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Die Erfindung betrifft einen Flächenabsorber für ein Wärmepumpensystem, wobei der Flächenabsorber zumindest ein in einer Rohrebene verlegtes Absorberrohr, eine Wärmeleitschicht und eine Regenerationsfläche als Absorberfläche für Umweltenergie aufweist und wobei das Absorberrohr zumindest abschnittsweise in der Wärmeleitschicht eingebettet ist.
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Mit einem Wärmepumpensystem ist der Transfer von Wärmeenergie von einer Wärmequelle mit niedrigerem Temperaturniveau zu einer Wärmeentnahmestelle mit höherem Temperaturniveau möglich. Derartige Wärmepumpensysteme werden zunehmend zur Versorgung von Gebäuden mit Wärmeenergie eingesetzt, wobei die Außenluft und/oder das Erdreich als Wärmequelle dienen. Insbesondere beim Betrieb dieser Wärmepumpensysteme mit regenerativ erzeugtem Strom kann dabei ein großer Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden.
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Die universell verfügbare Wärmequelle Außenluft kann von marktüblichen Luft/Wasser-Wärmepumpen nur unter Hinnahme von Lüftergeräuschen genutzt werden. Die Effizienz wird dabei durch das geringe nutzbare Temperaturniveau der Außenluft an kalten Tagen und die nötige Hilfsenergie zum Abtauen der periodischen Vereisung des Wärmetauschers begrenzt. Regelmäßig effizienter sind Wärmepumpensysteme, welche mittels mit Frostschutzsole gefüllter Absorberrohre Wärmeenergie aus der Abkühlung und Vereisung des Erdreichs gewinnen, welches als natürlicher Langzeitspeicher für Sonnenenergie wirkt. Dabei kann die im Erdreich gespeicherte Wärmeenergie sowohl über Tiefenbohrungen im Erdreich oder durch im Erdreich verlegte Flächenabsorber erreicht werden.
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Eine Tiefenbohrung zur Erschließung der als Erdwärme gespeicherten Sonnenenergie bedarf jedoch besonderer Genehmigung und ist oft mit hohen Kosten verbunden, da Bohrungen von teils deutlich über 50 m Tiefe erfolgen müssen.
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Flächenabsorber werden üblicherweise als flächig ausgelegtes Absorberrohr in einer Erdreichtiefe von 1 m - 2 m verlegt. Der Flächenbedarf des Flächenabsorbers liegt etwa bei der ein- bis zweifachen Wohnfläche des zu beizenden Gebäudes, womit regelmäßig ein enormer Erdaushub zum Verlegen eines Flächenabsorbers nötig ist. Der benötige Flächenbedarf kann bei Neubauten grundsätzlich berücksichtigt werden. Im Baubestand steht die notwendige Fläche meist aber nicht zur Verfügung. Der hohe Flächenbedarf bei Flächenabsorbern resultiert daraus, dass nahezu die komplette Entzugsleistung einer Heizperiode im vom Flächenabsorber erreichten Entzugsbereich im Radius von circa einem Meter gespeichert sein muss.
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Die vom Flächenabsorber entzogene Wärmemenge wird dem Erdreich über eine sogenannte Regeneration wieder zugeführt. Diese Regeneration erfolgt für den Flächenabsorber im Wesentlichen durch Wärmeaustausch der Bodenoberfläche mit der Außenluft, Solarstrahlung und Niederschlag. Flächenabsorber, die in einer Tiefe von 1 bis 2 m verlegt sind, sind durch das darüber liegende Erdreich thermisch von der Bodenoberfläche isoliert, was einerseits zwar Entzugsquellentemperaturen um 0° C auch bei starkem Frost ermöglicht. Die thermische Isolation bedingt anderseits jedoch nur eine langsame saisonale Regeneration von der Bodenoberfläche her.
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Bei starkem Frost sind vor allem im Baubestand regelmäßig hohe Heizkreistemperaturen erforderlich. Diese werden von der Wärmepumpe teilweise gar nicht innerhalb ihrer Einsatzgrenzen erreicht bzw. senkt ein Hochtemperaturbetrieb ihre Lebensdauer und Effizienz. In der Praxis werden solche Wärmepumpensystem dann sinnvollerweise bivalent, also mit einer zweiten Wärmequelle für diese Betriebsfälle ausgelegt. Deshalb ist insbesondere bei bivalent betriebenen Wärmepumpensystemen ein Verlegen eines Flächenabsorbers in einer Tiefe von 1 bis 2 m nicht zwingend, da eben ein Betrieb bei starkem Frost regelmäßig nicht vorgesehen, sondern der Betrieb vielmehr nur oberhalb der Bivalenztemperatur von beispielsweise - 2 Grad Celsius erfolgt. Dann ist die Verlegung eines Flächenabsorbers sehr nahe an der Bodenoberfläche ausreichend, wobei hierfür im Folgenden von „hochliegenden“ Flächenabsorbern gesprochen wird. Der Begriff „oberflächennah“ ist in der Geothermie bereits für Flächenabsorber eingeführt, die in einer Tiefe 1 bis 2 m verlegt sind.
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Trotz einer hochliegenden Verlegung eines Flächenabsorbers wirkt eine auf dem Flächenabsorber aufliegende nicht komprimierte Grasnarbe sowohl thermisch isolierend, als auch die Solarstrahlung abschirmend. Als Grasnarbe wird der natürliche Bewuchs des Bodens durch Gräser und Kräuter inklusive des Wurzelwerks verstanden. Deren thermischen Isolationswirkung und Solarstrahlungsabschirmung behindert eine Regeneration hochliegender Flächenabsorber innerhalb der Heizperiode. In der Folge verbleibt ein großer Flächenbedarf. Weiterhin besteht die Gefahr der zufälligen Beschädigung hochliegender Absorberrohre bei Gartenarbeiten.
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Im Stand der Technik wird daher beispielsweise in
DE 44 10 689A1 eine Einbettung der Absorberrohre in Beton als sogenannter Massivabsorber vorgeschlagen, welcher teilweise auch in Erdkontakt steht. Dabei entsteht aber ein großer Aufwand für Herstellung und Transport industriell vorgefertigter Elemente oder das Anfertigen der Massivabsorber auf der Baustelle.
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In
DE 100 44 513 C1 werden zur Problemlösung kleinteilige Massivabsorberelemente vorgeschlagen. Diese haben jedoch einen großen Aufwand für die sichere und langlebige Verbindung der vielen einzelnen Elemente des fest eingebrachten Absorberrohrs bzw. Strömungskanals.
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In
DE 20 2013 012 424 U wird ein Bodenbelag mit einem integrierten Absorberrohr vorgeschlagen, wobei dieser Bodenbelag aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Absorberelementen gebildet wird. Jedes Absorberelement weist eine Speicherplatte und ein Absorptionselement auf. Das Absorberrohr wird formschlüssig klemmend in Nuten der Speicherplatte gehalten. Das Absorptionselement ist mit einer wärmeleitenden Vergussmasse an dem Absorberrohr befestigt. Die Absorptionselemente sind flächig ausgeführt und bilden damit in der Summe einen ebenen Absorptionsbelag, der hier als Trittfläche des Bodenbelags fungiert. Nachteilig ist auch hier, dass viele kleinteilige Absorberelemente mit einer längeren Rohrleitung verbunden werden müssen. Neben dem Aufwand für die Herstellung der speziellen Absorberelemente mit Nuten besteht darüber hinaus die Gefahr, dass in die komplette Nut oder auch nur in kleine Kapillarspalten eindringendes Wasser beim Einfrieren zu Schäden bzw. den Wärmeübergang störende Erweiterung von Luftspalten führt. Problemverschärfend können Frost-Tauwechselprozesse durch den Wärmepumpenbetrieb mit einer hohen zeitlichen Frequenz erfolgen. Ein Einsatz des beschriebenen Bodenbelags als Flächenabsorber im Freien hätte darüber hinaus eine Unfallgefahr, da er intuitiv auch als Gehweg benutzt werden würde. Dies, da die Oberfläche des Absorptionsbelages im Wärmepumpenbetrieb schon bei Plusgraden vereisen kann. Weiterhin ist die zur Aufnahme von Wärmeenergie zur Verfügung stehende Oberfläche zur Außenluft auf die Plattenfläche der Absorptionselemente begrenzt. So wird nur eine geringe Leistung im solarstrahlungsarmen Winter erreicht, wenn die Energie im Wesentlichen aus der Außenluft zu entnehmen ist. Auch würde schon ein geringer Schneefall bzw. Bereifung die solare Strahlungsabsorption durch Reflektion und damit eine solares Freilegen des Belages durch die Wintersonne unterbinden. Weiterhin führen frostbedingte Hebungen und Senkungen des Untergrunds an eben Belägen zu einem kaum akzeptablem optischen Eindruck.
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Aus der
DE 10 2016 221 767 A1 ist eine Solarenergienutzungssystem für Flugbetriebsflächen bekannt. Hier ist innerhalb dieser Flugbetriebsflächen ein mit einer Wärmepumpe verbundenes Rohrsystem verlegt, welches von einem Wärmeträgermedium durchflossen wird. Die Flugbetriebsflächen sind in der beschriebenen Ausführung aus Beton gebildet.
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In der
DE 20 2012 004 408 U1 wird ein Massivabsorber vorgeschlagen, der ebenfalls ein mit einer Wärmepumpe verbundenes Rohrsystem aufweist. Mit einer stelenförmigen Ausgestaltung wird bei diesen Massivabsorbern eine große Oberfläche zur Aufnahme von Umgebungsenergie erreicht.
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Die
DE 29 40 838 A1 offenbart einen mineralischen Flächenabsorberkollektor zur Gewinnung von Strahlen- und Umweltenergie. Hierzu ist ein Energieentzugsrohr auf einer Grundfläche des Kollektors verlegt und mit mineralischen Gemischen bedeckt. Das mineralische Gemisch besteht im Wesentlichen aus Basaltsplit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen besonders kostengünstigen und leistungsfähigen Flächenabsorber zu schaffen, welcher sich auch einfach und ästhetisch akzeptabel im Baubestand nachrüsten lässt und die Nachteile bisheriger Flächen- und Massivabsorber sowie derer Kombinationen überwindet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Flächenabsorber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 18 aufgezeigt.
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Die weitgehend vegetationsfreie Regenerationsfläche wird aus einer der Umgebung des Flächenabsorbers abgewandten ebenen Oberseite einer Wärmeleitschicht sowie zumindest auf Teilflächen der Oberseite aufliegenden Regenerationselementen gebildet, wobei die Wärmeleitschicht aus körnigem Schüttgut ausgeführt ist. Das Schüttgut wird von der wannenförmigen Aufnahme aufgenommen. Durch das Aufliegen auf der Wärmeleitschicht sind die Regenerationselemente mit dieser thermisch verbunden. Die Regenerationsfläche mit den Regenerationselementen wirkt damit als Absorberfläche für Umweltenergie. Diese Umweltenergie kann absorbierte direkte Solarstrahlung oder die Wärmeenergie, welche sich durch Wärmeaustausch mit Umgebungsluft, Niederschlägen sowie der Kondensation und des Gefrierens von Luftfeuchtigkeit gewinnen lässt, sein. Mittels der Wärmeleitschicht wird die von der Regenerationsfläche aufgenommene Wärmeenergie an das Absorberrohr weitergeleitet, wo die Wärmeenergie von einem im Absorberrohr fließenden Wärmetransportmedium aufgenommen wird.
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Durch die Belegung der Oberseite der Wärmeleitschicht mit Regenerationselementen, die so ausgebildet und/oder so angeordnet sind, dass eine der Umgebung zugewandte Elementoberfläche der Regenerationselemente größer ist als eine auf der Oberseite der Wärmeleitschicht aufliegende Elementauflagefläche der Regenerationselemente, wird eine reliefartig strukturierte Regenerationsfläche mit einer großen wirksamen Absorberfläche gebildet. Die wirksame Absorberfläche der Regenerationsfläche ist im Verhältnis zur Grundfläche der Wärmeleitschicht deutlich vergrößert. Dies sorgt für eine besonders hohe Regenerationsleistung auch mit der kühleren Luft in der Heizperiode. Weiterhin werden die beim Betrieb des Flächenabsorbers üblichen frostbedingten Bewegungen im Boden optisch kaschiert. Zusätzlich werden bei einer reliefartigen Oberfläche der Wintersonne mehr Ansatzpunkte angeboten, um nach leichtem Schneefall oder Bereifung einen Abtauprozess der gesamten Regenerationsfläche einzuleiten. Durch die reliefartige Struktur wird auch eine weitere Verwirbelung von natürlichen Luftströmungen angeregt, was den Wärmeübergang an der Oberfläche der Regenerationselemente verbessert. Im Sommer verhindert die deutlich vergrößerte Wärmetauscherfläche der reliefartigen Regenerationsfläche eine Überhitzung der im Absorberrohr zu erwärmenden Sole über die zulässige Eintrittstemperatur der Wärmepumpe durch verbesserte Abgabe überschüssiger Einstrahlungsenergie an den Regenerationselementen an die Außenluft. Weiterhin hat die reliefartig ausgebildete Regenerationsfläche den Vorteil, dass diese nicht intuitiv als Gehweg genutzt wird, was wegen einer bereits bei Plusgraden vereisenden Regenerationsfläche vorteilhaft ist. Die Vermeidung einer Nutzung als Geh- und Fahrweg stellt ebenso wie die Kennzeichnung des Verlegeortes des Absorberrohres durch die reliefartige Regenerationsfläche einen wirksamen Schutz des Absorberrohres vor versehentlichen Beschädigungen dar.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen sind die Regenerationselemente zumindest zum Teil bearbeitete oder unbearbeitete Natursteine oder Betonsteine. Grundsätzlich ist es vorteilhaft dunkel gefärbte Steine zur Ausbildung der Regenerationselemente zu nutzen, da hier die Solarstrahlung besser absorbiert wird. Die dunkle Färbung der Steine kann dabei sowohl naturgemäß vorliegen oder gezielt erzeugt werden.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Regenerationselemente würfelförmig oder in einer der Würfelform angenäherten Geometrie ausgebildet und beabstandet voneinander angeordnet sind. In einer Ausführung sind diese Regenerationselemente Pflastersteine.
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Die Würfelform oder die der Würfelform angenäherte Form der Regenerationselemente hat den Vorteil, dass bezogen auf die Auflagefläche eine bis zu 5-fache Vergrößerung der Oberfläche erzielt und damit die wirksame Absorberfläche um diesen Faktor erhöht wird.
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Bei einer schachbrettartig versetzten Anordnung der Regenerationselemente kann etwa 50% der Oberseite der Wärmeleitschicht mit Regenerationselementen belegt werden, ohne dass sich Oberflächen der Regenerationselemente gegenseitig überlappen und damit partiell für den Wärmeaustausch mit der Außenluft abschirmen. Mit dieser schachbrettartigen Verlegung würfelähnlicher Elemente ist es also möglich, die aus der wirksamen Oberfläche der Regenerationselemente und der nicht belegten Oberfläche der Wärmeleitschicht bestehenden Regenerationsfläche gegenüber ihrer eigenen Grundfläche in etwa zu verdreifachen. Dies ergibt sich für einen Quadratmeter Grundfläche der Regenerationsfläche aus den 2,5 qm Oberfläche der auf 0,5 qm Auflagefläche verlegten würfelförmigen Regenerationselemente zuzüglich der verbleibenden 0,5 qm unbelegter Oberfläche der Wärmeleitbelages. Ein leicht versetztes Überlappen der einzelnen Plastersteine kann allerdings dabei helfen, eine höhere Stabilität in die Struktur zu bringen.
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Würfelähnliche Regenerationselemente sind beispielsweise Pflastersteine, die beispielsweise in der Handelsgröße 4/6 mit einer durchschnittlichen Kantenlänge von 5 cm erhältlich sind. Insbesondere ist bei dieser Pflastergröße das Verhältnis zwischen der erreichbaren Absorberfläche und der benötigten Werksteinmasse optimal. Weiterhin haben derartige relativ kleine Pflastersteine auch einen geringeren Wärmewiderstand, was insbesondere für die Weiterleitung der von den Pflastersteinen aufgenommenen Wärme an die Wärmeleitschicht vorteilhaft ist. Dagegen sind höhere Pflastersteine vorteilhaft, wenn es bei monovalentem Betrieb auf das Herausragen aus einer dünnen Schneeschicht ankommt.
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In einer weiteren Ausführung sind die Regenerationselemente unverfüllte Rasengittersteine. Diese Variante eignet sich besonders für öffentlich zugängliche Bereiche, da sie einen erhöhten Schutz vor Vandalismus bildet.
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In einer Ausgestaltung sind die Rasengittersteine aus einem dunkel eingefärbten und/oder einen mit Zusätzen zur Erhöhung der Frost/Tauwechselbeständigkeit versetzten Beton gefertigt sind. Die Rasengittersteine können beispielsweise nebeneinander liegend verlegt werden. Da die Rasengittersteine unverfüllt sind, stehen auch die senkrechten Flächen der Rasengittersteine zur Absorption von Wärmeenergie aus der Umwelt zur Verfügung.
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Eine Ausgestaltung sieht dabei Rasengittersteine mit Nocken vor, welche eine unebene vergrößerte Oberfläche haben.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Rasengittersteine ausgehend von der Elementauflagefläche verschiedene Höhen aufweisen und diese Rasengittersteine entsprechend ihrer Höhe schachbrettartig verlegt sind.
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Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die aufgeführten Regenerationselemente auch miteinander kombiniert sind.
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Verschieden hohe Rasengittersteine können beispielsweise schachbrettartig auf der Wärmeleitschicht aufgelegt werden, wobei sich hohe und niedrige Rasengittersteine abwechseln. Alternativ können die Rasengittersteine mit über die Höhe der Rasengittersteine hinausreichenden Regenerationselementen kombiniert werden. Beispielsweise sind dieser in einen Teil der Ausnehmungen der Rasengittersteine eingelassen. Alternative können diese höheren Regenerationselemente auch abwechselnd mit den Rasengittersteinen angeordnet sein. So kann die Nutzung der Regenerationsfläche als Gehweg und/oder Fahrweg vermieden werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die körnige Wärmeleitschicht überwiegend aus einem Sandgemisch, wobei insbesondere Quarzsand vorteilhaft ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die verwendeten Sande vorteilhafterweise gereinigte Quarzsande sind. In der Trockenmasse wird dabei ein SiO2-Anteil von mindestens 95 % erreicht. Quarzmineral selbst hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit von durchschnittlich ca. 8,8 W/m*K, deshalb ergibt sich bei feuchtigkeitsgefüllten Poren einer Wärmeleitfähigkeit einer solchen hochreinen Quarzsandschicht von > 2,1 W/m*K, welche damit über der typischen Wärmeleitfähigkeit von Beton liegt. Beim Gefrieren des Porenwassers steigt die Wärmeleitfähigkeit der körnigen Wärmeleitschicht weiter an, da Eis eine wesentlich bessere Wärmeleitfähigkeit gegenüber Wasser hat. Quarzsand ist auch in gereinigter Form ein relativ preiswertes Wärmeleitmaterial, was die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers begünstigt.
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In einer Ausführung wird für die körnige Wärmeleitschicht Quarzsand mit Korngröße im Bereich 0,1 mmm - 1 mm verwendet. Eine breite Kornverteilung erhöht dabei die Wärmeleitfähigkeit durch optimierte Porenverfüllung. Die Feinanteile steigern zusätzlich die kapillare Bindung von Feuchtigkeit.
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Beispielsweise über Regen in die Wärmeleitschicht eindringendes Wasser führt zumindest zeitweise zu einer maximale Wassersättigung in der Wärmeleitschicht, was dafür sorgt, dass die Wärmeleitschicht dann ein viskoses flüssigkeitsähnliches Verhalten aufweist. Die Wärmeleitschicht fügt sich somit immer wieder lückenlos an dem Absorberrohr an.
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Die zeitweise flüssigkeitsähnliche Struktur der Wärmeleitschicht ermöglicht im Wirkzusammenhang mit dem aufliegenden Gewicht der Regenerationselemente auch ein Wiederabsinken eines durch Eisbildung angehobenen Absorberrohrs, womit ein kontinuierliches Anheben des Absorberrohrs durch Frost-Tauwechselprozesse verhindert wird, wie man es beispielsweise vom winterlichen Aufsteigen von Feldsteinen aus dem Untergrund kennt.
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Die auf dieser Wärmeleitschicht aufliegenden Regenerationselemente sind quasi „schwimmend“ verlegt. Diese flexible Lösung ist unempfindlich gegen frostbedingte Hebungen des Untergrundes sowie Frost /Tauwechselprozesse in der Wärmeleitschicht. Die körnige Wärmeleitschicht formt sich im Wirkzusammenhang mit der der Gewichtskraft der Körner, einwirkende Bodenerschüttterungen durch natürliche und künstliche Quellen und der aufliegenden Regenerationselemente immer wieder an. Eindringende Feuchtigkeit kann dabei das Anformen weiter unterstützen.
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Der maximierte Wassergehalt in den Poren der Wärmeleitschicht ist auch vorteilhaft, damit unter den in einer Heizperiode typischen Betriebsbedingungen mit durch Ruhepausen unterbrochenen Wärmepumpentakten eine hohe momentane Entzugsleistung bei minimiertem Abfall der Entzugstemperatur erreicht wird. Dies ermöglicht die große latente Entzugsenergie des gefrierenden Porenwassers in unmittelbaren thermischen Kontakt zum Absorberrohr. In den Betriebspausen der Wärmepumpe wird dieser Phasenwandel dann oft unmittelbar umgekehrt und der Flächenabsorber damit bzgl. der verfügbaren Entzugstemperatur im nächsten Wärmepumpentakt regeneriert. Das gefrorene Porenwasser taut also wieder auf, soweit ein Zufluss von Energie aus der Regenerationsfläche oder dem Erdreich dies ermöglicht. Massivabsorber mit in Beton eingegossenen Absorberrohren haben demgegenüber den Nachteil, dass dort solche latenten Wärmetauschprozesse erst nach Überwindung des Wärmewiderstandes einer Betonschicht möglich sind.
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Beim Gefrieren der Wärmeleitschicht frieren auch die Regenerationselemente regelmäßig an der Wärmeleitschicht fest, wobei durch die höhere Wärmeleitfähigkeit von Eis gegenüber flüssigem Wasser der Wärmeübergang in Zeiten der höchsten Entzugsleistung steigt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Flächenabsorber wird auch bei Frost-Tauwechsel-Prozessen der Wärmeübergang aus der Umwelt zum Absorberrohr nicht gefährdet. Periodisches Ausdehnen von gefrierendem Wasser in Poren und Kapillaren der Wärmeleitschicht führen hier nicht zu Zerstörungsprozesse, wie sie beispielsweise aus der von kleinsten Rissen ausgehenden winterlichen Zerstörungen von Bitumen- oder Betonbelägen bekannt sind. Solche Kapillarspalten können sich beispielsweise in Ausnehmungen von Absorberelementen finden, in welchem ein Absorberrohr zum Zwecke des Wärmeübergangs eingelegt oder auch mit Vergussmasse oder Beton gesichert wird. Auch kann eine starre Absorberkonstruktion durch frostbedingte Hebungen im Boden angehoben werden und damit den flächigen Wärmekontakt zum umgebenden Erdreich verlieren.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass in der Wärmeleitschicht knapp oberhalb des Absorberrohres eine zusätzliche Schutzschicht angeordnet ist. In einer Ausführung ist diese Schutzschicht ein Vlies und/oder eine Folie und/oder ein Blech und/oder ein Gitter ist. Der Aufbau der Schutzschicht kann ein- oder auch mehrschichtig sein. Beispielsweise ist ein zweiteiliger Aufbau aus einem Vlies und einer Folie zum einen gegen Einwachsen von Pflanzen und zum anderen als Vandalismusschutz vorteilhaft.
Es ist vorteilhaft, wenn bei beabstandet angeordneten Regenerationselementen die Oberseite der körnigen Wärmeleitschicht im Bereich zwischen den Regenerationselementen zusätzlich mit grobkörnigeren Materialien wie Kies oder Splitt belegt ist. Der Splitt kann beispielsweise ein feinkörniger Basaltsplitt mit der Handelsgröße 2/5 oder auch eine Mischung aus relativ feinkörnigen und grobkörnigeren Handelsgrößen sein. Dies hat den Vorteil, dass die nicht von Regenerationselementen Bereiche der Oberseite der Wärmeleitschicht bei Starkregen vor Ausspülung besser geschützt ist bzw. auch eine vergrößerte und/oder dunklere Oberfläche dieser Flächen erzeugt wird. Auch wird eine kapillarbrechende Wirkung erreicht, welche die Austrocknung der Wärmeleitschicht reduziert. Weiterhin kann ein farblicher Kontrast zwischen Regenerationselementen und diese grobkörnigen Abdeckmaterial der Wärmeleitschicht als Gestaltungselement gewählt werden. Aus gestalterischer Hinsicht können auch verschiedenfarbige Regenerationselemente vorgesehen werden.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die wannenartige Aufnahme durch ein flächiges Entfernen einer Grasnarbe eines Rasenflächenstückes oder durch eine über die Grasnarbe hinausreichende Beeteinfassung oder durch einen auf einer Aufstellfläche aufliegenden Rahmen gebildet ist. Es wird damit ein hochliegender Flächenabsorber erzeugt.
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Die in der wannenartigen Aufnahme angeordnete Wärmeleitschicht hat damit auch thermischen Kontakt zum umgebenden Erdreich, sodass von den Regenerationselementen aufgenommene Wärmeenergie über die Wärmeleitschicht nicht nur an das Absorberrohr, sondern auch an das umgebende Erdreich transferiert werden kann. So wird Umweltenergie in den Zeiten geringer oder fehlender Entnahme der Wärmepumpe bzw. eines hohen Angebots von Umweltenergie in das umgebende Erdreich eingespeichert und der hochliegende Flächenabsorber somit auch innerhalb der Heizperiode vielfach regeneriert. Da in der Folge nur noch eine kleine Speicherkapazität des umgebenden Erdreichs erforderlich ist, kann die zum Wärmeaustausch nötige Absorberrohrmenge in einem geringen Abstand von unter 20 cm auf einem Bruchteil der bisher für Flächenabsorber nötigen Entzugsfläche verlegt werden. Durch die vielfache Regeneration in der Heizperiode wird also der große Flächenbedarf bisheriger Flächenabsorber überwunden, welcher sich aus derer zum Großteil nur einmal in Jahr stattfinden saisonalen Regeneration ergibt.
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Es ist hierbei vorteilhaft, wenn die wannenartige Aufnahme mit einer flüssigkeitsdichtenden Schicht und/oder einer den Durchwuchs von Vegetation verhindern Schicht ausgekleidet ist.
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Diese Schicht verhindert auch das Ausspülen feiner Bestandteile der Wärmeleitschicht in tiefere Bodenschichten. Es wird vorgeschlagen, dass diese Schicht eine Folie und/oder ein Vlies ist.
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Mit einer flüssigkeitsdichtenden Schicht kann ein Ablaufen des in der Wärmeleitschicht gebundenen Wassers vermieden werden. Der Wassergehalt kann so über einen längeren Zeitraum erhalten bleiben, womit die oben aufgeführten Vorteile über diesen längeren Zeitraum bestehen bleiben. Die flüssigkeitsdichtende Schicht kann beispielsweise eine Folie oder ein entsprechend der Wannenform der Aufnahme vorgeformtes Kunststoff-Plattenmaterial sein. Diese flüssigkeitsdichtende Schicht an der Unterseite der Wärmeleitschicht übernimmt regelmäßig auch die Aufgabe, ein unterseitiges Einwachsen von Vegetation in die Wärmeleitschicht zu verhindern. Eine weitere Unterlage aus Vlies unter der flüssigkeitsdichtenden Schicht kann zusätzlich vor Beschädigung aufgrund durchwachsender Wurzeln schützen.
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Bei Verwendung einer Wärmleitschicht mit einer hohen kapillaren Feuchtigkeitsbindung durch einen hohen Feinanteil der Körner, ist auch eine wasserdurchlässige Vliesschicht als kostengünstige und einfach zu verarbeitende Auskleidung der wannenförmigen Aufnahme der Wärmeleitschicht vorteilhaft, welche das Ausspülen der Wärmeleitschicht und das Eindringen von Vegetation vermeidet. Dies hat zusätzlich den Vorteil, dass der Boden unter dem Flächenabsorber besser befeuchtet wird, was dessen Wärmeleitfähigkeit bei der Regeneration verbessert.
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Da die Regenerationselemente den Verlegort des Absorberrohrs abdecken und kennzeichnen, ist kein zusätzlicher Schutz durch eine Mindestverlegetiefe nötig ist. Die notwendigen Erdarbeiten gehen deshalb nicht wesentlich über das Entfernen der Grasnarbe hinaus. Der erfindungsgemäße Aufbau erreicht einen minimalen Wärmewiderstand zwischen Regenerationselementen, Wärmeleitschicht und Erdreich, weshalb eine Regeneration vielfach auch mit dem in der Heizperiode anfallendem Niveau von Außentemperatur und Solarstrahlung möglich ist. Diese Regeneration in der Heizsaison ermöglicht einen minimierten Flächenbedarf, der sich je nach gewünschtem Bivalenzpunkt, Klimazone, Mikroklima, Verlegegeometrie, Art der Regenerationsfläche und gewünschtem Temperaturniveau der Entzugsquelle mit nur drei bis zehn Quadratmetern von mit Regenerationsfläche abgedeckter Absorberfläche pro kW Wärmepumpenleistung darstellt. Die wirksame Entzugsfläche aus dem Boden ist aber deutlich größer, da auch aus den angrenzenden Bereichen in bis zu einem Meter Entfernung Erdwärme entzogen wird. Eine Optimierung des Flächenbedarfs und damit auch des Aufwandes für die Regenerationsfläche ist deshalb durch eine Verlegung in größtmöglicher Längenausdehnung mit entsprechend minimierter Verlegebreite möglich.
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Für einen im Erdreich verlegten Flächenabsorber ergeben sich aus der Multiplikation des geringen Flächenbedarfs mit der minimierten Verlegetiefe derartig geringe Aushubmengen, dass diese Aushubarbeit mit üblichen Handwerkzeugen wie Spaten und Schaufel sowie einer Schubkarre für den Materialtransport auch in Eigenleistung erledigt werden kann. Damit entfällt bei einer Verlegung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers im Erdreich der größte Kostenfaktor konventioneller Flächenabsorber. Lediglich das Anschließen der verlegten Absorberrohre an den Verteiler und das Befüllen mit der Frostschutzsohle sollte einem Fachunternehmen überlassen werden. Auch das Verlegen der Trennschichten und flüssigkeitsabdichtenden Schichten, das Einbringen der Wärmeleitschicht und das Verlegen der Regenerationselemente erfordern nur durchschnittliche handwerkliche Fähigkeiten.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird die wannenartige Aufnahme durch eine über die Grasnarbe hinausreichende Beeteinfassung gebildet. Der Aufbau ist damit einem Hochbeet nachempfunden. Der Flächenabsorber kann damit in einfacher Weise aufgebaut werden, ohne dass ein Erdaushub bzw. Entfernen der Grasnarbe nötig ist. Bei dieser Variante wird vorteilhaft eine geeignete Trennschicht wannenförmig untergelegt, welche ein Eindringen der vorerst verbleibenden Vegetation in die Wärmeleitschicht verhindert. Die unter dem Flächenabsorber verbleibende Grasnarbe verliert durch die Kompression ihre Dämmeigenschaften und verrottet unter der Trennschicht. Die Zersetzung der Grasnarbe unter dem Flächenabsorber kann durch Zugabe von Kalkstickstoff verbessert werden.
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Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die wannenartige Aufnahme durch einen auf einer Aufstellfläche aufliegenden Rahmen gebildet ist. In dieser Ausführung kann der erfindungsgemäße Flächenabsorber auch auf vorhandenen versiegelten Flächen oder auf Flachdächern aufgebracht werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Beeteinfassung oder der Rahmen aus Natursteinmaterial, Beton oder einem Kunststoffband oder einem Metallband gebildet ist.
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Die Verwendung von Kunststoffrohr aus Polyethylen für das Absorberrohr stellt eine äußerst kostengünstige, robuste und verhältnismäßig ökologische Ausführungsform dar. Durch die vor UV-Strahlung geschützte Verlegung in der Wärmeleitschicht und relativ geringe Drücke kann eine Rohrlebensdauer von ca. 100 Jahren erwartet werden, insbesondere wenn auf die sogenannte RC-Qualität zurückgegriffen wird. Dabei handelt es sich um PE-Rohre mit einer besonderen Beständigkeit gegen Spannungsrisse.
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Dabei kann eine Verlegart gewählt werden, welche durch maximierten Abstand zwischen Vorlauf und Rücklaufleitung einen sogenannten „thermischen Kurzschluss“ vermeidet.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat auch den Vorteil, dass das Absorberrohr ohne zusätzliche Verbindungsstellen in seiner maximalen hydraulisch und geometrisch möglichen Länge verlegt werden kann. Ebenso kann auch die Regenerationsfläche einfach repariert werden, ohne dass von einem Fachmann Arbeiten am Wärmepumpensystem nötig wären. Zusammen mit der zu erwartenden hohen Lebensdauer des Systems, dem geringen Aufwand für die Erdarbeiten und die möglichen Eigenleistungen der Bauherren löst der erfindungsgemäße Absorber die Aufgabenstellung, eine besonders wirtschaftliche Lösung zu gewährleisten.
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Der erfindungsgemäße Flächenabsorber kann bivalent mit einer zweiten Wärmequelle betrieben werden. Es ist aber auch ein monovalenter Betrieb möglich, wenn umschaltbar eine zweite Entzugsquelle, wie beispielsweise ein in gefräste Erdschlitze eingebrachter tiefliegender Absorber vorhanden ist. Diese zweite tiefer liegende Entzugsquelle kann dann auf eine deutlich kleinere jährliche Entzugsarbeit ausgelegt werden. Alternativ kann die erfindungsgemäße Lösung auch unter Hinnahme sehr tiefer Soletemperaturen und einer regelmäßig gegenüber der bivalenten Lösung vergrößerten Auslegung monovalent betrieben werden.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Absorberrohr aus einem Kunststoffrohr oder einem Metallrohr gebildet ist. Wird das Absorberrohr aus Metallrohr gebildet, kann dieses als sogenanntes direktverdampfendes System verwendet werden. Das Kältemittel des Wärmepumpensystems wird hierbei direkt im Absorberrohr verdampft. Dies spart den Aufwand für einen Sole-Zwischenkreis und den Verdampfungs-Wärmetauscher in der Wärmepumpe.
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Neben strengen Frost schränkt ein isolierender Schneebelag die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers ein, sodass hier eine Überdachung der Regenerationsfläche sinnvoll sein kann. So erreicht Schneefall nur begrenzt die Regenerationsfläche, wobei gleichzeitig aber eine Luftzirkulation über der Regenerationsfläche erfolgen kann. Eine solche Überdachung kann durch Abschirmung sommerlicher Einstrahlung aus hochstehender Sonne auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers für Kühlzwecke mit einer reversiblen Wärmepumpe effizienter gestalten. So wird die Anwendung des erfindungsgemäßen Absorbers auch für ganz andere Kühlzwecke ohne Wärmepumpe z.B. in industriellen Prozessen einsetzbar. Weiterhin kann durch eine solche Überdachung die Wärmeabstrahlung an das Weltall in klaren Winternächten minimiert werden. Die Überdachung kann so ausgestaltet sein, dass zumindest eine tiefstehende Wintersonne die Regenerationsfläche weiter erreichen kann. Auch eine Überdachung aus transparentem Material wie z.B. Solarglas kann sinnvoll sein, um den Lichtzutritt zu ermöglich. Auch ist eine Überdachung ganz oder teilweise aus Photovoltaikmodulen denkbar. Von der Bedachung abgeschirmter Niederschlag kann der Regenerationsfläche ganz oder teilweise wieder zugeführt, um die im Niederschlag mitgeführte Wärmeenergie für den Flächenabsorber zugänglich zu machen. Ebenso können auch Vorrichtungen vorgesehen werden, die gezielt Niederschlagswasser von Dächern und/oder versiegelten Flächen auf die Regenerationsfläche leiten.
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Im Solekreislauf der Wärmepumpe, dessen Teil das Absorberrohr des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers ist, kann ein zusätzlicher Elektroheizstab eingebracht werden, sodass eine Regeneration des Flächenabsorbers oder ein Abtauen einer beschneiter Regenerationsfläche mit elektrischer Hilfsenergie erfolgen kann. Beispielsweise kann aber auch die Abluft einer Lüftungsanlage genutzt werden, um die in der Abluft mitgeführte Wärmeenergie oder die Energie einer thermischen Solaranlage über einen im Solekreislauf eingebrachten Wärmetauscher an die Wärmeleitschicht zu übertragen und damit den Flächenabsorber und ggf. das umgebende Erdreich zu regenerieren bzw. als Kühlkörper zu nutzen. Beispielsweise für die Einbindung bzw. den sommerlichen Überhitzungsschutz einer thermischen Solaranlage kann aber auch ein zweites separates Rohrsystem aus Metall vorteilhaft sein.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Flächenabsorbers für ein Wärmepumpensystem
- 2 eine perspektivische Sicht auf eine der Umgebung zugewandten Seite des Flächenabsorbers gemäß 1
- 3 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers
- 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers
- 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers
- 6 eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers in einer Aufsicht
- 7 eine Schnittdarstellung des Flächenabsorbers gemäß 4 entlang der Schnittlinie A-A
- 8 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers
- 9 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers
- 10 eine Schnittdarstellung einer weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers
- 11 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1 für ein Wärmepumpensystem. Der Flächenabsorber 1 weist ein Absorberrohr 2, eine Wärmeleitschicht 3 und eine weitgehend vegetationsfreie Regenerationsfläche 4 als Absorberfläche für Umweltenergie auf. Das Absorberrohr 2 ist aus einem Kunststoffrohr gebildet, in einer Rohrebene verlegt und in der Wärmeleitschicht 3 eingebettet. Alternativ kann das Absorberrohr 2 auch aus einem Metallrohr gebildet sein.
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Der Wärmeleitschicht 3 aus körnigem Schüttgut ist in dieser Ausführung aus gereinigtem Quarzsand gebildet, der in einer wannenartigen Aufnahme 5 eingelassen ist. Die wannenartige Aufnahme 5 ist hier eine Baugrube. Weiterhin ist eine zusätzliche Schutzschicht 7 oberhalb des in der Wärmeleitschicht eingebetteten Absorberrohres 2 verlegt. Diese Schutzschicht 7 könnte aber auch aus einer Folie oder einem Gitter oder einem Blech gebildet sein. Um eine gewisse Durchlässigkeit für Wasser zu gewährleisten, sind die Folie und das Blech mit Ausnehmungen ausgestaltet oder aber die Folie und das Blech erstrecken sich nicht über die gesamte laterale Ausdehnung der Wärmeleitschicht 3.
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Zwischen dem Erdreich 6 und der Wärmeleitschicht 3 ist eine den Durchwuchs hemmende Schicht 8 angeordnet, wobei diese in dieser Ausführung ein Vlies ist. In der Darstellung ist zwischen der den Durchwuchs hemmenden Schicht 8 und dem Erdreich 6 ist ein Zwischenraum zu sehen. Dieser ist aber nur darstellungsbedingt und dient einer besseren Sichtbarkeit der einzelnen Elemente des Flächenabsorbers 1. Tatsächlich liegen aber die durchwuchshemmende Schicht 8 am Erdreich 6 und die Wärmeleitschicht 3 an der durchwuchshemmenden Schicht 8 an, sodass die Wärmeleitschicht 3 thermisch an das Erdreich 6 angekoppelt ist.
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Die Regenerationsfläche 4 wird von einer der Umgebung des Flächenabsorbers zugewandten Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 und von einer Vielzahl auf der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 aufliegenden Regenerationselementen 10 gebildet. Die Regenerationselemente 10 sind in dieser Ausführung würfelähnliche Natursteinblöcke, welche auf der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 aufliegen. Die Natursteinblöcke sind voneinander beabstandet angeordnet sind und weisen ausgehend von einer Elementauflagefläche 11 unterschiedliche Höhen auf. Die Regenerationsfläche 4 ist damit auf ihrer der Umwelt zugewandten Seite reliefartig strukturiert ausgebildet. Grundsätzlich sind als Natursteine Werksteine aber auch Feldsteine einsetzbar. Neben Regenerationselementen 10 aus Naturstein, sind auch Regenerationselemente 10 aus Betonstein möglich.
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Durch das Auffliegen der Regenerationselemente 10 auf der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 sind die Regenerationselemente 10 thermisch mit der Wärmeleitschicht 3 verbunden. In der winterlichen Periode wird sich der Wärmeübergang durch Festfrieren der Regenerationselemente 10 an einer in den Poren gefrierenden Wärmeleitschicht 3 noch verbessern.
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Die wirksame Absorberfläche setzt sich in dieser Ausführungsform aus einer der Umgebung zugewandten Elementoberfläche 12 der Regenerationselemente 10 und der nicht mit Regenerationselementen 10 belegten Abschnitte der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 zusammen. Die Elementoberfläche 12 der Regenerationselemente 10 ist größer ist als die auf der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 aufliegende Elementauflagefläche 11 der Regenerationselemente 10. Die Elementoberfläche 12 besteht aus allen mit der Umwelt in Kontakt stehenden Flächen des jeweiligen Regenerationselementes 10.
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Zum Aufbau des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1 gemäß 1 wird zunächst die wannenartige Aufnahme 5 durch Entfernen einer Grasnarbe eines Rasenstückes gebildet. Diese wannenartige Aufnahme 5 wird dann mit der den Durchwuchs hemmenden Schicht 8 ausgelegt. Dann wird das Absorberrohr 2 eingebracht und mit (nicht gezeigten) provisorischen Beschwerungen und oder Abstandhaltern (23, 11) gesichert. Anschließend wird die Wärmeleitschicht 3 aus körnigem Schüttgut eingebracht. Hierzu wird beispielsweise Quarzsand in die Aufnahme 5 eingefüllt, wobei dieser solange eingefüllt wird, bis das Absorberrohr 2 mit dem körnigen Schüttgut bedeckt ist. Auf die Schicht aus körnigem Schüttgut wird dann die Schutzschicht 7, beispielsweise ein Vlies aufgelegt. Anschließend wird die Aufnahme 5 noch ca. 3 mm - 10 mm weiter aufgefüllt. Auf der Wärmeleitschicht 3 aus körnigen Schüttgut werden dann die Regenerationselemente 10, in Form von Natursteinblöcken, beabstandet ausgelegt. Optional kann beim Befüllen der Baugrube mit den körnigen Schüttguten dieses mit Wasser eingeschlämmt oder manuell verdichtet werden.
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2 zeigt eine perspektivische Sicht auf eine der Umgebung zugewandten Seite des Flächenabsorbers 1 gemäß 1. Die Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 ist mit acht Natursteinblöcken belegt. Am Übergang zwischen Flächenabsorber 1 und Geländeoberkante 13 sind Übergangselemente 14 vorgesehen, die in dieser Ausführung Rasenkantensteine sind.
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In 3 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1 gezeigt. In dieser Darstellung sind nur die Geländeoberkante 13, die Wärmeleitschicht 3 und die Regenerationselemente 10 gezeigt. In dieser Ausführung sind die Regenerationselemente 10 von gleicher Höhe. Durch die Beabstandung der Regenerationselemente 10 und einer nicht vollständigen Füllung der Fugen zwischen diesen Elementen 10 wird trotz gleicher Höhe der Regenerationselemente 10 eine reliefartige Oberfläche ausgebildet, wobei die wirksame Absorberfläche der Regenerationselemente 10 gegenüber ihrer Elementauflagefläche 11 vergrößert ist. Die Darstellung in 3 ist schematisch zu verstehen.
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In 4 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1 zu sehen. Die Regenerationselemente 10 sind hier aus Pflastersteinen gebildet, wobei die Pflastersteine aus einem Naturstein, vorzugsweise Granit oder Basalt, bestehen und auf der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 aufliegen.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht der der Umwelt zugewandten Seite einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1. Die Regenerationselemente 10 in Form von Pflastersteinen liegen hier schachbrettartig auf der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 auf. Ein ähnliches Muster kann beispielsweise auch mit Rasengittersteinen gebildet werden. Die senkrechten Flächen der Pflastersteine oder die senkrechten Flächen der Ausnehmungen der Rasengittersteine sind Teil der wirksamen Absorberfläche der Regenerationsfläche 4.
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In 6 ist eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1 in einer Aufsicht dargestellt. Die Regenerationselemente 10 sind hier Schotterseiten, die auf der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 aufliegen. Die in Richtung Umwelt zugewandte Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 ist hier vollständig mit den Regenerationselementen 10 belegt, sodass die Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 selbst nicht Teil der Regenerationsfläche 4 ist. Dennoch ist durch die unregelmäßige Lage der Schottersteine eine gegenüber der Elementauflagefläche 11 der Regenerationselemente 10 auf der Wärmeleitschicht 3 eine vergrößerte wirksame Absorberfläche erreicht. Darüber hinaus sind Niederhalterelemente 15 vorgesehen.
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7 zeigt eine Schnittdarstellung des Flächenabsorbers 1 gemäß 6 entlang der Schnittlinie A-A. Zu sehen sind die Geländeoberkante 13, die Wärmeleitschicht 3, das Absorberrohr 2, die Regenerationselemente 10 und ein Niederhalterstein 15. Die Regenerationselemente 10 sind aus Schotter gebildet. Das Niederhalterelement 15 ist als Steinblock ausgebildet und liegt auf einer der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 zugewandten Seite des Absorberrohrs 2 auf. Damit wird eine in Richtung Schwerkraft wirkende Kraft auf das Absorberrohr 2 ausgeübt. Diese Niederhalter 15 sind beispielsweise Basaltsteine mit Kantenlängen von 12 cm × 12 cm ×(30-120) cm. Durch das in 6 dargestellte versetzte Aufliegen der Niederhaltersteine 15 wird das Absorberrohr 2, welches in dieser Ausführung im Abstand von 0,5 - 1 m verlegt ist, sicher niedergehalten.
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In 8 ist eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1 gezeigt. Auch hier weist der Flächenabsorber 1 ein in einer Rohrebene verlegtes Absorberrohr 2, eine aus körnigem Schüttgut gebildete Wärmeleitschicht 3 und eine Regenerationsfläche 4 auf. Die wannenartige Aufnahme 5 wird durch eine über die Grasnarbe hinausreichende Beeteinfassung 16 gebildet. Diese Beeteinfassung 16 kann beispielsweise ein Kunststoffband (z.B. aus Polyethylen - PE) oder ein Metallband sein, welches eine Grasnarbe 17 einer Rasenfläche durchstößt, sodass das Kunststoffband oder Metallband teilweise in der Rasenfläche eingelassen ist. Das Absorberrohr 2 wir dann in der von der Beeteinfassung 16 umschlossenen Fläche verlegt und anschließend mit dem körnigen Schüttgut abgedeckt. Die Höhe der Beeteinfassung 16 ist dabei auf den Durchmesser des Absorberrohrs 2 dahingehend abgestimmt, dass das Absorberrohr 2 in der Wärmeleitschicht 3 eingebettet ist und das körnige Schüttgut der Wärmeleitschicht 3 in der von der Beeteinfassung 16 gebildeten wannenartigen Aufnahme 5 aufgenommen ist. Auch hier ist in der Wärmeleitschicht 3 eine Schutzschicht 7 oberhalb des Absorberrohrs 2 vorgesehen.
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Die Regenerationselemente 10 sind in der dargestellten Ausführung aus Naturstein hergestellte Pflastersteine. Die wannenartige Aufnahme 5 ist mit Vlies ausgekleidet, welches als Durchwuchs hemmende Schicht 8 fungiert. Die Regenerationsfläche 4 wird hier von der der Umwelt zugewandten Oberfläche der Regenerationselemente 10 und der im Bereich zwischen den Regenerationselementen 10 der Umwelt zugewandten Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 gebildet.
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Die 9 stellt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1 dar. Die wannenartige Aufnahme 5 wird hier durch einen auf einer Aufstellfläche 18 aufliegenden Rahmen 19 gebildet. In der wannenartigen Aufnahme 5 ist das Absorberrohr 2 in der Wärmeleitschicht 3 aus Quarzsand eingebettet. Auf der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 liegen die aus würfelähnliche Natursteinen gebildeten Regenerationselemente 10 beabstandet voneinander auf. Der Bereich zwischen den Natursteinen ist mit einer Kies- oder Splittschicht 20 bedeckt. Die Kies- oder Splitschicht 20 ist aber nicht so stark, dass der Bereich zwischen den Natursteinen bis zur Oberkante der Natursteine reicht. Es verbleiben also nach wie vor senkrechte Flächen der Natursteine mit einem direkten Kontakt zur Umwelt. Die wirksame Absorberfläche wird hiermit von den mit der Umwelt in Kontakt stehenden Flächen der würfelähnlichen Natursteine und von der mit der Umwelt in Kontakt stehenden Oberfläche der Kies- bzw. Splittschicht 20 gebildet.
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In 10 ist eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1 gezeigt. Die Wärmeleitschicht 3 ist in eine durch Entfernen der Grasnarbe 17 gebildete wannenartige Aufnahme 5 eingelassen, wobei die Wärmeleitschicht 3 aus einem Quarzsand gebildet ist. Das Absorberrohr 2 ist hochliegend in der Wärmeleitschicht 3 eingebettet. Auf der Oberseite 9 der Wärmeleitschicht 3 sind die Regenerationselemente 10 als Pflastersteine aneinander grenzend angeordnet, wobei sich nebeneinanderliegende Pflastersteine in ihrer Höhe unterscheidend. Damit stehen auch nicht verdeckte senkrechte Seitenflächen der höheren Pflastersteine als Absorberfläche zur Verfügung. Auf der der Oberseite 9 zugewandten Seite des Absorberrohres 2 ist in der Wärmeleitschicht 3 eine Schutzschicht 7 vorgesehen. Diese Schutzschicht 7 ist in dieser Ausführungsform ein Vlies. Auf der der Oberseite 9 gegenüberliegenden Unterseite 21 der Wärmeleitschicht 3 ist eine Durchwuchs hemmende Schicht 8 angeordnet, wobei die in dieser Ausführung auch ein Vlies ist.
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11 zeigt eine Aufsicht auf eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Flächenabsorbers 1. Zu sehen ist die Beeteinfassung 16 auf einer Rasenfläche 22 mit einem innerhalb dieser Beeteinfassung 16 verlegten Absorberrohr 2. Die Wärmleitschicht 3 und die Regenerationselemente 10 sind in dieser Abbildung nicht dargestellt. Das Absorberrohr 2 ist schlaufenförmig in der von der Beeteinfassung 16 gebildeten wannenartigen Aufnahme 5 verlegt. Zwischen den Absorberrohrabschnitten sind senkrecht zum Verlauf der Absorberrohrabschnitte angeordnete Abstandshalter 23 vorgesehen, die einen zwischen nebeneinander liegende Absorberrohrabschnitten definierten Abstand sicherstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flächenabsorber
- 2
- Absorberrohr
- 3
- Wärmeleitschicht
- 4
- Regenerationsfläche
- 5
- wannenartige Aufnahme
- 6
- Erdreich
- 7
- Schutzschicht
- 8
- Durchwuchs hemmende Schicht
- 9
- Oberseite
- 10
- Regenerationselement
- 11
- Elementauflagefläche
- 12
- Elementoberfläche
- 13
- Geländeoberkante
- 14
- Randelement
- 15
- Niederhalterelement
- 16
- Beeteinfassung
- 17
- Grasnarbe
- 18
- Auflagefläche
- 19
- Rahmen
- 20
- Kies- oder Splittschicht
- 21
- Unterseite
- 22
- Rasenfläche
- 23
- Abstandshalter
