist wird.Preferably, the evaporator of the water-water heat pump can be switched so that it is fed in addition to or independently of the air-water heat pump directly from a solar collector.
Warmes Wasser von der Luft-Wasser-Wärmepumpe wird bevorzugt zu einem Kondensator der Wasser-Wasser-Wärmepumpe geführt. Das Wasser vom Kondensator der Wasser-Wasser-Wärmepumpe wird bevorzugt als Heizungsvorlauf mit einer Temperatur von mindestens 28°C bis 30°C verwendet.Hot water from the air-water heat pump is preferably fed to a condenser of the water-water heat pump. The water from the condenser of the water-water heat pump is preferably used as a heating flow at a temperature of at least 28 ° C to 30 ° C.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel ist der Heizungskreislauf eines Gebäudes ein geschlossener Wasserkreislauf, welcher in einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe auf die erforderliche Temperatur gebracht wird. Im Kondensator wird das Wasser auf etwa 28°C bis 30°C erwärmt und als Vorlauf in den Heizungskreislauf gespeist. Der Rücklauf beträgt etwa 20°C bis 22°C und tritt in den Verdampfer der Wasser-Wasser-Wärmepumpe ein.In a specific embodiment, the heating circuit of a building is a closed water cycle, which is brought to the required temperature in a water-water heat pump. In the condenser, the water is heated to about 28 ° C to 30 ° C and fed as a feed into the heating circuit. The return is about 20 ° C to 22 ° C and enters the evaporator of the water-water heat pump.
Vom Verdampfer hin zum Kondensator der Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist in einem Bypass die Luft-Wasser-Wärmepumpe angeordnet. Das Kältemittel holt sich die erforderliche Wärme sowohl in der Luft-Wasser-Wärmpumpe als auch direkt von der Sonne, wenn ein Sonnenkollektor angeschlossen ist. Die erforderliche Vorlauftemperatur wird somit in der Wasser-Wasser-Wärmepumpe sehr effektiv erreicht.From the evaporator to the condenser of the water-water heat pump, the air-water heat pump is arranged in a bypass. The refrigerant gets the required heat both in the air-to-water heat pump and directly from the sun when a solar panel is connected. The required flow temperature is thus achieved very effectively in the water-water heat pump.
Um die Effektivität weiter zu steigern, können auch mehrere Luft-Wasser-Wärmepumpen parallel zueinander geschaltet an die Wasser-Wasser-Wärmepumpe angeschlossen sein.To further increase the effectiveness, several air-water heat pumps can be connected in parallel to each other connected to the water-water heat pump.
Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung löst diese Aufgabe ein Wärmetauscher in Flächenform für ein Gebäude, mit einer permeablen Schicht zum Separieren eines inneren Spalts von einem äußeren Spalt im Bereich einer Gebäudehülle, wobei mindestens eine weitere permeable Schicht vorhanden ist, die mindestens einen weiteren Spalt begrenzt.According to a sixth aspect of the invention, this object is achieved by a surface-area heat exchanger for a building, having a permeable layer for separating an inner gap from an outer gap in the region of a building envelope, with at least one further permeable layer defining at least one further gap ,
Beobachtungen des Erfinders haben ergeben, dass mit einer Vergrößerung der Anzahl von Spalten in einem Wärmetauscher im Bereich der Gebäudehülle, bevorzugt an der Gebäudehülle, die Wärmeleitfähigkeit erheblich reduziert werden kann. Dies trägt deutlich zur Einsparung der benötigten Energie bei.Observations by the inventor have shown that with an increase in the number of gaps in a heat exchanger in the area of the building envelope, preferably on the building envelope, the thermal conductivity can be significantly reduced. This contributes significantly to saving the energy required.
Bevorzugt sind mindestens fünf Spalte vorhanden, besonders bevorzugt etwa zehn Spalte. Bei etwa zehn Spalten kann der k-Wert der Außenhülle des Gebäudes bei geeigneter Gestaltung halbiert werden.Preferably, at least five gaps are present, more preferably about ten gaps. With about ten columns, the k-value of the outer shell of the building can be halved with appropriate design.
Es wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher eine Wärmedämmschicht aufweist, insbesondere in Form eines mehrschaligen Dämmelements. Insbesondere kann der innere Spalt innerhalb einer Wärmedämmung verlaufen. Mit einem mehrschaligen Dämmelement kann auf einfache Weise ein Wärmedämm-Wärmetauscher erstellt werden. Der Wärmedämm-Wärmetauscher hat zwischen den zwei Dämmelementen einen Luftspalt. Hier nimmt die Luft, vorzugsweise die Transmissionswärme von der Wärmedämmung auf.It is proposed that the heat exchanger has a heat-insulating layer, in particular in the form of a multi-layer insulating element. In particular, the inner gap can run within a thermal insulation. With a multi-layer insulation element can be created easily a thermal insulation heat exchanger. The thermal insulation heat exchanger has an air gap between the two insulating elements. Here the air, preferably the heat of transmission from the thermal insulation absorbs.
Es ist von Vorteil, wenn Luft nicht direkt in Kontakt mit einem Mauerwerk des Gebäudes steht, so dass der Außenluft durch das Mauerwerk keine Wärme entzogen wird. Bevorzugt kommt der Wärmedämm-Wärmetauscher entlang der Gebäudehülle zum Einsatz.It is advantageous if air is not directly in contact with a masonry of the building, so that the outside air through the masonry no heat is removed. Preferably, the thermal insulation heat exchanger along the building envelope is used.
Zur Temperaturerhöhung wird auch die niedrige volumenspezifische Wärmekapazität der Gasphase der Luft im Vergleich zu der höheren volumenspezifischen Wärmekapazität des Wärmedämm-Wärmetauscher-Werkstoffs benutzt. Diese Tatsache kann auch zur Wärmerückgewinnung für ein Temperierungssystem des Gebäudes genutzt werden.To increase the temperature, the low volume-specific heat capacity of the gas phase of the air is used in comparison to the higher volume-specific heat capacity of the heat-insulating heat exchanger material. This fact can also be used for heat recovery for a tempering system of the building.
Unter einer ”Gebäudehülle” seien begrifflich alle das Gebäude umschließenden Bereiche verstanden, insbesondere das Dach. Die Außenwände, einschließlich der sich im Erdreich befindenden Außenwände, sowie das Fundament des Gebäudes.A "building envelope" is understood to mean all the areas enclosing the building, in particular the roof. The outer walls, including the outer walls in the ground, as well as the foundation of the building.
Es versteht sich, dass ein Gebäude, welches mit einem Wärmetauscher der vorstehend beschriebenen Art ausgerüstet ist, von dessen energetischen Vorteilen unmittelbar profitiert.It is understood that a building equipped with a heat exchanger of the type described above directly benefits from its energetic advantages.
Nach einem siebten Aspekt der Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Kühlen eines Gebäudes, wobei ein Luftkreislauf betrieben wird, welcher Außenluft ansaugt, diese durch einen Erdwärmespeicher in einen unteren Gebäudebereich hin zu einem Mischbereich in einem oberen Gebäudebereich führt.According to a seventh aspect of the invention, the stated object solves a method for cooling a building, wherein an air circuit is operated, which sucks outside air, this leads through a geothermal heat storage in a lower building area to a mixing area in an upper building area.
Diesem Erfindungsaspekt liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die niedrige Temperatur im Erdwärmespeicher von natürlicherweise höchstens etwa 15°C in den meisten Sommern bereits ausreicht, um bei Betreiben des Luftkreislaufs eine ausreichende Gebäudekühlung herbeizuführen.This aspect of the invention is based on the finding that the low temperature in the geothermal storage of naturally at most about 15 ° C in most summers is already sufficient to bring about sufficient cooling of the building when operating the air cycle.
In einer Weiterführung dieses Erfindungsaspekts wird vorgeschlagen, dass eine vorhandene Luft-Wasser-Wärmepumpe beim Kühlen umgangen wird. In den meisten Konstellationen reicht bereits das ausschließliche Betreiben des Luftkreislaufs zum Kühlen des Gebäudes aus.In a continuation of this aspect of the invention it is proposed that an existing air-water heat pump is bypassed during cooling. In most constellations, the exclusive operation of the air circuit is sufficient to cool the building.
An sehr heißen Tagen wird nach einem achten Aspekt der Erfindung der Wasserkreislauf eines Energiespeicherhauses durch Verdunsten von Wasser zusätzlich gekühlt. Dies geschieht mit den gleichen Vorrichtungen, die im Winter zur Erhöhung der Leistungszahl von Luft-Wasser-Wärmepumpen genutzt werden. Der Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe ist dabei nicht in Betrieb.On very hot days, according to an eighth aspect of the invention, the water cycle of an energy storage house is additionally cooled by evaporation of water. This is done with the same devices that are used in winter to increase the coefficient of performance of air-water heat pumps. The refrigerant circuit of the heat pump is not in operation.
Nach einem neunten Aspekt der Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Führen von Luft in einem Gebäude, wobei die Luft einer Luft-Wasser-Wärmepumpe zugeführt wird und wobei entwärmte Luft stromabwärts der Wärmepumpe abgeführt wird, wobei die entwärmte Luft innerhalb des Gebäudes einer Wäschetrocknung zugeführt wird.According to a ninth aspect of the invention, the stated object solves a method for guiding air in a building, wherein the air is supplied to an air-water heat pump and wherein cooled air is discharged downstream of the heat pump, wherein the heated air within the building of a laundry drying is supplied.
Die beim Betrieb der Luft-Wasser-Wärmepumpe anfallende kältere Luft eignet sich hervorragend dazu, für eine Wäschetrocknung innerhalb des Gebäudes eingesetzt zu werden. Dort kann die kältere Luft Wärmeenergie von der frisch gewaschenen Wäsche aufnehmen und bevorzugt auch Feuchtigkeit von dort aufnehmen.The colder air produced during operation of the air-to-water heat pump is ideal for drying laundry inside the building. There, the colder air can absorb heat energy from the freshly laundered laundry and preferably also absorb moisture from there.
Bevorzugt wird die Luft nach der Wäschetrocknung abermals der Wärmepumpe zugeführt. Nachdem die Luft die zu trocknende Wäsche passiert hat, ist sie relativ warm, so dass sie erneut durch die Wärmepumpe geführt und hierbei entwärmt werden kann. Die beim Wäschetrocknen in die Wäsche eingebrachte Wärmeenergie wird auf diese Weise zu großem Teil innerhalb des Gebäudes behalten. Innerhalb der Wärmepumpe kann die Wärme zum Verdampfen von Kältemittel genutzt werden.Preferably, the air is again fed to the heat pump after drying the laundry. After the air has passed through the laundry to be dried, it is relatively warm, so that it can be passed through the heat pump again and thereby cooled. The introduced during drying clothes into the laundry heat energy is kept in this way for the most part within the building. Within the heat pump, the heat can be used to evaporate refrigerant.
Der zehnte Aspekt der Erfindung ermöglicht die Wasserversorgung in heißen Ländern. Bei der Kühlung des Energiespeicherhauses fallen dort gleichzeitig große Mengen Trinkwasser an. Dort kann auch mit Hilfe von Solarzellen viel Strom gespeichert werden.The tenth aspect of the invention enables water supply in hot countries. When cooling the energy storage house fall there at the same time large amounts of drinking water. There, a lot of electricity can be stored with the help of solar cells.
Ebenso versteht es sich, dass es von Vorteil ist, wenn Mittel zum Leiten der Luft von der Wäschetrocknung hin zur Wärmepumpe vorgesehen sind.It is also understood that it is advantageous if means are provided for directing the air from the laundry drying to the heat pump.
Der elfte Aspekt der Erfindung nutzt die Möglichkeit der Sonnenenergiespeicherung unterhalb von transparenten Dachflächen des Energiespeicherhauses. Innerhalb dieser Dachflächen erwärmt sich die Luft auf bis auf 100°C. Diese Energie wird durch einen Luft-Wasser-Wärmetauscher auf Wasser übertragen das diese Energie im Keller an Wasser in einem Behälter mit Vielfachluftschicht abgibt.The eleventh aspect of the invention utilizes the possibility of storing solar energy below transparent roof surfaces of the solar energy storage system Energy storage house. Within these roof areas, the air heats up to 100 ° C. This energy is transferred through an air-water heat exchanger to water that releases this energy in the basement to water in a container with multiple air layer.
In einem zwölften Aspekt der Erfindungsoptimierung wird die Temperaturerhöhung des Luftkreislaufs durch die Sonneneinstrahlung und damit eine Erhöhung der Leistungszahl der Luft-Wasser-Wärmepumpe bewirkt.In a twelfth aspect of the invention optimization, the temperature increase of the air circuit is caused by the solar radiation and thus an increase in the coefficient of performance of the air-water heat pump.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur
einen schematischen Schnitt durch ein EnergiespeicherhausIn the drawing shows the only figure
a schematic section through an energy storage house
Bei dem Gebäude
Die Gebäudehülle besteht hierbei aus einem Mauerwerk
Die Außenluft
Ist die Außenluft
Auf dem Weg entlang der Dachfläche
Außenluft
Hierbei erwärmt sich die Außenluft
Die mittels der Wärmepumpe
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ein monovalenter Energiebetrieb des Gebäudes
Hinsichtlich des sechsten geschilderten Aspekts der Erfindung wird vorgeschlagen, dass hinter der Fassade
Insbesondere sei daran gedacht, mit mehreren Wärmedämmlagen
Zum Umsetzen des siebten Aspekts der Erfindung wird während des Sommers die relativ niedrige Temperatur des Erdreichs
Da im Gebäude in den Wohnräumen ständig Frischluft angesaugt wird und kein Umluftbetrieb stattfindet, ergibt sich außerdem eine Minimierung der Radon-Belastung für die Bewohner oder Benutzer des Gebäudes
Zur Verwirklichung des achten vorgestellten Aspekts der Erfindung wird entwärmte Luft
Die entwärmte Luft
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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