DE102012101541B4 - Bodengebundener Wärmespeicher - Google Patents

Abstract

Bodengebundener Wärmespeicher (1), aufweisend eine Bodenfläche (2), eine Deckfläche (3) und eine Wandfläche (4), wobei mindestens die Wandfläche (4) eine Mehrzahl einzelner Wandsegmente (5) aufweist, und wobei mindestens ein Wärmetauscher (6) innerhalb des Wärmespeichers (1) vorgesehen ist, wobei der Wärmespeicher (1) unter Betriebsbedingungen eine Festkörperfüllung aufweist, wobei ein oder mehrere Wandsegmente (5) jeweils mindestens einen Wärmetauscher (6) aufweisen, wobei die Wandsegmente (5) keine tragende Funktion aufweisen und ein von den Wandsegmenten (5) unabhängiger Stützkörper (7) vorgesehen ist, der als Stabwerkstützkörper ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wandsegment (5) je einen Wärmetauscher (6) auf seiner tankeinwärts und seiner tankauswärts gerichteten Hauptseite aufweist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen bodengebundenen Wärmespeicher, insbesondere Puffer-Wärmespeicher.
• Im Zuge der Umstellung der Energieversorgung der Bundesrepublik Deutschland auf einen hohen Anteil erneuerbarer Energien ist es wünschenswert geworden, größere Wärmemengen auch über lange Zeiträume möglichst verlustfrei zu speichern, um sie im Bedarfsfall auch zu Heizungszwecken einsetzen zu können.
• Wärme als die einfachste Form nutzbarer Energie fällt bei einer ganzen Reihe von Prozessen an, beispielsweise bei der Solarthermie, in Biogasanlagen aber auch konventionell als Abwärme von Feuerungs- und sonstigen Kraftwerksanlagen, wie Blockheizkraftwerken und dergleichen mehr. Viele Photovoltaikmodule sind mit Kühlvorrichtungen zur Effizienzsteigerung verbunden, so daß auch bei der Stromerzeugung in derartigen Kombimodulen Wärme anfällt. Insbesondere bei der Solarthermie oder Kombimodulen geschieht dies überwiegend im Sommer, wenn die so erzeugte Wärme zu Heizzwecken nicht benötigt wird. Es ist daher wünschenswert, die zu einer Zeit gewonnene Wärmeenergie möglichst langfristig zur Verwendung in solchen Zeiten zu speichern, in denen sie benötigt wird.
• Dies kann durch Umwandlung der Wärme in andere Energieformen erfolgen, beispielsweise in thermochemischen Wärmespeichern, die Silicagelgranulate enthalten und bei denen die zugeführte Wärme für endotherme Reaktionen eingesetzt wird. Exotherme Rückreaktionen geben dann die gespeicherte Energie zu einem sehr viel späteren Zeitpunkt wieder frei. Da bei solchen Speichern Energieumwandlungen stattfinden, die stets weniger als 100% Wirkungsgrad haben und auch entsprechende Chemikalien eingesetzt werden müssen, sind grundsätzlich einfacher gebaute Speicher zu bevorzugen, insbesondere Puffer-Wärmespeicher. Puffer-Wärmespeicher sind bei Heizungsanlagen seit langem bekannt; für den geschilderten Einsatzzweck müssen diese jedoch erheblich größer ausfallen. Bekannte Puffer-Wärmespeicher werden daher nicht in Gebäuden sondern auf dem diese umgebenden Grundstück angeordnet, oftmals als bodengebundener Speicher, insbesondere als Erdspeicher.
• Die DE 198 06 534 C1 schlägt einen wassergefüllten Erdtank vor, dessen Wände aus einer Außenschicht, einer sich tankeinwärts daran anschließenden Wärmeisolationsschicht und einer sich tankeinwärts daran anschließenden Innenschicht aufgebaut sind. Außen- und Innenschicht sollen nur Dichtzwecke erfüllen und sind entsprechend dünn ausgestaltet, sie bestehen aus PU-Hartschaumplatten. Die wärmedämmende Innenschicht ist aus vorgeformten PU-Hartschaumblöcken mit inneren Hohlräumen gebildet. Über sämtliche Stoßfugen der Innen- und Außenschicht ist eine Bitumendichtung vorgesehen. Außerhalb des Erdtankes sind Leitungen im Erdboden vorgesehen, die die Erdwärme außerhalb des Tankes aufnehmen sollen. Dieser Tank kann zerlegt antransportiert und vor Ort aufgebaut werden.
• Aus der FR 2 566 883 A1 ist ein weiterer erdgebundener Wärmespeicher bekannt, der von einer Erdschicht von 0,7 bis 1,0 m Dicke überdeckt ist und ein Volumen von mehr als 120 m³ hat. Dieser Tank weist eine dünne, wasserdichte, flexible innere Hülle aus PE-Folie auf, an die sich tankauswärts ein thermisches Isolationsmaterial in Form von starren PU-Platten anschließt. Dieser Tank soll mit feuchtem Sand gefüllt sein, er weist eine Nachfeuchtungsvorrichtung auf. Nachteilig an diesem Tank ist seine geringe Stabilität.Weiterer Stand der Technik ist in der DE 698 02 568 T2 , DE 34 02 438 A1 und DE 35 45 622 A1 enthalten. Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen modular aufgebauten Erdtank anzugeben, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
• Diese Aufgabe wird bei einem bodengebundenen Wärmespeicher aufweisend eine Bodenfläche, eine Deckfläche und eine Wandfläche, wobei mindestens die Wandfläche eine Mehrzahl einzelner Wandsegmente aufweist, und wobei mindestens ein Wärmetauscher innerhalb des Wärmespeichers vorgesehen ist, wobei der Wärmespeicher bei Betriebsbedingungen eine Festkörperfüllung aufweist, dadurch gelöst, dass ein oder mehrere Wandsegmente jeweils mindestens einen Wärmetauscher aufweisen.
• Unter bodengebundenem Wärmespeicher versteht die Erfindung einen Wärmespeicher, der unter Einsatzbedingungen zur Gänze oder zum überwiegenden Teil im Erdboden angeordnet ist. Bevorzugt wird darunter ein Wärmespeicher verstanden, der gänzlich unter einer Bodenplatte, einem Hallenboden, einer Erdschicht oder dergleichen angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind jedoch auch solche Wärmespeicher, die nur zum Teil im Erdboden angeordnet sind. Unter Festkörperfüllung wird jede Art von Schüttgut wie Sand, granulierter Kies, insbesondere jedoch derjenige Erdboden verstanden, der als Aushub am Ort des Einbaus des erfindungsgemäßen Wärmespeichers angefallen ist. Wand-, Boden- und Deckfläche können eine beliebige Geometrie aufweisen, bevorzugt sind jedoch zylindrische Speicher.
• Im Gegensatz zu den bekannten Wärmespeichern schlägt die Erfindung mit großem Vorteil vor, dass ein oder mehrere Wandsegmente jeweils mindestens einen Wärmetauscher aufweisen, also diese auch an den Seitenwänden des Wärmespeichers vorgesehen sind. Hierdurch werden mit großem Vorteil die Robustheit und die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Wärmespeichers erhöht, da so besonders gleichmäßige Wärmeaufnahmen oder -abgaben ermöglicht sind, die an mehreren Stellen in unterschiedlichen Bereichen des Tanks gleichzeitig erfolgen. Darüber hinaus führt eine mechanische Beschädigung eines Wärmetauschers nicht zu einem Betriebsausfall des gesamten Speichers, sondern allenfalls zu einer nur gering spürbaren Verringerung der pro Zeiteinheit dem Wärmespeicher entnehmbaren oder zuführbaren Wärmemenge. Obwohl hierdurch der Aufbau der Wandelemente komplizierter wird, überwiegen die Vorteile die Nachteile. Erfindungsgemäß kann jedes, jedes zweite oder jedes dritte Wandelement einen eigenen Wärmetauscher aufweisen, denkbar ist auch eine ataktische Abfolge von Wärmetauschern entlang der Umfangswand des Speichers. Selbst ein einziges Wandelement mit einem Wärmetauscher ist noch erfindungsgemäß. An einem Wandelement kann erfindungsgemäß auch mehr als ein Wärmetauscher angeordnet sein, auch pro Hauptfläche des Wandsegments.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wandsegmente keine tragende Funktion aufweisen und ein von den Wandsegmenten unabhängiger Stützkörper vorgesehen ist, der insbesondere als Stabwerkstützkörper ausgebildet ist. Ein Stützkörper entbindet die erfindungsgemäßen Wandsegmente weitestgehend davon, statische Funktionen übernehmen zu müssen, so dass sie entsprechend gering dimensioniert oder in ihrem Material auf Wärmeisolationseigenschaften hin optimiert sein können. Im Gegensatz zu den bekannten Flächenstützkörpern wie Betonwänden oder Betonsegmenten soll der erfindungsgemäße Stützkörper bevorzugt ein Stabwerksstützkörper sein, und als Stäbe insbesondere runde oder rechteckige Betonstäbe aufweisen. Derartige Stäbe sind materialsparend herzustellen und ausreichend, um die Last der Speicherdecke in den anstehenden Erdboden abzuleiten sowie falls erforderlich eine vertikale Halterung für die Wandsegmente zu ermöglichen. Der erfindungsgemäße Stützkörper muss praktisch keine horizontalen Druckkräfte aufnehmen, da die Speicherfüllung ebenso wie das den Tank umgebende Erdreich aus Festkörpern bestehen die einen ausreichend starken Gegendruck erzeugen.
• Erfindungsgemäß weist mindestens ein Wandsegment je einen Wärmetauscher auf seiner tankeinwärts und seiner tankauswärts gerichteten Hauptseite auf. Somit ist mit großem Vorteil ein möglicher Wärmeverlust des Wärmespeichers minimiert. Die auf der tankauswärts gerichteten Hauptfläche angeordneten Wärmetauscher können mögliche Leckwärme unmittelbar am Durchtrittsort durch das Wandsegment aufnehmen und einem Abnehmer wie einer Heizungsanlage zuleiten. Insbesondere dann, wenn mehrere Wandsegmente derartig angeordnete Wärmetauscher aufweisen, besteht eine hohe Sicherheit gegen Wärmeverluste. Die so angeordneten Wärmetauscher können im Bedarfsfall vor allem aber dazu genutzt werden, das im System, in das der Wärmespeicher üblicherweise integriert ist, zirkulierende Wärmeübertragungsmedium zu kühlen, in dem dessen Wärme nicht dem Speicher sondern dem umgebenden Erdreich zugeführt wird. Gleiches gilt auch für einen Wärmetauscher außerhalb des erfindungsgemäßen Speichers, wie er in der nachstehenden Beschreibung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben ist. Hierdurch wird die Temperatur im umgebenden Erdreich erhöht, so dass mindestens der Temperaturgradient zwischen Umgebung und Tankinnerem abnimmt und damit auch die Verlustrate, hauptsächlich jedoch diese Wärme eventuell rückgewonnen werden kann.
• In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandsegmente aus einem Kunststoff bestehen, insbesondere einem temperaturfesten Kunststoff, beispielsweise einem Polystyrol. Einerseits sind Kunststoffe relativ weich, so dass ihre Verwendung als Wandmaterial eines erdgefüllten Wärmespeichers zunächst nicht auf der Hand liegt. Das gilt umso mehr, als sie den ständigen hohen Betriebstemperaturen dauerhaft widerstehen müssen. Kunststoff hat andererseits den Vorteil geringen Gewichts bei gleichzeitig hoher Wärmedämmfähigkeit. Die Nachteile in Kauf nehmend schlägt die Erfindung vor, insbesondere ein geschäumtes Polystyrol, insbesondere ein Styrodur der BASF AG zu verwenden, ganz bevorzugt ein hochtemperaturbeständiges Styrodur. Gemäß der Erfindung allgemein verwendbare Kunststoffe sollten eine Wärmeleitfähigkeit von 0,03 bis 0,04 W/(m K) aufweisen und Anwendungstemperaturen oberhalb von 80°C besitzen.
• In Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass die Wandsegmente keine weitere flächige Materialschicht auf dem Kunststoff aufweisen, insbesondere keine Dichtschicht und/oder keine Schutzschicht gegen mechanische Belastungen. Im Gegensatz zum Speichermedium Wasser ist das Speichermedium Feststoff mechanisch belastend für die Speicherwand. Diese Belastung kann bei Befüllung und bei temperaturbedingten Volumenänderungen und auch durch spitze oder scharfkantige Festkörper hervorgerufen werden. Andererseits liegt die Fließfähigkeit der Festkörperfüllung im Betriebszustand deutlich unter derjenigen von Wasser, so daß die erfindungsgemäße Wärmespeicherwand zwar wärmedämmend jedoch nicht absolut dicht gegen Stoffaustausch sein muß. Hierdurch kann der konstruktive Aufwand der Behälterwand reduziert werden, da eine Dichtigkeitsschicht entfallen kann. Wird auch auf eine Widerstandsschicht verzichtet, sind die Wandelemente besonders einfach und kostengünstig herzustellen. Hierbei wird erfindungsgemäß die geringe Wahrscheinlichkeit in Kauf genommen, dass ein Wandelement oberflächlich beschädigt wird. Dies beeinträchtigt jedoch nicht die Funktionalität des Wärmespeichers, der erfindungsgemäß modular sowohl hinsichtlich der Wandelemente als auch der vorhandenen Wärmetauscher aufgebaut ist. Andererseits kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, die Wandsegmente auf der Speicherinnen- und/oder auf der Speicheraußenseite mit einem Vlies zu umgeben. Dieses Vlies ist zunächst weder fluiddicht noch mechanisch widerstandsfähig, jedoch lagern sich im Falle einer Leckage rasch Erdkrümel in der Vliesmatrix ab, so daß sich schnell eine durch das Vliesmaterial gehaltene und stabilisierte dichte Schicht ausbildet, die sowohl den Durchtritt von Wasser als auch den von mitgeführter Erde verhindert oder wenigstens reduziert. Die Leckageöffnung verschließt sich somit selbsttätig.
• Sind die Wandsegmente aneinander grenzend ausgebildet, bilden sie eine geschlossene, wärmedämmende Behälterwand. In diesem Fall weisen sie Verbindungsabschnitte zueinander auf, beispielsweise ineinandergreifende Nut-Feder-Kombinationen, Falze oder dergleichen. In diesem Fall ist der Stützkörper bevorzugt auf der tankauswärts gerichteten Hauptseite der Wandelemente angeordnet, beispielsweise auch im Bereich der Stoßfugen der einzelnen Wandsegmente, er kann jedoch auch als Flächentragelement ausgebildet sein, beispielsweise als Schachtring oder Betonwand.
• Alternativ schlägt die Erfindung vor, dass die Wandsegmente zueinander beabstandet ausgebildet sind. In diesem Fall können in den Zwischenräumen Stäbe des Stützkörpers angeordnet sein. Diese sollten dann erfindungsgemäß ebenfalls wärmegedämmt sein, so dass sich keine Wärmebrücken durch die Speicherwand ergeben. Unter zueinander beabstandet versteht die Erfindung sowohl die Beabstandung jedes Wandsegments zu seinen Nachbarn als auch die Beabstandung einer Gruppe von miteinander verbundenen Wandsegmenten zu den beiden benachbarten Gruppen von miteinander verbundenen Wandsegmenten oder zu benachbarten einzelnen Wandsegmenten.
• In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher einen von außen zugänglichen Zugangsschacht aufweist und/oder einen von außen zugänglichen Anschlussraum Hierdurch können Wartungsarbeiten einfach durchgeführt und Störungen schnell ermittelt und behoben werden. Der erfindungsgemäße Anschlussraum enthält alle Anschlüsse der einzelnen Wärmetauscher und kann entsprechende Pumpen oder sonstige auch elektrische Anschlüsse aufweisen.
• Weist die Deckfläche eine überfahrbare Betondecke auf, ist der Wärmespeicher besonders belastbar und kann an beliebigen Orten innerhalb eines Einbaugrundstückes angeordnet werden, beispielsweise unter einer Garage, einem Freisitz, einem Parkplatz, einer Halle oder auch einem Wohn- oder Bürohaus. Nur durch die erfindungsgemäße Maßnahme eines Stützkörpers kann diese Ausgestaltung erfolgen, ohne dass die Wandsegmente entsprechend groß dimensioniert sein müssen.
• Mit großem Vorteil ist vorgesehen, dass ein Wandsegment eine reversibel verschließbare Aufnahmetasche aufweist, in der die Enden der Wärmetauscher eines Wandsegments aufgenommen sind, insbesondere in einem Transportzustand des Wandsegments. Hierdurch sind Beschädigungen unter den rauen Transport- und Aufbaubedingungen oder durch unsachgemäße Handhabung ausgeschlossen.
• Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
• Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
• Die Figuren zeigen im Einzelnen:
• 1: eine schematische Schnittzeichnung durch eine Ausführungsform entlang der Linie A-A der 2,
• 2: eine teilweise geschnittene Aufsicht auf die Ausführungsform,
• 3: eine Explosionszeichnung der Ausführungsform sowie
• 4: eine Explosionszeichnung eines Wandelements der Ausführungsform nebst einer Seitenansicht.
• 1 zeigt eine schematische Schnittzeichnung durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmespeichers 1 entlang der Linie A-A der 2. Der Durchmesser dieser Ausführungsform beträgt etwa sechs Meter, die Höhe etwa drei Meter. Unterhalb des Wärmespeichers 1 ist ein au ßenliegender Wärmetauscher 13 in Form einer Rohrleitungswendel dargestellt. Oberhalb dieser Rohrleitungswendel 13 sind segmentartige Bodenplatten 14 zu erkennen, die die Bodenfläche 2 des erfindungsgemäßen Wärmespeichers 1 bilden. Diese Bodenplatten 14 bestehen aus demselben Material wie die Wandsegmente 5. Sie sind auf einer horizontal ausgerichteten Sandschicht angeordnet, die ihrerseits wiederum auf einer Kiesschüttung oder dergleichen angeordnet sein kann. Sie sind mehr oder weniger lose nebeneinander gelegt, können jedoch auch miteinander verbunden ausgebildet sein, beispielsweise durch eine Kleberschicht an den Stoßfugen oder durch einen umfänglichen Spanngurt oder dergleichen mehr. Die Dicke der Bodenplatten 14 kann beispielsweise 200 mm betragen, wobei auch größere oder geringere Dicken erfindungsgemäß sind. Auf der zur Tankinnenseite gerichteten Hauptfläche der Bodenplatten 14 ist unmittelbar oder durch eine dünnere Festkörperschicht getrennt ein zweiter Wärmetauscher 15 ebenfalls in Form einer Rohrleitungswendel angeordnet. Im Inneren des erfindungsgemäßen Wärmespeichers 1 ist ein aus Schachtringen 16 gebildeter zentraler Schacht 17 aufgestellt, der in Richtung der Bodenseite des erfindungsgemäßen Wärmespeichers 1 abgeschlossen ist und unter Betriebsbedingungen wassergefüllt ist. Bei dieser Ausführungsform sind zwischen den einzelnen Schachtringen 16 metallene, nach außen in den Speicherinnenraum weisende Zahnscheiben 18 vorgesehen, die der besseren Wärmeleitung vom wassergefüllten Schacht 17 in die Festkörperschüttung dienen. Der wassergefüllte Schacht 17 dient der leichteren Wärmeübertragung vom im System kursierenden Wärmemedium, da die Wärmeleitung im Wasser deutlich besser als im Festkörper ist. Eventuell aus dem Schacht 17 austretendes Wasser dient gleichzeitig zur An- oder Nachfeuchtung des im Speicherinneren befindlichen Erdbodens oder allgemein des Festkörpers. Den oberen Abschluss des Schachtes 17 bildet ein Abschlusssegment 19, auf dem ein kastenförmiger Deckel 20 angeordnet ist. Das Abschlusssegment 19 weist einen Kragen 31 auf, der als vergrößerte Anlagefläche für den Deckel 20 dient. Innerhalb des Deckels 20 sind erfindungsgemäß Pumpen, Rohranschlüsse, Temperaturfühler etc. von außen zugänglich angeordnet. Der Zugang erfolgt über eine Schachtöffnung. Diese ist nach außen mit einer Stahlplatte 34 abgeschlossen, speichereinwärts folgt eine isolierende Abdecklage 33, die auf einer isolierenden Ringlage 32 aufliegt. Die Ringlage 32 entspricht in ihrer Höhe einem auf der Betondecke 10 angeformtem Steg, mit der bei dieser Ausführungsform die Dicke einer auf der Betondecke 10 aufliegenden Erdschicht durchstoßen wird. Der Speicherinnenraum ist mit einem nicht dargestellten Feststoff gefüllt, beispielsweise dem Aushub des Einbauortes. Der Aushub wird dabei nach Verlegen der Rohrwendel 15 in den Speicherinnenraum bis etwa in Höhe des oberen Randes des Abschlusssegmentes 19 aufgefüllt, auf dieser Füllung ist ein dritter Wärmetauscher 21 ebenfalls in Form einer Rohrleitungswendel aufgelegt. Oberhalb dieses Wärmetauschers 21 verlaufen Profilstege 22 von den Wandsegmenten 5 radial einwärts zum Deckel 20, in dem sie enden. Diese Profilstege 22 führen Rohrleitungen von den Wärmetauschern 6 der Wandsegmente 5. Oberhalb dieser Profilstege 22 ist eine Dämmschicht aus Deckplatten 23 vorgesehen, die ihrerseits nach oben hin von einer Betondecke 10 überdeckt sind. In dieser Betondecke 10 ist wie geschildert ein zentraler Zugang zum Deckel 20 freigelassen. Die Betondecke 10 ist Teil des Stützkörpers. Sie ist über vertikal verlaufende Betonstege 24 auf dem gewachsenen Boden des Wärmespeichereinbauortes abgestützt. Die vertikal verlaufenden Betonstege 24 tragen die Last der Betondecke 10 und der darüber vorgesehenen Erdschicht. Sie entlasten die Wandsegmente 5 weitestgehend von einer tragenden Funktion. Zu erkennen ist in 1 auch, dass die vertikal verlaufenden Betonstege 24 von einer Schalung 25 umgeben sind, die die Ausbildung von Wärmebrücken aus dem Speicherinneren nach außen verhindert.
• 2 zeigt eine teilweise geschnittene Aufsicht auf die Ausführungsform. Zu erkennen ist die Betondecke 10 und der freigelassene zentrale Zugangsschacht 8, bzw. Deckel 20. Im geschnittenen Teil der 2 sind Wandsegmente 5 dargestellt, die eine in Einbausituation von oben zugängliche Aufnahmetasche 11 aufweisen. Gut zu erkennen ist ebenfalls der von der Aufnahmetasche 11 radial einwärts weisende Profilsteg 22, der eine oder mehrere Rohrleitungen von dem oder den Wärmetauscherelementen 6 des Wandsegments 5 führt. Zwischen zwei benachbarten Wandsegmenten 5 ist ein Betonsteg 24 zu erkennen, der auf der Speicherinnenseite von einem Wärmeisolierungsmaterial als Schalung 25 vollflächig so umgeben ist, dass keine Wärmebrücken vom Speicherinneren ins -äußere gebildet werden.
• 3 zeigt eine Explosionszeichnung der Ausführungsform, auf der die Konstruktion des erfindungsgemäßen Wärmespeichers 1 besonders gut zu erkennen ist. Beginnend wiederum auf der Bodenaußenseite des erfindungsgemäßen Wärmespeichers 1 ist der erste Wärmetauscher 13 zu erkennen, der sich unterhalb der Bodenfläche 2, gebildet aus Bodenplatten 14, und damit außerhalb des Wärmespeichers 1 befindet.
• Diese Bodenplatten 14 weisen in den Bereichen der späteren vertikalen Betonstege 24 Aussparungen 26 auf, die durch an diesen Stellen austretenden Beton im Zuge des Gießens der Betonstege 24 einen unmittelbaren Kontakt des eingegossenen Betons zu dem anstehenden Boden ermöglichen. Zu erkennen sind weiterhin Aufnahmelöcher 27, die zur Aufnahme von Zapfen 28 der Wandsegmente 5 ausgebildet sind. Oberhalb im Speicherinneren befindet sich ein zweiter Wärmetauscher 15. Auf der Bodenfläche 2 aufsitzend und um die Längsachse des Speichers 1 koaxial angeordnet befindet sich der zentrale Schacht 17, der aus einzelnen Schachtringen 16 gebildet ist. Das bodenseitige Segment 16 weist dabei einen Betonboden auf, so dass im Schacht 17 enthaltenes Wasser nicht ohne weiteres in das mit Erdreich gefüllte Speicherinnere entweichen kann. Gut zu erkennen sind die Zahnscheiben 18, angeordnet zwischen den einzelnen Schachtringen 16. Gut zu erkennen sind weiterhin die Wandsegmente 5, die hier in Form einer Zylinderwand angeordnet sind. Der Wärmespeicher 1 könnte erfindungsgemäß auch jeden anderen geometrischen Körper wie Quader, Kubus oder dergleichen abbilden, jedoch sind zylinderförmige Formen bevorzugt. Jedes Wandsegment 5 ist mit einem radial einwärts verlaufenden Profilsteg 22 versehen. Weiterhin ist zu erkennen, dass zwischen den voneinander beabstandeten Wandsegmenten 5 vertikal verlaufende Betonstege 24 vorgesehen sind, die von einer inneren und einer äußeren Schalung 25 umgeben sind, wobei mindestens die innere Schalung 25 auch Wärmedämmeigenschaften aufweist, oder eine Wärmedämmschicht. Diese Schalung 25 überlappt die benachbarten Wandsegmente 5, um Wärmebrücken an den Stoßfugen zu vermeiden. Im Bereich des oberen Endes des Abschlusssegments 19 ist ein dritter Wärmetauscher 21 vorgesehen. Die Deckfläche 3 wird wiederum durch rechteckige Wärmedämm-Deckplatten 23 gebildet, wobei auch hier der zentrale Schacht freigelassen wird. Deren Dicke beträgt beispielsweise 300 mm.
• 3 ist insbesondere das statische Korsett des erfindungsgemäßen Speichers zu entnehmen, das durch eine Betondecke 10 und vertikal verlaufende Betonstege 24 nach Art eines Tragwerkes gebildet ist. Mit großem Vorteil wird somit die weit überwiegende Last von den Wandsegmenten 5 genommen. Diese können daher entsprechend dünn ausfallen. Die Betondecke 10 weist einen Kragen auf, der auf seiner Innenseite von einer isolierenden Ringlage 32 umgeben ist und auf dessen Oberseite eine isolierende Abdecklage 33 vorgesehen ist, die ihrerseits wiederum speicherauswärts von einer Stahlplatte 43 überdeckt wird. Diese Stahlplatte 34 ist der einzige, nach Einbau sichtbare Teil des erfindungsgemäßen Wärmespeichers.
• 4 zeigt schließlich ein Wandsegment 5 im Detail. Das Wandsegment 5 weist einen Grundkörper aus einem wärmedämmenden Kunststoff auf, insbesondere Styrodur, und ist rund 250 mm dick. Je nach Art des Kunststoffes und der Speichergröße können auch andere Maße verwendet werden. Sowohl die innere als auch die äußere Hauptfläche weisen nutartige Vertiefungen auf, in denen Wärmetauscher 6 geführt sind. Bei dieser Ausführungsform ist je ein Wärmetauscher 6 auf jeder Hauptseite angeordnet. Erfindungsgemäß wäre auch, nur auf der inneren oder nur der äußeren Hauptseite einen solchen Wärmetauscher 6 vorzusehen. Die nutartigen Vertiefungen können nach Einlegung des Wärmetauschers mit einem Haltemittel verschlossen werden, beispielsweise einer Betonschicht, einem Kleber oder ähnlichem. Diese Schicht soll erfindungsgemäß die Rohre des Wärmetauschers 6 in der Vertiefung mechanisch schützen. An der Unterseite des Wandsegmentes 5 sind zwei Zapfen 28 vorgesehen, zum Eingriff in korrespondierende Aufnahmelöcher 27 der Bodenfläche 2. Am oberen Ende befindet sich eine Aufnahmetasche 11, in der die Enden 12 des inneren und äußeren Wärmetauschers 6 aufgenommen sind. Diese Enden 12 weisen dabei eine ausreichende Länge auf, um übergangsstücklos bis in den Deckel 20 geführt werden zu können. Diese Länge ist während des Transports des Wandsegments aufgerollt in der Aufnahmetasche 11 aufgenommen. Zum Transport der Wandsegmente 5 ist diese Aufnahmetasche 11 mittels eines Holzstückes oder dergleichen verschlossen. Der abgebildete Stopfen 29 aus demselben Material wie das Wandsegment 5 wird nach dessen Einbau in die nunmehr freie Aussparung 26 eingesetzt. Während des Aufbaus des Speichers verbleibt das Holzstück oder dergleichen am Ort, erst nach Füllung des Speichers werden die Leitungen aus der Aussparung 26 entnommen, so dass sie längstmöglich vor den rauen Einflüssen einer Baustelle geschützt sind. Der in die nun annähernd leere Aussparung 26 eingesetzte Stopfen 29 erhöht die Stabilität und verhindert das Eindringen von Schüttgut in das Wandsegment 5 und somit einen Kontakt zu den Rohren. 4 zeigt noch eine Seitenansicht, aus der zu entnehmen ist, dass die Enden 12 des inneren und äußeren Wärmetauschers 6 unterschiedlich hoch enden und durch einen Schlitz 30 zu den Profilstegen 22 geführt sind. Dargestellt ist eine optionale Vlieslage 35, die wahlweise über einer oder beiden Hauptseiten des Wandsegments 5 verlaufen kann und die im unwahrscheinlichen Falle einer Leckage eine selbstdichtende Funktion ausübt. Bevorzugt werden die Wandsegmente 5 ohne eigene mechanische Schutzschichten ausgeführt, um sie möglichst einfach zu halten. Gegebenenfalls können diese jedoch auch vorhanden sein.
• Der erfindungsgemäße Wärmespeicher hat den Vorteil, dass seine Wandsegmente 5 eine optimale Wärmetauscherverteilung und - anordnung innerhalb des Speichers ermöglichen, sodass optimale Wärmeströme ermöglicht sind. Gleichzeitig bedeutet die erfindungsgemäße Modularität von Wandsegmenten und Wärmetauschern eine höchstmögliche Robustheit und Standhaftigkeit selbst bei punktuellen Beschädigungen. Selbst wenn ein separat angesteuerter Wärmetauscher in dem Wandsegment beschädigt werden sollte, kann dieser durch den leichten Zugang sofort geschlossen werden.
• Mit großem Vorteil wird die Verwendung von Erdaushub anstelle von Sand ermöglicht, sodass keine der Aushubmengen abgefahren werden muss. Alle Segmente der Wand sind identisch ausgebildet, dies reduziert die Vorratshaltung und die Produktionskosten. Für Bodenplatte, Deckenplatte und Wände ist nur ein einziges Material erforderlich. Aufgrund der Verwendung von feuchtem Erdreich muss der Speicher mit Vorteil nicht unbedingt wasserdicht ausgebildet sein, da kein freies Wasser vorliegt, die Feuchtigkeit wird durch die Kapillarkräfte der Erde gehalten. Durch das Vorsehen eines zentralen wassergefüllten Schachtes kann schnell Wärme in den Füllkörper eingebracht werden, sofern dies erforderlich ist. Durch das Vorsehen von Rohrleitungen außerhalb des Speichers kann sowohl die Wärme des dort befindlichen Erdreiches genutzt werden als auch im Sommer eine Kühlung des darin zirkulierenden Wassers bewirkt werden, falls die Wärmekapazität des Speichers bereits vollständig ausgeschöpft sein sollte. Die Wärmeverluste, die durch Kriechen der Wärme auftreten könnten, werden durch diese außerhalb des Speichers bzw. an der tankauswärts gerichteten Hauptseite angeordneten Wärmetauscher ebenfalls abgefangen. Aufgrund der großen Wärmekapazität des Speichers ist es möglich, diese lange zu speichern, und im Winter durch entsprechende Einspeisung an den sonnigen Tagen mindestens die Wärmeverluste des Speichers auszugleichen. Aufgrund der Stabwerksbauweise kann Beton gespart und auch die Aufbaukosten und Aufbauzeiten deutlich reduziert werden, eine Schalung kann entfallen.
• Er ist damit hervorragend geeignet, die Wärme einer solarthermischen Anlage oder von Kombimodulen kostengünstig aufzunehmen und bis in den Winter zu bewahren. Aufgrund des zentralen Schachtes und der guten Wärmeaufnahmefähigkeit kann er bei Entleerung leicht mittels eines BHKWs oder der im Haus vorhandenen Heizungsanlage gefüllt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Wärmespeicher

2

Bodenfläche

3

Deckfläche

4

Wandfläche

5

Wandsegment

6

Wärmetauscher

7

Stützkörper

8

Zugangsschacht

9

Anschlussraum

10

Betondecke

11

Aufnahmetasche

12

Ende

13

Wärmetauscher, Boden, außen

14

Bodenplatte

15

Wärmetauscher, Boden, innen

16

Schachtring

17

Schacht

18

Zahnscheibe

19

Abschlusssegment

20

Deckel

21

Wärmetauscher, Decke, innen

22

Profilsteg

23

Deckplatte

24

Betonsteg

25

Schalung

26

Aussparung

27

Aufnahmeloch

28

Zapfen

29

Stopfen

30

Schlitz

31

Kragen

32

Ringlage

33

Abdecklage

34

Stahlplatte

35

Vlieslage

Claims (8)

1. Bodengebundener Wärmespeicher (1), aufweisend eine Bodenfläche (2), eine Deckfläche (3) und eine Wandfläche (4), wobei mindestens die Wandfläche (4) eine Mehrzahl einzelner Wandsegmente (5) aufweist, und wobei mindestens ein Wärmetauscher (6) innerhalb des Wärmespeichers (1) vorgesehen ist, wobei der Wärmespeicher (1) unter Betriebsbedingungen eine Festkörperfüllung aufweist, wobei ein oder mehrere Wandsegmente (5) jeweils mindestens einen Wärmetauscher (6) aufweisen, wobei die Wandsegmente (5) keine tragende Funktion aufweisen und ein von den Wandsegmenten (5) unabhängiger Stützkörper (7) vorgesehen ist, der als Stabwerkstützkörper ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wandsegment (5) je einen Wärmetauscher (6) auf seiner tankeinwärts und seiner tankauswärts gerichteten Hauptseite aufweist.
2. Bodengebundener Wärmespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandsegmente (5) aus einem Kunststoff bestehen, insbesondere einem temperaturfesten Polystyrol.
3. Bodengebundener Wärmespeicher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandsegmente (5) keine weitere flächige Materialschicht auf dem Kunststoff aufweisen, insbesondere keine Dichtschicht und/oder keine Schutzschicht gegen mechanische Belastungen.
4. Bodengebundener Wärmespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandsegmente (5) aneinander grenzend ausgebildet sind.
5. Bodengebundener Wärmespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandsegmente (5) zueinander beabstandet ausgebildet sind.
6. Bodengebundener Wärmespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen von außen zugänglichen Zugangsschacht (8) aufweist und/oder einen von außen zugänglichen Anschlussraum (9).
7. Bodengebundener Wärmespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfläche (3) eine überfahrbare Betondecke (10) aufweist.
8. Bodengebundener Wärmespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wandsegment (5) eine reversibel verschließbare Aufnahmetasche (11) aufweist, in der die Enden (12) der Wärmetauscher (6) eines Wandsegments (5) aufgenommen sind, insbesondere in einem Transportzustand des Wandsegments (5).

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