DE102013008880A1

DE102013008880A1 - Verfahren zum kontinuierlichen Gewinnen von Strom, Gebäude mit Exergie, Verfahren zum Reduzieren einer Stoffbelastung, Verfahren zum Führen von Luft in einem Wohngebäude, Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpen Anordnung, Wärmetauscher und Verfahren zum Kühlen eines Gebäudes, Verfahren zum Erwärmen von Brauchwasser

Info

Publication number: DE102013008880A1
Application number: DE201310008880
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2014-09-18

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.

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.
Beispielsweise beschreibt die DE 31 03 549 A1 eine Führung von Außenluft, die über eine Vielzahl von Spalten zwischen einer Gebäudewand und einer Fassade gefördert wird. Hierbei wird die Außenluft aus der Bodennähe von unten mittels eines Gebläses angesaugt und einem Verdampfer im Dachbereich zugeführt.
Die EP 1 236 704 A2 beschreibt ein Verfahren zur Führung von Außenluft in einem Gebäude, wobei die Gebäudehülle eines Gebäudes einen äußeren sowie einen inneren Spalt aufweist. In den äußeren Spalt fällt aus einem oberen Bereich Außenluft ein und dringt durch eine den äußeren Spalt und den inneren Spalt begrenzende Wärmedämmschicht in den inneren Spalt ein. Der innere Spalt ist aktiv unter Unterdruck gehalten, wobei die warme Luft nach unten gesaugt wird.
Die EP 1 243 863 A2 zeigt ein sehr vorteilhaftes Verfahren zum Führen von Außenluft und ein zugehöriges Gebäude. Um die Außenluft effektiv aufzuwärmen, schlägt die dortige Erfindung ein Verfahren zum Führen von Außenluft vor, wobei im Bereich der Gebäudehülle ein innerer Spalt von einem äußeren Spalt durch eine permeable Schicht separiert wird. In den äußeren Spalt fällt Außenluft ein, wobei die Außenluft durch die permeable Schicht in den inneren Spalt gelangt und dort in einen oberen Bereich der Gebäudehülle aufsteigt und/oder zumindest teilweise in einen unteren Bereich der Gebäudehülle sinkt, wobei die in den unteren Bereich der Gebäudehülle gesunkene Außenluft dem Dachbereich des Gebäudes zugeführt wird, bevor sie dann einer Wärmepumpe zugeführt wird,
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.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Technik von Häusern mit Blick auf eine nachhaltigere Nutzung der natürlichen Ressourcen zu verbessern.
Begrifflich sei zunächst erläutert, dass ein ”Energiespeicherhaus” ein Haus ist, welches von extern zugeführter Energie speichern kann und somit technologisch eine Stufe weiter ist als ein ”Energiesparhaus” oder ein ”Passivhaus”. Ein Energiespeicherhaus ist beispielsweise aus der EP 1 243 863 A2 bekannt.
Ein Energiespeicherhaus ist ein Gebäude, das im Aufenthaltsbereich eine für den Menschen angenehme Temperatur von ca. 22°C ganzjährig nachhaltig gewährleistet.
Voraussetzung für die Nachhaltigkeit ist die Aufrechterhaltung des Fließgleichgewichts im ökonomischen System, d. h. die Aspekte der Wirtschaftlichkeit, der Dauerhaftigkeit und der Funktionalität müssen erfüllt werden.
Das ökonomische System darf nur so viel Wachstum produzieren, wie das Fließgleichgewicht im ökologischen System verträgt.
Im einfachsten Fall ist ein Energiespeicherhaus ein Gebäude mit einer großen Wärmespeicherkapazität im Inneren und einem Luft-Luft-Wärmetauscher in der Gebäudehülle. Die Wärmespeicherkapazität im Inneren besteht aus der waagerecht angeordneten Bausubstanz zu beheizender Räume (Fußboden- und Deckenheizung). Der Luft-Luft-Wärmetauscher ermöglicht die klare Trennung von tragender Konstruktion und wärmerückgewinnender Gebäudehülle. Rohre unter der Kellerplatte und ein Spalt in der Wärmedämmung ermöglichen einen Luftkreislauf, der verbrauchte Luft aus den Wohnräumen absaugt und mit der durch Transmissionswärme erwärmten Umluft der Luft-Wasser-Wärmepumpe zuführt, die ihre abgekühlte Abluft in die Rohre unter der Kellerpatte abgibt. Auf diese Weise steht der Wärmepumpe auch im Winter immer ausreichend Warmluft zur Verfügung. Die Transmissionswärme stammt aus den verschiedensten Energieumwandlungsprozessen des Energiespeicherhauses. Brauchwasserspeicher zum Beispiel sind durch einen Wärmedämm-Wärmetauscher eingehüllt, an dessen oberen Ende die erwärmte Luft abgesaugt und der Luft-Wasser-Wärmepumpe zugeführt wird.
Auch die Transmissionswärme der Fenster, die bei heutigen Häusern nach außen gelangt, wird bei Energiespeicherhäusern durch die angesaugte Frischluft wieder weitgehend ins Haus zurückgeführt und durch die Wärmepumpe wieder in Nutzenergie umgewandelt. In Mehrfamilien-Energiespeicherhäusern werden mehr als 3000 m³ Luft pro Stunde aus den Wohnungen abgesaugt. Diese Luft wird vorwiegend über die Fenster angesaugt. Dies bedeutet, dass in Energiespeicherhäusern die Transmissionswärme der Fenster nicht verloren geht, sondern in der Luft-Wasser-Wärmepumpe wieder zurückgewonnen wird. Durch die intensive Rückgewinnung von Transmissionswärme beträgt die Leistung des Stromverbrauchs in Mehrfamilien-Energiespeicherhäusern bei einem Temperaturunterschied von 25 K (bei Dauerfrost) ca. 10 W/m² Wohnfläche. Der Zubau von Energiespeicherhäusern würde es den Schuldenstaaten ermöglichen, ihre Schulden abzubauen, ohne die Sozialleistungen zu reduzieren.
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.
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.
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: Ekin = m/2·v². Mit 1000 kg Gewicht und v = 80 km/h ergibt sich 500·489 kg·m²/s³ = 244444 kgm²/s³ = 244 kJ/s = 244 kW.
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: Ekin = m/2·v² = 7·222 = 3388 J/s. Die verlustlose Leistung des Ventilators beträgt dann: PVent = 3,4 kJ/s = 3,4 kW.
Für eine Autogeschwindigkeit von 100 km/h ergibt sich eine Ventilatorleistung von 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.
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.
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.
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. Der wichtigste Effekt ist allerdings die Rückgewinnung der Transmissionswärme der Fenster.
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.
Bevorzugt wird im Nutzraum und/oder in einer Gebäudehülle ein Umluftbetrieb betrieben, während die Wohnräume Frischluft beziehen. Dies macht das vorgeschlagene Verfahren sehr wirtschaftlich.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Rohre, welche vom Wohnraum ausgeführt 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.
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.
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.
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.
Bevorzugt ist ein Winterbetriebsmodus vorgesehen, in welchem möglichst wenig Frischluft eingesaugt wird. Die von außen in die Wohnräume hineingezogene 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.
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.
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.
Die aus dem Dachbereich entnommene Raumluft wird von der Wärmepumpe aus bevorzugt zu einem Wäschetrockenraum weitergeführt.
Eine Wärmepumpe kann sowohl wärmen als auch kühlen, wobei zwischen diesen beiden Modi je nach aktuellen Klimabedingungen gewechselt werden kann.
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.
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.
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.
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.
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-Wärme-pumpe geführt wird, wobei eine Luft-Wasser-Wärmepumpe der Wasser-Wasser-Wärmepumpe genügend Wärme gibt, um zumindest eine in etwa konstante Leistungszahl zu halten.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Um die Effektivität weiter zu steigern, wird der Verdampfer der Wasser-Wasser-Wärmepumpe durch die Luft-Wasser-Wärmepumpe mit der zurückgewonnenen Transmissionswärme aufgeheizt.
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.
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.
Die Wirtschaftlichkeit des Wärmedämm-Wärmetauschers lässt sich durch drei Spalte stark erhöhen. In den Spalten des Wärmedämm-Wärmetauschers nimmt die bewegte Luft die Transmissionswärme auf.
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.
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.
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.
Es versteht sich, dass ein Gebäude, welches mit einem Wärmetauscher der vorstehend beschriebenen Art ausgerüstet ist, von dessen energetischen Vorteilen unmittelbar profitiert.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ebenso versteht es sich, dass es von Vorteil ist, wenn Mittel zum Leiten der Luft von der Wäschetrocknung hin zur Wärmepumpe vorgesehen sind.
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 Wärmedämm-Wärmetauscher abgibt.
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.
Der dreizehnte Aspekt der Erfindung nutzt die Möglichkeit der Rückgewinnung von Transmissionswärme bei der Beheizung eines Automobils, das mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe beheizt wird. Der Kompressor der Wärmepumpe kann auch durch den Fahrtwind angetrieben werden.
In den Zeichnungen zeigen die beiden Figuren jeweils einen schematischen Schnitt durch ein Energiespeicherhaus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3103549 A1 [0002]
EP 1236704 A2 [0003]
EP 1243863 A2 [0004, 0007]

Claims

Verfahren zum Nutzen der Transmissionswärme an einer Gebäudehülle, insbesondere an einem Fenster und dessen Fensterrahmen, zum Betreiben einer Wärmepumpe.
Verfahren zum Nutzen der Transmissionswärme an einer Gebäudehülle, insbesondere an einem Fenster und dessen Fensterrahmen, zum Betreiben eines Wärmetauschers.
Verfahren zum Nutzen von Transmissionswärme bei einem Fahrzeug, nämlich bei einem Automobil, mit einer Doppelwand-Kabine nach dem gleichen Prinzip wie beim Energiespeicherhaus.
Verfahren zum Speichern von Strom in einem Gebäude, insbesondere in einem Energiespeicherhaus, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie von Elektroautos als Stromspeicher dient und bei der Autofahrt durch den Fahrtwind über einen Asynchronmotor eines Ventilators ständig aufgeladen wird.
Verfahren zum Speichern von Strom in einem Gebäude, insbesondere in einem Energiespeicherhaus, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme für Brauchwasser durch Stromzufuhr in einem Behälter mit einer Vielfachluftschicht gespeichert wird.
Verfahren zum Erwärmen von Brauchwasser, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeabgebende Wassermenge sehr groß und die wärmeaufnehmende Wassermenge sehr klein ist.
Verfahren zum Reduzieren einer Belastung durch einen aus Erdreich entweichenden Stoff, insbesondere Radon, in einem Wohngebäude, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Nutzraum, insbesondere in einem Keller, ein Unterdruck erzeugt und der Unterdruck über Verbindungsleitungen an eine Vielzahl von Wohnräumen weitergegeben wird, so dass die Wohnräume ihre Luftzufuhr zwangsweise aus Frischluft aus oberirdischem Luftraum beziehen, wobei im Nutzraum und in einer Gebäudehülle ein Umluftbetrieb betrieben wird, während die Wohnräume Frischluft beziehen und dabei die Transmissionswärme der Fenster zurückgewinnen.
Verfahren zum Führen von Luft in einem Wohngebäude, wobei Raumluft aus einer Vielzahl von Wohnräumen mittels Unterdruck entnommen, durch eine Gebäudehülle hindurch in einen Dachbereich und von dort aus durch eine Leitung zu einer Wärmepumpe geführt wird und abgekühlt durch einen Endwärmetauscher geführt wird, wobei bevorzugt die entnommene Raumluft, die in der Wärmepumpe abgekühlt wurde, vor Durchlaufen der Gebäudehülle durch einen Erdbereich geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Winterbetriebsmodus, in welchem möglichst wenig Frischluft eingesaugt wird, und durch einen Sommerbetriebsmodus, in welchem Frischluft aktiv durch einen Erdbereich eingesaugt wird.
Wärmetauscher in Flächenform für ein Gebäude, mit einer permeablen Schicht zum Separieren eines inneren Spalts von einem äußeren Spalt im Bereich einer Gebäudehülle, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere permeable Schicht vorhanden ist, welche mindestens einen weiteren Spalt begrenzt, wobei der Wärmetauscher eine Wärmedämmschicht aufweisen kann, insbesondere in Form eines mehrschaligen Dämmelements.
Gebäude mit einem Wärmetauscher nach der Anspruch 10.
Verfahren zum Kühlen eines Gebäudes, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftkreislauf betrieben wird, welcher Außenluft ansaugt, diese durch einen Erdwärmespeicher in einem unteren Gebäudebereich hin zu einem Mischbereich in einem oberen Gebäudebereich führt und die im Erdwärmespeicher gekühlte Luft durch den Wärmedämm-Wärmetauscher führt.
Verfahren zum Heizen und Kühlen eines Gebäudes, dadurch gekennzeichnet, dass eine Splitwärmepumpe eingesetzt wird, der Verdampfer im oberen warmen Bereich, der Kondensator im Kellerbereich.