DE102014000232A1 - Variable regenerative energy system for heating and cooling - Google Patents

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Abstract

Es beschreibt ein variables regeneratives Energiesystem, welches an die Erfordernisse der Gebäude anpassbar ist. Es produziert den Wärme- und Strombedarf nachhaltig selbständig.It describes a variable regenerative energy system, which is adaptable to the requirements of the building. It produces the heat and electricity demand sustainably independently.

Description

Die Baukörper von historischen Gebäuden und Kirchen sind in der Regel groß, hoch und schlecht gedämmt. Die heutigen Heizungen mit Warmluft oder Elektrostrahlern haben einen enormen Energiebedarf. Die warme Luft steigt nach oben, die Besucher empfinden es aber dennoch als kalt, da die Luft sich bewegt und zirkuliert. Aus energetischen Gründen seitens der EneV und vor allem aus enormen Kosten Gründen, muss diese Art von Beheizung durch alternativen ersetzt werden, da die Kirchen diese finanziellen Mittel in der Zukunft nicht mehr aufbringen können. Regenerative Beheizungssysteme in diesen Gebäuden sind weitestgehend unbekannt. Ursprünglich wurden diese Baukörper nicht beheizt.The buildings of historic buildings and churches are usually large, tall and poorly insulated. Today's heaters with hot air or electric heaters have an enormous energy demand. The warm air rises, but the visitors still find it cold, as the air moves and circulates. For energy reasons on the part of the EneV and above all for enormous costs reasons, this kind of heating must be replaced by alternative ones, since the churches can not raise these financial means in the future. Regenerative heating systems in these buildings are largely unknown. Originally, these structures were not heated.

Als Alternative Lösung ergibt sich eine neue Dimension der Art der Beheizung.As an alternative solution results in a new dimension of the type of heating.

Der Begriff des variablen regenerativen Energiesystems zum Heizen und Kühlen wird am Beispiel der Besuchererwärmung zusammengestellt. Es besteht aus folgenden Komponenten.

  • 1. Luftabsorber oder Wasserkollektor zur Wärme- auf bzw. Abgabe
  • 2. Wärmepumpe zur Temperaturerhöhung
  • 3. Fußbodenheizung zur Wärme- ab bzw. Aufnahme
  • 4. Wärmespeicher Wasser alternativ Wachs
  • 5. Erdkollektor zur Wärme- ab bzw. Aufnahme
  • 6. Stromerzeugung durch Photovoltaik
  • 7. Abwärme von Menschen, Tieren und Regen
The concept of the variable regenerative energy system for heating and cooling is compiled using the example of visitor warming. It consists of the following components.
  • 1. Air absorber or water collector for heat or discharge
  • 2. Heat pump for increasing the temperature
  • 3. Underfloor heating to heat off or recording
  • 4. Heat storage water alternatively wax
  • 5. Earth collector for heat absorption or absorption
  • 6. Electricity generation by photovoltaic
  • 7. Waste heat from humans, animals and rain

Das System soll die Besucher von Kirchen oder historischen Gebäuden während Ihres Aufenthaltes erwärmen. Dies geschieht mit einem regenerativen System, welches sich in den Sommermonaten auflädt und in den Wintermonaten die Energie wieder abgibt. Basis für die Auslegung der Besuchererwärmung sind die Anzahle der Veranstaltungen z. B. Gottesdienste und deren Dauer während der Wintermonate. Ebenso ist der Frostschutz (Besuchererwärmung läuft und es ist keine Veranstaltung) bei der Auslegung zu berücksichtigen. Die Anzahl der Besucher wird an der Anzahl der Sitzplätze festgelegt. Die Besuchererwärmung ist individuell an jeden Baukörper und Nutzungsverhalten bei der Auslegung anpassbar. Es wird angestrebt diese so klein als möglich auszulegen und dennoch den Nutzungsbedarf komplett abzudecken.The system is designed to warm visitors to churches or historic buildings during your stay. This happens with a regenerative system, which recharges during the summer months and releases the energy during the winter months. Basis for the interpretation of the visitor warming are the numbers of the events z. B. services and their duration during the winter months. Likewise, the frost protection (visitor warming is running and it is not an event) to be considered in the interpretation. The number of visitors is determined by the number of seats. The visitor warming is individually adaptable to every structure and usage behavior during the design. The aim is to make them as small as possible while still fully covering their usage needs.

1. Luftabsorber oder Wasserkollektor zur Wärme- auf bzw. Abgabe1. Air absorber or water collector for heat or discharge

Die Dächer in diesen historischen Gebäuden sind in der Regel ungenutzt und leer. Die Außenseiten der Dächer darf in der Regel aus Denkmalschutzgründen optisch nicht verändert werden. Aus diesem Grunde wurde die Innenseite der Dächer zur Wärmeaufnahme gewählt. Dies hat den Vorteil, dass die Wärmeaufnahme nicht direkt von der Dauer der Sonneneinstrahlung abhängt, sondern nur indirekt. Die Außenseiten der Kirchendächer sind aber ebenso für die Wärmeaufnahme geeignet.The roofs in these historic buildings are usually unused and empty. As a rule, the outside of the roofs may not be optically altered for monument protection reasons. For this reason, the inside of the roofs was chosen for heat absorption. This has the advantage that the heat absorption does not depend directly on the duration of sunlight, but only indirectly. The outsides of the church roofs are also suitable for heat absorption.

Die Größe der Kollektoren wird dem Bedarf angepasst ausgeführt. Die Wärmeaufnahme kann mit einem offenen Luftsystem bzw. geschlossenem Wassersystem ausgeführt werden. Beim z. B. Wassersystem geschieht die Wärmeaufnahme z. B. im Sommer vorzugsweise im meist ungenutzten Dach mittels Absorber (1), dies sind schwarze Schläuche mit einer z. B. Glykol-Wasser-Füllung. Die Luft des Dachraumes wird von außen mit der Sonne über das Dach erwärmt. Der Absorber ist im Dach aufgestellt und nimmt diese Wärme auf. Der Absorber ist mit dem Wärmespeicher verbunden, welcher vorzugsweise im Keller steht. Die Wärmeaufnahme ist sowohl mit einem geschlossenen Luft bzw. Wassersystem als auch offenen Luftsystem realisierbar. Beim offenen System ist Luft das Wärmetransportmedium welche im Dachraum die erhitzte Luft ansaugt und über Rohrsysteme in den Wärmespeicher oder direkt zu den Besuchern transportiert. Bei der Besuchererwärmung kann die Luft noch zusätzlich über elektrische Heizelemente auf die vorgesehene Temperatur angehoben werden. Der Wärmetransport wird mittels Umwälzpumpe bzw. Gebläse (bei Luft) bewirkt. Die Umwälzpumpe (Gebläse) wird immer dann zugeschaltet, wenn der Dachraum ca. 1°–2° warmer ist als die Referenztemperatur im Speicher. Die Regeneration des Speichers geschieht immer dann wenn die entsprechende Temperaturdifferenz vorhanden ist. Die Speicherung der Wärme geschieht vorzugsweise mit Wasser in einem gut wärmegedämmten Behälter (2). Die Form des Behälters ist individuell anpassbar. Die Größe wird an den Erfordernissen angepasst. Dies kann jedoch auch mit Wachs, welches sich verflüssigt gespeichert werden. Bei einem geschlossenen Luftsystem erfolgt die Wärmeaufnahme mittels Luftabsorber, welcher als Transportmedium Luft nutzt und diese z. B. im Dachraum erhitzt. Die Luft zirkuliert vom Luftabsorber zum Wärmespeicher und gibt dort ihre Wärme ab, um im Absorber wieder Wärme aufzunehmen. Die Luft befindet sich hierbei in einem geschlossenen Kreis. Alternativ lässt sich diese auch mit einem offenen Kreis vom erhitzten Dach zum Wärmespeicher transportieren. Der Weg zum Speicher muss entsprechend kurz ausgebildet sein, damit die Luft ihre einmal aufgenommene Wärme nahezu behält. Bei dem geschlossenen und offenen System wird die Luft mittels eines Ventilators transportiertThe size of the collectors is adapted to the needs. The heat absorption can be carried out with an open air system or closed water system. When z. B. water system, the heat absorption z. B. in the summer preferably in the mostly unused roof by means of absorber ( 1 ), these are black tubes with a z. B. glycol-water filling. The air of the loft is heated from the outside with the sun over the roof. The absorber is placed in the roof and absorbs this heat. The absorber is connected to the heat storage, which is preferably in the basement. The heat absorption can be realized both with a closed air or water system and open air system. In the open system, air is the heat transfer medium which sucks in the heated air in the roof space and is transported via pipe systems to the heat storage or directly to the visitors. When visitors warm up the air can be additionally raised by electrical heating elements to the intended temperature. The heat transfer is effected by means of circulating pump or blower (in the case of air). The circulation pump (blower) is always switched on when the roof space is approx. 1 ° -2 ° warmer than the reference temperature in the storage tank. The regeneration of the memory always happens when the corresponding temperature difference is present. The storage of the heat is preferably done with water in a well-insulated container ( 2 ). The shape of the container is customizable. The size is adapted to the requirements. However, this can also be stored with wax, which liquefies. In a closed air system, the heat absorption by means of air absorber, which uses air as a transport medium and this z. B. heated in the attic. The air circulates from the air absorber to the heat accumulator, where it releases its heat to absorb heat in the absorber. The air is here in a closed circle. Alternatively, these can also be transported with an open circle from the heated roof to the heat storage. The path to the reservoir must be designed to be short so that the air almost retains its once recorded heat. In the closed and open system, the air is transported by means of a fan

2. Wärmepumpe zur Temperaturerhöhung2. Heat pump for increasing the temperature

Die Wärme für die Besuchererwärmung wird entweder direkt vom Speicher zu den Besuchern (Vorlauftemperatur von ca. 35°–40°C) geschickt oder indirekt über die Wärmepumpe bzw. elektrischer Heizelemente erzeugt. Als Wärmepumpen kommen alle für diese Medien geeignete Wärmepumpen in Betracht. Die Besuchererwärmung kann so direkt vom Wärmespeicher bzw. indirekt über die Heizelemente bzw. Wärmpumpe beaufschlagt werden. Je nach Anwendung der Wärmepumpenart wird Strom oder Wärme für das Überwinden der Temperaturdifferenz eingesetzt. Mit Hilfe der Wärmepumpe werden Umweltwärme, Sonnenwärme oder sonstige Abwärmen als Wärmequelle für die Besuchererwärmung herangezogen. Die Größe der Wärmepumpe ist gemäß den Anforderungen ausgelegt. Die Wärmepumpe wird im Zusammenhang mit dem Wärmespeicher notwendig, sofern dieser unter die vorgesehenen 35°–40°C abfällt. Diese Temperatur wurde ermittelt, um bei der Besuchererwärmung eine Oberflächentemperatur von ca. 30°C zu erzeugen. Die Ersparnis ergibt sich aus der zeitlichen Begrenzung der Nutzung der Besuchererwärmung und der niedrigen Vorlauftemperatur, welche eine geringe Pumpenergie benötigt. Nicht das Gebäude sondern die Besucher sollen erwärmt werden. Die Wärmepumpe ermöglicht so im System mit den anderen Komponenten die Nutzung vielfältiger Energiearten, die vorhanden sind und sonst nicht genutzt werden.The heat for the visitor warming is sent either directly from the store to the visitors (flow temperature of approx. 35 ° -40 ° C) or generated indirectly via the heat pump or electrical heating elements. Suitable heat pumps are all heat pumps suitable for these media. The visitor warming can be applied directly from the heat storage or indirectly via the heating elements or heat pump. Depending on the application of the heat pump type, electricity or heat is used to overcome the temperature difference. With the help of the heat pump environmental heat, solar heat or other waste heat are used as heat source for the visitor warming. The size of the heat pump is designed according to the requirements. The heat pump is necessary in conjunction with the heat storage, provided that it falls below the intended 35 ° -40 ° C. This temperature was determined to produce a surface temperature of about 30 ° C during the visitor warming. The savings result from the time limit of the use of visitor warming and the low flow temperature, which requires a low pumping energy. Not the building but the visitors should be warmed up. The heat pump thus enables in the system with the other components the use of various types of energy that are available and otherwise not used.

3. Fußbodenheizung zur Wärme- ab bzw. Aufnahme3. Underfloor heating to heat off or recording

Unter den Sitzbänken sind Aluprofilkörper verlegt in denen die Wärmeabgabeleitungen eingepresst sind. Die Ansprechzeit der Heizung ist daher sehr schnell. Die Vorlauftemperatur schwankt zwischen 25° und 35°C. Die darüber sitzenden Besucher werden mittels Strahlung erwärmt und es bildet sich eine sogenannte Wärmeglocke unter den Besuchern. Durch die relativ geringe Masse wirkt die Fußbodenheizung wie ein großer Heizkörper mit entsprechend geringer Ansprechzeit. Mit dieser Besuchererwärmung wird der Aufenthalt in einer sonst ungeheizten Kirche als angenehm empfunden und ist äußerst energiesparend. Mit dem beschriebenen System kann bei Bedarf (z. B Sommer) auch gekühlt werden. In diesem Fall wird die Zirkulation unter den Sitzbänken angeschaltet und über einen Wärmetauscher (Heizwasser/Sole) an den Wärmespeicher die Wärme abgegeben.Under the benches aluminum profile body are laid in which the heat dissipation lines are pressed. The response time of the heater is therefore very fast. The flow temperature varies between 25 ° and 35 ° C. The seated visitors are heated by radiation and it forms a so-called warmth bell among the visitors. Due to the relatively low mass, the underfloor heating acts as a large radiator with correspondingly low response time. With this warming of visitors, staying in an otherwise unheated church is perceived as pleasant and extremely energy-efficient. If required (eg summer), the described system can also be cooled. In this case, the circulation is switched on under the benches and the heat is transferred via a heat exchanger (heating water / brine) to the heat accumulator.

Die Kühlung kann solange aufrechterhalten werden, wie es die tatsächlichen Temperaturen vom abgebenden und aufnehmenden Kreis es zulassen. Die Heizschlangen unter den Sitzbänken werden als großer Wärmetauscher betrachtet. Die Wärmeübertragung kann auch mit einem geschlossenem Luftsystem, welche unter den Sitzbänken verteilt angeordnet sind erfolgen. Der Antrieb der Luft erfolgt mittels Gebläse. Zur besseren Wärmeabgabe können die Luftkanäle gerippt ausgeführt werden, damit die Luft an der inneren Wärmeübergabe verwirbelt und so der Kontakt verbessert wird. Die ausgeführte Luftgeschwindigkeit sollte so gewählt werden, dass das System nach außen keine Geräusche abgibt.The cooling can be maintained as long as the actual temperatures of the delivering and receiving circuits allow it. The heating coils under the benches are considered as a large heat exchanger. The heat transfer can also be done with a closed air system, which are arranged distributed under the benches. The air is driven by a fan. For better heat dissipation, the air ducts can be performed ribbed, so that the air swirled at the internal heat transfer and so the contact is improved. The air speed should be chosen so that the system does not emit any external sounds.

4. Wärmespeicher Wasser alternativ Wachs4. Heat storage water alternatively wax

Der Standort des Speichers sollte nahe an dem Gebäude sein, um die Umwälzverluste klein zu halten. Auch ein Erdspeicher ist möglich (2, 2a). Die geometrische Form des Speichers ist frei wählbar, kann aber den Örtlichkeiten angepasst werden. Entscheidend ist das Volumen, welches die Speichergröße der gespeicherten Energie bestimmt. Der Wärmespeicher ist ein nach außen offener Speicher mit mindestens 10% Luft. In dem Speicher sind zwei Wärmetauscher vorzugsweise als Wendel ausgeführt eingebaut die einen unterschiedlichen Durchmesser haben. Der größere wird nahe der äußeren Speicherwand und Boden eingebaut. Um die vorher ermittelte Wärmetauscher Fläche zu erhalten können auch mehrere Wendeln mit gleicher Länge und geringem Abstand zueinander außen am Speicher und am Boden angebracht werden. Die Vor- bzw. Rückläufe werden in einem getrennten Sammelrohr zusammengefasst und mit der Zirkulationspumpe verbunden. Dieser geschlossene Kreis bestehend aus Luftabsorber, Rohrleitungen, Wärmetauscher und Zirkulationspumpe fördert die Wärme vom Dach in den Speicher oder alternativ vom Dach in den Erdkollektor. Alternativ kann bei dem Arbeitsmedium Luft auch diese analog dem Arbeitsmedium Wasser/Glykol die Anordnung der Wärmetauscher an der Behälterwand bzw. Boden erfolgen. Entscheidend ist, dass die Wärme am Boden und an der Behälterwand in das Speichermedium eingeleitet wird und in der Mitte des Speichers wieder entnommen werden kann. Der radiale bzw. axiale Abstand der Wärmetauscher im Speicher soll gleich ausgeführt werden, damit bei Eisbildung diese nahezu gleichzeitig am Boden bzw. Behälterwand erreicht.The location of the store should be close to the building to keep the circulation losses low. Also a Erdspeicher is possible ( 2 . 2a ). The geometric shape of the memory is freely selectable, but can be adapted to the localities. The decisive factor is the volume, which determines the memory size of the stored energy. The heat storage is an outwardly open storage with at least 10% air. In the memory, two heat exchangers are preferably designed as a helix which have a different diameter. The larger one is installed near the outer storage wall and floor. In order to obtain the previously determined heat exchanger surface can also be several coils with the same length and a small distance from each other outside the memory and the bottom are attached. The feed and return flows are combined in a separate manifold and connected to the circulation pump. This closed circuit consisting of air absorber, piping, heat exchanger and circulation pump conveys the heat from the roof into the store or alternatively from the roof into the ground collector. Alternatively, in the working medium air, this can also be done analogously to the working medium water / glycol, the arrangement of the heat exchanger on the container wall or floor. The decisive factor is that the heat is introduced into the storage medium at the bottom and at the container wall and can be removed again in the middle of the storage tank. The radial or axial distance of the heat exchanger in the memory should be performed the same so that when ice formation this almost simultaneously reaches the bottom or container wall.

Die Wärmeentnahme aus dem Speicher geschieht bei Bedarf meist zeitversetzt mit einem Wärmetauscher vorzugsweise gewendelt, jedoch mit einem deutlich kleineren Durchmesser, der im Inneren des Speichers angeordnet ist. Um die notwendige Fläche zu erreichen können auch mehrere parallel laufende Wendeln, die nur einen geringen Abstand zueinander haben, jedoch gleich lang sind, eingebaut werden. Die Vor- und Rückläufe werden jeweils in einem getrennten Sammelrohr zusammengefasst und mit der Wärmepumpe verbunden (3). Je nach vorhandener Speichertemperatur wird die Wärme vom Speicher mittels Umwälzpumpe in die Schlangen der trockenen Fußbodenheizung geschickt. (3a) Da bei Eisbildung und Wasser als Speichermedium dieses sich volumenmäßig um ca. 9% vergrößert muss das vorhandene Volumen im Erdspeicher die Eismenge auch aufnehmen können. Der Speicher ist daher nur ca. 90% gefüllt. Die restlichen 10% werden als Luft vorgehalten. Im Gegensatz zu EP 1 807 672 B1 wird der Inhalt des Behälter welcher vorzugsweise aus Beton ausgeführt ist, nicht restlos in Eis umgewandelt. Die Wärmeentnahme erfolgt nur zu ca. 95% d. h. es bleibt immer eine Restmenge Wasser im Speicher erhalten. Die Abschaltung erfolgt messtechnisch über z. B. die entnommene Wärmemenge. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass die Behälterwand (hier Beton) selbst nicht in die Frostphase gerät. Der Wassereinschluss im Beton, welcher verfahrenstechnisch immer vorhanden ist, bleibt flüssig. Es können sich keine Risse bilden, die den Behälter auf Dauer undicht werden lassen. Zur weiteren Sicherheit ist die Innenseite des Wärmespeichers mit einer temperaturfesten Beschichtung ausgestattet, welche die Dichtheit des Speichers über die Lebensdauer hinweg sicherstellt. Damit der Wärmespeicher auch von außen nicht in die Frostphase gerät, ist dieser außen zusätzlich ausreichend isoliert. Dies bewirkt, dass die Temperatur im Speicher länger gehalten werden kann und im Niveau höher liegt als im unisolierten Speicher. Mit dieser erhöhten Wärmeenergie kann die Besuchererwärmung in der Anfangsphase auch ohne Wärmepumpe auskommen und so Strom sparen. Die Wärmepumpe wird erst notwendig, wenn prinzipbedingt die Temperatur im Speicher unter ca. 30°C fällt.The heat removal from the memory is done when required usually time-offset with a heat exchanger preferably coiled, but with a much smaller diameter, which is arranged in the interior of the memory. In order to achieve the necessary surface can also be several parallel running coils, which have only a small distance from each other, but are the same length, are installed. The supply and return flows are each summarized in a separate manifold and connected to the heat pump ( 3 ). Depending on the existing storage temperature, the heat is sent from the storage tank by means of a circulation pump into the lines of the dry floor heating system. ( 3a ) Since with ice formation and water as a storage medium this volume increases by about 9%, the existing volume in the underground storage tank can also absorb the amount of ice. The memory is therefore only about 90% full. The remaining 10% will be considered air maintained. In contrast to EP 1 807 672 B1 the contents of the container which is preferably made of concrete, not completely converted into ice. The heat extraction takes place only to about 95% ie there is always a residual amount of water in the memory. The shutdown is carried out by measuring over z. B. the amount of heat removed. This has the decisive advantage that the container wall (here concrete) itself does not enter the frost phase. The inclusion of water in the concrete, which is always technically available, remains liquid. It can not form cracks, which will permanently leak the container. For further safety, the inside of the heat accumulator is equipped with a temperature-resistant coating, which ensures the tightness of the accumulator over its lifetime. In order to prevent the heat accumulator from entering the freezing phase from the outside, this outside is additionally sufficiently insulated. This causes the temperature in the memory to be kept longer and higher in the level than in the uninsulated memory. With this increased heat energy, visitor warming in the initial phase can also do without a heat pump and thus save energy. The heat pump only becomes necessary if, in principle, the temperature in the tank falls below approx. 30 ° C.

Die Speicher können auch mehrfach ausgeführt werden und jahresbezogen als Wärme bzw. Kältepuffer verwendet werden. Die Umschaltung der Wärmezufuhr geschieht außerhalb mittels Ventile. Der Wärmespeicher gibt die notwendige Wärme an das System ab und beginnt von innen zu gefrieren. Das Wasser wird hierbei immer nach außen gedrängt und fließt in den vorhandenen Luftraum. Bei Regeneration wird Wärme zugeführt und das Eis bildet sich von außen beginnend zurück.The storages can also be executed several times and used year by year as heat or cold buffers. The switching of the heat supply happens outside by means of valves. The heat accumulator transfers the necessary heat to the system and starts to freeze from the inside. The water is always forced outwards and flows into the existing airspace. During regeneration, heat is supplied and the ice is formed starting from the outside.

Wird Wachs als Wärmespeicher gewählt, so kann auch dieses sowohl mit Wasser/Glykol oder Luft die Wärme eingelagert und auch entnommen werden. Der Unterschied zum Wasserspeicher ist dass die Umwandlung in die feste Form beim Wachs abhängig von der Wachssorte ist. Erfindungsgemäß werden hier mehrere Wachssorten gleichzeitig angewendet, mit dem Vorteil, dass diese zu unterschiedlichen Temperaturen erstarren.If wax is chosen as heat storage, then this can also be stored with water / glycol or air, the heat and removed. The difference to the water storage is that the conversion into the solid form in wax is dependent on the type of wax. According to the invention, several types of wax are used simultaneously, with the advantage that they solidify to different temperatures.

Werden z. B. fünf verschiedene Wachssorten mit Erstarrungstemperaturen von 30°, 35°, 40° 45°, und 50° eingesetzt, und in der flüssigen Phase homogen vermischt, so wird dieses Gemisch bei Wärmentzug nicht gleichzeitig erstarren, sondern in Abhängigkeit von der Art des Wachses und dem Standort. Durch die unterschiedlichen Auftriebe der Wachsphasen bleibt das Gemisch bei Entnahme nicht ruhig, sondern die Anteile mit dem größeren Auftrieb werden nach oben gedrückt und die mit dem kleineren Auftrieb nach unten. Die Wärmeentzugsfläche muss ausreichend groß gestaltet werden, da bei der Umwandlung in die feste Phase Wachs als Isolator wirkt. Die Anwendung für die Besuchererwärmung kommt der Eigenheit der Erstarrung des Wachses entgegen, da die Wärmeanforderung zeitlich sehr begrenzt erfolgt und im Gegensatz zur Heizung Ruhephasen im Einsatz innehat.Are z. B. five different waxes with solidification temperatures of 30 °, 35 °, 40 ° 45 °, and 50 ° used, and homogeneously mixed in the liquid phase, this mixture will not solidify at the same time heat extraction, but depending on the nature of the wax and the location. Due to the different impulses of the wax phases, the mixture does not remain calm when removed, but the portions with the larger buoyancy are pushed upwards and those with the smaller buoyancy downwards. The heat extraction surface must be made sufficiently large, since in the conversion into the solid phase wax acts as an insulator. The application for the visitor warming meets the peculiarity of the solidification of the wax, since the heat requirement is limited in time and in contrast to the heating pauses in use occupies.

Die Ruhephasen zwischen den einzelnen Wärmanforderungen bewirken, dass die Wärme Zeit hat zu fließen bzw. sich auszugleichen. Zur gleichmäßigen Durchmischung der einzelnen Wachsphasen ist es vorgesehen, den Speicher mit Öffnungen zu versehen, in denen das flüssige Wachsgemisch wieder verquirlt werden kann. So kann einer Entmischung nach einer Entladung entgegengewirkt werden. Analog dem Wasserspeicher kommt auch beim Wachsspeicher die Wärmepumpe erst zum Einsatz, wenn die Temperatur im Speicher unter 30°C gefallen ist. Bei den hier beschriebenen Wachssorten kommt die Wärmepumpe erst relativ spät zu Anwendung. Auch eine Kombination aus Wasser und Wachs ist möglich. Jedoch wird einer Vermischung in einem Behälter die separate Anordnung bevorzugt. Die Temperaturen werden von außen nach innen steigend angeordnet. Dies bedeutet, dass innen das heißere Medium gespeichert und außen das kühlere Medium wird.The rest periods between the individual heat requirements cause the heat has time to flow or compensate. For uniform mixing of the individual wax phases, it is provided to provide the memory with openings in which the liquid wax mixture can be whisked again. Thus, segregation after discharge can be counteracted. Like the water tank, the heat pump is only used in wax storage when the temperature in the tank has fallen below 30 ° C. For the wax types described here, the heat pump is used relatively late. A combination of water and wax is possible. However, mixing in a container, the separate arrangement is preferred. The temperatures are arranged rising from outside to inside. This means that the hotter medium is stored inside and the outside becomes the cooler medium.

5. Erdkollektor zur Wärme ab- bzw. Aufnahme5. Earth collector to heat off or recording

Das System kann zusätzlich auch mit einem Erdkollektor ausgeführt werden, mit dem Vorteil, dass die Wärme im Sommer dort zusätzlich eingelagert bzw. im Winter entnommen werden kann. Zur Ausführung können die bekannten Erdkollektorrohre (HDPE) kommen die meanderförmig unter dem Hauptwärmespeicher und seitlich um diesen gewickelt angeordnet werden können. Der Umstand, dass bei Errichtung des Hauptwärmespeichers eine entsprechende Grube ausgehoben werden muss, wird genutzt und die Kollektorrohre werden am Grubenrand und um den Hauptwärmespeicher bzw. an dessen Boden verlegt. Da auch der Hauptwärmespeicher Wärme des Sommers über die Isolierung verliert kann diese zusätzlich wieder genutzt werden. Der Erdkollektor mit der umschließenden Erde wird als Wärmebezugsquelle (niederes Temperaturniveau) zur Besuchererwärmung genutzt. Durch das Verbinden im System kann der Hauptwärmespeicher kleiner ausgeführt werden.In addition, the system can be designed with a ground collector, with the advantage that the heat can additionally be stored there in the summer or removed in winter. For execution, the known Erdkollektorrohre (HDPE) can come meandering under the main heat storage and can be arranged laterally wound around this. The fact that a corresponding pit must be dug when building the main heat storage is used and the collector pipes are laid at the pit edge and around the main heat storage or at the bottom thereof. Since the main heat storage heat of the summer over the insulation loses this can also be used again. The earth collector with the surrounding earth is used as a heat source (low temperature level) to warm the visitors. By connecting in the system, the main heat storage can be made smaller.

Die Wärme kann mit dem System entnommen aber auch bei Kühlung in den Kollektor geschickt werden. Mittels Temperatursensoren kann über die Steuerung die Wärme entsprechend verteilt und eingelagert werden. Wärmeentzug und Regeneration erfolgt mit dem Kollektor welcher außerhalb mittels Ventilen unterschiedlich angesteuert wird. Auch eine doppelte Verlegung ist denkbar, d. h. Entzug und Zufuhr in eigenen Kollektorfeldern ist vorgesehen.The heat can be taken from the system but can also be sent to the collector when cooled. By means of temperature sensors, the heat can be distributed and stored accordingly via the controller. Heat extraction and regeneration takes place with the collector which is differently controlled outside by means of valves. Also one Double installation is conceivable, ie withdrawal and supply in own collector fields is provided.

6. Stromerzeugung mittels Photovoltaik6. Power Generation by Photovoltaic

Die Stromerzeugung mittels Photovoltaik wurde diesem System zugeordnet, da mit Hilfe dieses solar erzeugten Stromes der selbst verbrauchten Strom übers Jahr auch erzeugt werden kann. Die Besuchererwärmung kann daher auch auf der Stromseite als nachhaltig betrachtet werden. Eine separate Stromspeicherung ist vorstellbar. Angestrebt wird vorerst jedoch die Erzeugung, welche den Verbrauch ausgleichen soll. Als Verbrauch wird der Licht als auch der Heizungsstrom betrachtet. Die Flächen zur Stromerzeugung sind an das Gebäude bzw. in der nahen Umgebung anzuordnen. Die Besonderheiten des Denkmalschutzes sind hierbei einzuhalten und lassen eine direkte Erzeugung am Dach mitunter nicht zu. Durch Anwendung farblich abgestimmter Module bzw. in der Dacheindeckung (Ziegeln) kann diese optisch unauffällig auch im Dach integriert werden. In Verbindung mit einer stromerzeugenden Photovoltaikanlage, kann der gesamte Wärme- und Strombedarf über das Jahr selbst erzeugt und verbraucht wird. Das Gebäude kann so quasi autark gestaltet werden. Mittels Stromspeicher auch netzunabhängig.Photovoltaic power generation has been assigned to this system, as this self-consumed electricity can also be generated over the year using this solar-generated electricity. Visitor warming can therefore also be considered sustainable on the electricity side. A separate power storage is conceivable. For the time being, however, the aim is generation, which should compensate for consumption. As consumption, the light and the heating current is considered. The areas for generating electricity are to be arranged on the building or in the immediate vicinity. The peculiarities of the monument protection are to be kept thereby and do not allow a direct generation on the roof sometimes. By using color-coordinated modules or in the roofing (bricks) this can be visually unobtrusive integrated in the roof. In conjunction with a photovoltaic plant generating electricity, the entire heat and electricity demand can be generated and consumed over the year itself. The building can be designed so almost self-sufficient. By means of electricity storage also off-grid.

Das System kann jede vorhandene Heizung ersetzen ohne Komforteinbußen.The system can replace any existing heater without sacrificing comfort.

7. Abwärme von Menschen, Tieren und Regen7. Waste heat from humans, animals and rain

Die Besuchererwärmung ist ein variables System mit unterschiedlichen Temperaturen. Das Besondere an dieser Besuchererwärmung ist die Variabilität des Systems, welches exakt an die Erfordernisse des vorhandenen Gebäudes angepasst werden kann. Die vorhandenen Wärmequellen werden entsprechend temperaturabhängig genutzt (laden/entladen). Sommerliche Umweltwärme wird eingelagert und im Winter genutzt. Der entladene Speicher kann im Sommer zur Kühlung bzw. Wärmeaufnahme genutzt werden. Auch Abwärme von Menschen, bzw. Tieren kann von dem System genutzt werden.The visitor warming is a variable system with different temperatures. The special feature of this visitor warming is the variability of the system, which can be adapted exactly to the requirements of the existing building. The existing heat sources are used depending on the temperature (charge / discharge). Summer environmental heat is stored and used in winter. The discharged storage tank can be used for cooling or heat absorption in summer. Also waste heat from humans, or animals can be used by the system.

Entscheidend sind, der Zeitpunkt der Wärmebereitstellung, die Wärmemenge und die Temperaturhöhe. Die Steuerung nutzt diese dann als Wärmequelle für die Besuchererwärmung oder entzieht der Umgebung Wärme oder im Heizfall führen diese im Winter Wärme zu. Ebenso kann der Luftabsorber im Dach als Wärmetauscher die Wärme aufnehmen oder bei Bedarf auch abgeben. (Kühlung)The decisive factors are the time of heat supply, the amount of heat and the temperature level. The controller then uses this as a source of heat for the visitor warming or removes heat from the environment or in the case of heating, this lead to heat in winter. Likewise, the air absorber in the roof as heat exchangers can absorb the heat or release it if necessary. (Cooling)

Weiter besteht die Möglichkeit bei dieser Anordnung um den Hauptwärmespeicher außen einen weiteren Wärmetauscher anzubringen, der die Wärme außerhalb des Speichers nutzen kann. Durch diese Erweiterung kann die Dimensionierung des Hauptwärmespeichers kleiner ausfallen.Next there is the possibility in this arrangement to attach the main heat storage outside another heat exchanger, which can use the heat outside the memory. By this extension, the dimensioning of the main heat storage can be smaller.

Das System kann auch mit einer Regenspeicheranlage kombiniert werden. Das Regenwasser fließt diskontinuierlich dem Speicher zu und führt somit Wärme in das Speichersystem ein. Das Regenwasser kann zu untergeordneten Spülzwecken und zur Wärmeentnahme genutzt werden. Dieser Speicher erhält dann nur einen Entnahmewärmetauscher und einen Begrenzer, welche die Umwandlung in Eis z. B. bei 70% begrenzt. Dies ist erforderlich, damit die Spülfunktion erhalten bleibt. Das überschüssige Regenwasser wird versickert oder dem Kanal zugeführt. Der Wärmeinhalt des Regens kommt dem Speicher und dessen Umgebung zugute. Der Regenwasserspeicher wird als separate Wärmequelle für die Wärmepumpe genutzt.The system can also be combined with a rainwater storage system. The rainwater flows discontinuously to the reservoir and thus introduces heat into the storage system. The rainwater can be used for secondary flushing and heat extraction. This memory then receives only a sampling heat exchanger and a limiter which z. B. limited to 70%. This is necessary to maintain the purge function. The excess rainwater is seeped or fed to the canal. The heat content of the rain benefits the storage and its environment. The rainwater storage tank is used as a separate heat source for the heat pump.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1807672 B1 [0011] EP 1807672 B1 [0011]

Claims (6)

Variables regeneratives Energiesystem zum Heizen und Kühlen mit zumindest einem Wärmtauscher zur Wärmeabgabe und einem Wärmespeicher, welcher mittels einer Wärmepumpe in Wirkverbindung steht gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a. das System arbeitet diskontinuierlich nach Bedarf b. das System nutzt verschiedene Wärmequellen und koppelt diese mit der Wärmabgabe. c. die Wärmeauf- bzw. Abgabe können zeitgleich oder verschieden erfolgen d. das Wärmetransportmedium kann gasförmig oder flüssig sein. e. das Arbeitsmedium ist in der Masse und der Art gleichbleibend und bildet eine Wärmeübertragungskette innerhalb eines geschlossenen Wirkkreislaufes mit gleichbleibender Strömungsrichtung f. dem Wirkkreis des Arbeitsmediums sind Steuerorgane zugeordnet, welche den Strömungsverlauf definiert umlenken können. g. Der Wärmespeicher ist mittels offenem oder geschlossenem Wirkprozeß reversibel aufladbar. h. Die Medien zur Wärmeaufnahme können sich von den Medien der Wärmeabgabe unterscheiden.Variable regenerative energy system for heating and cooling with at least one heat exchanger for heat dissipation and a heat storage, which is in operative connection by means of a heat pump characterized by the following features: a. the system works discontinuously as needed b. The system uses different heat sources and couples them with the heat output. c. the Wärmeauf- or discharge can take place at the same time or different d. the heat transport medium may be gaseous or liquid. e. the working medium is consistent in mass and type and forms a heat transfer chain within a closed active circuit with a constant flow direction f. the active circuit of the working medium control organs are assigned, which can deflect the flow path defined. G. The heat storage is reversibly rechargeable by means of open or closed kneading process. H. The media for heat absorption may differ from the media of heat dissipation. Variables regeneratives Energiesystem zum Heizen und Kühlen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragung sowohl an der Wärmequelle als auch bei deren Nutzung die Strömung kontrolliert verwirbelt wird, um die Übertragung der Wärme zu verbessern und die Übertragungsfläche zu minimieren.Variable regenerative energy system for heating and cooling according to claim 1, characterized in that the heat transfer both at the heat source and in their use, the flow is controlled swirled in order to improve the transfer of heat and to minimize the transfer surface. Variables regeneratives Energiesystem zum Heizen und Kühlen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserspeicher zur Anwendung kommt, der folgende Merkmale aufweist: a. der Inhalt des Speichers ist zur zu 90% mit Wasser gefüllt, der Rest ist Luft b. die Wärmetauscher zum Wärmezuführen sind an der Außenseite des Speichermediums innerhalb des Behälters seitlich und unten angebracht c. die Innenseite des Behälters ist zusätzlich zwecks Abdichtung dauerhaft und temperaturbeständig beschichtet d. die Wärmetauscher zur Wärmeentnahme sind innen im Speichermedium angeordnet e. der Abstand der Wärmetauscher zwischen Wärmeentnahme und Wärmezufuhr ist nahezu gleich f. der Behälter ist zum Erdreich ausreichend isoliert g. die Umwandlung der Eisphase wird bei ca. 95% gestoppt h. die Wärme kann über mehrere Monate hinweg gespeichert werden i. der Speicher ist im frostsicher eingegrabenVariable regenerative energy system for heating and cooling according to claim 1, characterized in that a water reservoir is used, which has the following features: a. the contents of the tank are 90% filled with water, the rest is air b. the heat exchangers for heat supply are attached to the outside of the storage medium within the container laterally and downwardly c. the inside of the container is additionally durably and temperature-resistant coated for the purpose of sealing d. the heat exchanger for heat removal are arranged inside the storage medium e. the distance of the heat exchanger between heat removal and heat supply is almost equal to f. the container is sufficiently isolated to the ground g. the conversion of the ice phase is stopped at approx. 95% h. the heat can be stored for several months i. the store is buried in the frost-proof Variables regeneratives Energiesystem zum Heizen und Kühlen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Wachsspeicher zur Anwendung kommt, der folgende Merkmale aufweist: a. der Inhalt des Speichers ist zu ca. 95% mit einem Wachsgemisch gefüllt b. das Gemisch besteht aus unterschiedlichen Wachsen, mit verschiedenen Erstarrungspunkten c. die unterschiedlichen Wachsarten sind homogen miteinander vermischt d. die Wärmezufuhr und Entnahme kann mit nur einem oder verschiedenen Wärmetauschern erfolgen e. die Homogenität der Mischung lässt sich mittels Quirl herstellen f. die Wärmeentnahme ist zyklisch unterbrechbar g. das Temperaturniveau liegt über dem Niveau der NutzungVariable regenerative energy system for heating and cooling according to claim 1, characterized in that a wax storage is used, which has the following features: a. the contents of the store are about 95% filled with a waxy mixture b. the mixture consists of different waxes, with different solidification points c. the different types of wax are homogeneously mixed d. the heat supply and removal can be done with only one or different heat exchangers e. the homogeneity of the mixture can be produced by means of a whisk f. the heat removal is cyclically interruptible g. the temperature level is above the level of use Variables regeneratives Energiesystem zum Heizen und Kühlen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Wärmequellen genutzt werden, die folgende Merkmale aufweisen: a. die Temperaturniveaus der Quellen sind unterschiedlich hoch b. die Quellen können auch als Speicher genutzt werden c. die Quellen können auch innerhalb von Gebäuden liegen d. die Quellen können zusätzlich mit Exergie vor der Nutzung aufgewertet werdenVariable regenerative energy system for heating and cooling according to claim 1, characterized in that different heat sources are used, which have the following features: a. the temperature levels of the sources are different high b. the sources can also be used as storage c. the sources can also be inside buildings d. the sources can additionally be upgraded with exergy before use Variables regeneratives Energiesystem zum Heizen und Kühlen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Regenwasser als Wärmequelle genutzt wird und folgende Merkmale aufweist: a. Regenwasser fließt diskontinuierlich zu und wird in einem Speicher gesammelt b. Regenwasser wird auch als Spülwasser genutzt c. Regenwasser wird mittels Wärmetauscher Wärme entzogen aber nur teilweise in Eis umgewandelt d. die Innenseite des Behälters ist zusätzlich zwecks Abdichtung dauerhaft und temperaturbeständig beschichtet e. überschüssiges Wasser wird versickert oder abgeleitet f. die Regeneration erfolgt durch nachfließendes Regenwasser g. der Speicher ist nach außen nicht isoliert und gibt die Wärme an die Umgebung ab. h. der Speicher ist frostsicher eingegrabenVariable regenerative energy system for heating and cooling according to claim 1, characterized in that rainwater is used as a heat source and has the following features: a. Rainwater flows discontinuously and is collected in a storage b. Rainwater is also used as rinse water c. Rainwater is extracted by heat exchanger heat but only partially converted into ice d. the inside of the container is additionally permanently and temperature-resistant coated for the purpose of sealing e. excess water is seeped or discharged f. the regeneration is done by rainwater g. The storage is not insulated to the outside and gives off the heat to the environment. H. the store is buried frost-proof
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