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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Installation eines wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkten Energiespeichers und ein Verfahren zur Installation eines wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkten Energiespeichers mit einer derartigen Anordnung.
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Die Verwendung fossiler Energieträger ist nicht nur zunehmend unwirtschaftlich, sondern wird auch aufgrund der damit verbundenen negativen Auswirkungen auf das Klima zunehmend in Frage gestellt. Neben einer Steigerung der Nutzung regenerativer Energiequellen sind zunehmend auch effiziente Systeme zur Energiespeicherung von Nöten, die in Kombination mit intelligenten Steuerungen beispielsweise beim Heizen von Gebäuden oder beim Kühlen von Anlagen für einen reduzierten Energieverbrauch sorgen können. Aufgrund derartiger Maßnahmen lässt sich unabhängig vom verwendeten Energieträger ein hohes Einsparpotential schaffen, was auch die damit verbundenen Installationskosten auffängt.
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Aus der
DE 29 26 610 A1 ist ein Speicher zur Bereitstellung der Eingangswärmeenergie auf niederem Temperaturniveau für Wärmepumpenanlagen bekannt, die diese Energie aufnehmen und auf höherem Temperaturniveau wieder abgeben. Dabei ist ein Wasserbecken so gestaltet, dass sein Wasserinhalt ohne Beckenbeschädigung einfrieren kann und dass ein am Beckenboden befindliches oder in den Beckenboden eingelassenes Wärmetauschersystem erlaubt, die Abkühlungs- und Gefrierwärme dieses Beckens der Kaltseite einer Wärmepumpe zuzuführen.
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Neben der Verwendung eines künstlichen Wasserbeckens ist es auch bekannt, natürliche Gewässer als Speichermedium zu nutzen. So ist aus der
DE 10 2015 104 909 B3 ein Energiespeicher bekannt, der einen Wärmetauscher aufweist, der auf einem vorzugweise über eine erste Zuleitung mit Wasser befüllbarem, als See ausgebildetem Unterbecken schwimmend angeordnet ist, wobei über eine zweite Zuleitung Wasser aus dem Unterbecken und über eine dritte Zuleitung den Wärmetauscher durchdringendes Kühlmittel einer Wärmepumpe in getrennten Kreisläufen zuführbar ist, so dass Energie über den Wärmetauscher unter Vereisung des Wassers des Unterbeckens oder in Form von sensibler Wärme aus dem Wasser des Unterbeckens entnehmbar und an einen Verbraucher zur Wärmeabgabe und/oder zur Kälteabgabe weiterleitbar ist.
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Desweiteren ist aus der
DE 10 2015 121 177 A1 eine schwimmende Vorrichtung zum Einbringen von Wärmeenergie in ein Gewässer sowie zum Entziehen von Wärmeenergie aus dem Gewässer bekannt, die einen Wasserwärmetauscher aufweist, der nach dem Einsetzen der Vorrichtung in das Gewässer in dieses eintaucht und einen Zulauf und einen Ablauf für eine Wärmeträgerflüssigkeit aufweist, die Wärmeenergie an das Gewässer abgeben oder dem Gewässer Wärmeenergie entziehen kann. Die Vorrichtung weist darüber hinaus einen Luftwärmetauscher auf, der von Umgebungsluft durchdrungen werden kann und darüber hinaus einen Einlass für aus dem Gewässer stammendes Wasser mit einem entsprechenden Auslass aufweist, so dass Wasser aus dem Gewässer durch den Luftwärmetauscher strömen kann, wobei Wärmeenergie zwischen der dem Luftwärmetauscher durchströmenden Umgebungsluft und dem den Luftwärmetauscher durchströmenden Wasser übertragbar ist.
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Bei der Verwendung eines künstlichen Wasserbeckens sind bereits spezielle Einrichtungen vorgeschlagen worden, die die Installation eines derartigen Wasserbeckens erleichtern sollen.
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Zur Installation im Boden wurde demnach in der
WO 2019/076978 A1 ein Becken vorgeschlagen, das mit zwei miteinander verbundenen und eine Beckenwandung ausbildenden Seitensegmenten ausgebildet ist, die jeweils eine Wandplatte, die einen Füllraum des Beckens begrenzt, und eine an einer dem Füllraum abgewandten Außenseite der Wandplatte angeordnete Fülltasche zur Befüllung mit Beton umfassen. Des Weiteren weist das Becken ein Gerüst auf, das zwei voneinander beabstandete Vertikalstützen und eine Horizontalstütze umfasst, die die beiden Vertikalstützen miteinander verbindet bzw. diese in einem fixen Abstand zueinander hält. Die Seitensegmente sind derart mit dem Gerüst verbunden, dass diese zum Befüllen der Fülltaschen mit Beton vom Gerüst in einer Vertikalposition gehalten sind.
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Die
DE 20 2010 015 153 U1 betrifft einen in einem natürlichen Wärmekörper angeordneten stehenden Fluidwärmeaustauscher, der einen stehenden Relaisstation-Fluidspeichertank aufweist und vertikal oder schräg anliegend oder vollständig oder teilweise eingesetzt im natürlichen Wärmekörper angeordnet ist, wobei der Relaisstation-Fluidspeichertank mindestens eine Fluideintrittsöffnung und mindestens eine Fluidaustrittsöffnung aufweist, ein durchfließendes wärmeleitendes Fluid (wie Leitungswasser, Fluß-, See- oder Meerwasser) zwischenspeichert und als Hilfsfluidspeichertank für seichen Wärmekörper dient, wobei im Relaisstation-Fluidspeichertank eine Wärmeaustauscheinrichtung angeordnet ist, die mindestens ein Fluidrohr für ein wärmeleitendes Fluid aufweist, das mit dem Fluid im Relaisstation-Fluidspeichertank einen Wärmeaustausch durchführen kann, und wobei das Fluid im Relaisstation-Fluidspeichertank dann mit dem natürlichen Wärmekörper, wie Erde der dünnen Erdoberfläche, See, Fluß, Meer, Stausee oder künstliche Fluidspeicheranlage, wie Reservoir oder Teich, einen Wärmeaustausch durchführt. In einem Ausführungsbeispiel bildet der Relaisstation-Fluidspeichertank zwei längere Stufen, wobei die obere Stufe größer ist und die untere Stufe kleiner ist, und wobei die größere obere Stufe des Relaisstation-Fluidspeichertanks von einem Gestell gestützt wird und die kleinere untere Stufe in den natürlichen Wärmekörper eingesetzt wird.
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Die
DE 10 2012 101 541 A1 betrifft einen bodengebundenen Wärmespeicher aufweisend eine Bodenfläche, eine Deckfläche und eine Wandfläche. Mindestens die Wandfläche weist eine Mehrzahl einzelner Wandsegmente auf, und mindestens ein Wärmetauscher ist innerhalb des Wärmespeichers vorgesehen. Der Wärmespeicher weist unter Betriebsbedingungen eine Festkörperfüllung auf. Um einen effizienten Wärmespeicher anzugeben, weisen ein oder mehrere Wandsegmente jeweils mindestens einen Wärmetauscher auf. Der Wärmespeicher ist teilweise ins Erdreich eingesenkt und umfasst eine Hülse und eine Abstützung der Hülse.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik haben sich die Erfinder nun die Aufgabe gestellt, eine Anordnung und ein Verfahren zur Installation eines wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkten Energiespeichers zu schaffen, nach denen der Energiespeichers besonders einfach und kostengünstig zu installieren ist und insbesondere die Verwendung speziell bereitzustellender Maschinen oder Transportmittel entbehrlich macht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung zur Installation eines wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkten Energiespeichers umfassend eine Hülse und eine verstellbare Abstützung der Hülse angegeben, wobei die Abstützung eine Vielzahl von schwenkbaren und umlaufenden Haltestreben um fasst, die entlang wenigstens einer Schwenkachse übereinanderliegend entlang einer Längsachse angeordnet sind und die sich von einer ersten Position mit einer ersten Außenform in eine zweite Position mit einer zweiten Außenform verlagern lassen, wobei die zweite Außenform ein größeres Volumen als die erste Außenform umschließt und die zweite Außenform einer Innenform der Hülse entspricht, in die der Energiespeicher einsetzbar ist, wobei die Hülse wenigstens teilweise in dem Erdreich versenkt ist und vor dem Einsetzen des Energiespeichers in ihr Inneres durch die Abstützung formstabil gehalten ist.
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Demnach wird erfindungsgemäß eine Anordnung aus Hülse und verstellbarer Abstützung verwendet, die bis zum Einsetzen des Energiespeichers in das Innere der Hülse einen formstabilen Aufbau der Anordnung ermöglicht, so dass das ansonsten im Stand der Technik übliche Verbauen der Baugrube umgangen werden kann. Desweiteren ist es gemäß der Erfindung auch nicht notwendig, Schalungen, Gerüste oder dergleichen in die Baugrube einzubringen, was deren Arbeitsraum zusätzlich einschränken würde. Nachdem die Hülse, die bezüglich ihrer Innenabmessungen auf den später einzusetzenden Energiespeicher abgestimmt ist, an der dafür vorgesehenen Position angeordnet wurde, wird das dadurch definierte Volumen von der verstellbaren Abstützung im Inneren der Hülse gehalten, so dass auch ein seitlich wirkender Druck keine Veränderungen mehr hervorrufen kann, bis der Energiespeicher anstelle der verstellbaren Abstützung in das Innere der Hülse eingesetzt wird. Da der Energiespeicher typischerweise mit Wasser als Speichermedium arbeitet, ist im späteren Betrieb ein Gegendruck zu dem auf die Seitenwände der Hülse einwirkenden Druckkräfte des Erdreichs gegeben, so dass dann keine weiteren Abstützungen mehr nötig sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Vorbereitungen zum Einsatz eines Energiespeichers, welche auch die Verlegung von Rohrleitungen und anderen Installationsleitungen beinhalten können, zu einem frühen Zeitpunkt während einer Bauphase vorzunehmen, so dass nach Abschluss der Baumaßnahmen lediglich ein bereits fertig montierter Energiespeicher die verstellbare Abstützung ersetzen kann. Da sich die Abstützung entlang von wenigstens einer Schwenkachse verschwenken lässt, ist es möglich, ein radiales Außenmaß so zu wählen, dass die Abstützung auf einer Ladefläche eines Lastkraftwagens transportiert werden kann, so dass kein Sondertransport von überbreiten Gütern notwendig wird, was mit zusätzlichen Kosten verbunden wäre. Die Hülse kann soweit elastisch sein, dass ihr Außenmaß ebenfalls auf Durchfahrtsbreiten konventioneller Fahrzeuge abgestimmt sein kann. Da die erfindungsgemäße Anordnung somit einfach zu transportieren ist, können auch in Wohngebieten oder an schwer zugänglichen Stellen entsprechende Aufstellorte für Energiespeicher genutzt werden. Sofern der Energiespeicher bezüglich seiner Außenabmessungen standardisierte Dimensionen aufweist, kann die verstellbare Abstützung mehrfach verwendet werden, so dass ihr Einsatz nicht auf einen konkreten Energiespeicher begrenzt ist. Im Vergleich zum Auskleiden einer Baugrube mittels entsprechenden Verbaumaßnahmen oder Bereitstellen eines Beckens mit Betonwänden stellt die erfindungsgemäße Anordnung eine kosteneffiziente und einfache Maßnahme dar, die auch durch lokale Bauunternehmen durchgeführt werden kann, ohne dabei auf spezielle Transportvorrichtungen oder Maschinen angewiesen zu sein. Die Erfindung könnte daher zur weiteren Verbreitung von Energiespeichern beitragen, was bezüglich der Reduzierung von klimaschädlichen Gasen und energieeffizienten Heizen bzw. Kühlen wünschenswert wäre.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hülse als Kunststoffbahn bereitgestellt, die an ihren Enden an einer Längsnaht verbunden ist. Dabei kann die Kunststoffbahn entlang der Längsnaht verschweißt sein.
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Es ist nicht erforderlich, die Hülse als bereits fertiggestelltes Bauteil an den Einsatzort zu transportieren, da am Aufstellort durch das Verbinden der Enden der Kunststoffbahn an den Längsseiten die endgültige Außenform der Hülse geschaffen werden kann. Dies ermöglicht einen platzsparenden Transport der Hülse, da die Kunststoffbahn in einer Art aufgerollten Zustand an den Einsatzort transportiert werden kann. Neben dem Verbinden an ihren Enden der Längsnaht mittels Verschweißen wäre auch ein Verkleben oder ein Verschrauben denkbar. Andere Verbindungsmöglichkeiten sind jedoch nicht ausgeschlossen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwei Schwenkachsen vorgesehen, die mit ersten Segmenten von Haltestreben verbunden sind, wobei sich an die erste Schwenkachse zweite Segmente von Haltestreben und an die zweite Schwenkachse dritte Segmente von Haltestreben anschließen.
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Gemäß dieser Ausführungsform werden die Haltestreben dreiteilig ausgebildet und weisen daher erste, zweite und dritte Segmente auf. Zwischen den Schwenkachsen sind die ersten Segmente angeordnet, an die sich jeweils zweite bzw. dritte Segmente anschließen, so dass insgesamt ein kreisförmiger oder nahezu kreisförmiger Aufbau der Haltestreben erreicht werden kann, sofern diese in die zweite Position mit der zweiten Außenform verlagert sind. Demnach ergibt sich insgesamt ein geringes Volumen in der ersten Position mit verschwenkten Haltestreben, wobei hier jeweils ein erstes Segment mit einem zweiten Segment an der ersten Schwenkachse und ein erstes Segment mit dem dritten Segment an der zweiten Schwenkachse verschwenkbar ist. Das erste Segment kann bezüglich seiner Ausdehnung so gewählt werden, dass es in etwa ein Drittel des Umfangs der Haltestreben abdeckt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die zweiten Segmente und die dritten Segmente von Haltestreben an ihren den jeweiligen Schwenkachsen abgewandten Enden miteinander verstellbar verbunden. Die Segmente können dabei insbesondere mittels verstellbarer Gewindestangen verbunden sein.
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Demnach ist das Überführen von der ersten Position zur zweiten Position beim Einsetzen der Abstützung bzw. von der zweiten Position zur ersten Position beim Entfernen der Abstützung aus dem Inneren der Hülle durch einen Verstellmechanismus gewährleistet, der so ausgestaltet sein kann, dass jede Haltestrebe einzeln oder auch in größeren Gruppen oder insgesamt verschwenkbar sind. Insbesondere das Anbringen verstellbarer Gewindestangen, über die durch eine entsprechende Drehbewegung eine Verlagerung der Segmente zueinander erfolgen kann, stellt eine einfache und dennoch zuverlässige Möglichkeit dar, die Enden der zweiten bzw. dritten Segmente der Haltestreben relativ zueinander zu bewegen. Eine derartige Verschwenkung der Segmente kann beispielsweise durch einen Monteur vorgenommen werden, der dazu in das Innere der Abstützung steigt, um den Verstellmechanismus beispielsweise in Form der verstellbaren Gewindestangen zu bedienen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Haltestreben flächig und zumindest an ihrer Außenseite in Form von Teilkreisringen ausgebildet. Dabei können die Haltestreben als vorgefertigte Metallteile ausgebildet sein.
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Die Außenseite der Haltestreben folgt dabei der gewünschten Innenform der Hülse, die typischerweise als Kreiszylinder ausgebildet werden soll. Andere, von einer Kreisfläche abweichende Querschnitte, sind jedoch nicht ausgeschlossen, wären jedoch unüblich. Hierbei können die Haltestreben in Form von Metallprofilen als vorgefertigte Metallteile bereitgestellt sein, deren Hauptflächen in Längsrichtung weisen, so dass lediglich die Seitenkanten mit der Innenfläche der Hülse in Berührung sind. Eine großflächige Abstützung der Innenhülse ist nicht erforderlich, wie Versuche gezeigt haben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Vielzahl von Haltestreben parallel zueinander angeordnet.
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Eine Vielzahl von Haltestreben, die vorzugsweise unter vorgegebenen Abständen parallel zueinander angeordnet sind, ermöglichen das Abstützen der Innenfläche der Hülse an mehreren Umfangspositionen, so dass nur eine geringe Einbuchtung der Hülse bis zum Einsetzen des Energiespeichers erfolgen kann. Die Einbuchtung ist dabei so gering, dass die Abstützung nach Verschwenken der Haltestreben von der zweiten Position in die erste Position überwunden werden kann, d. h. eine Entnahme der Abstützung möglich ist. Insbesondere bei einer Hülse aus Kunststoffmaterial ist ein geringes Einbuchten jedoch unschädlich, so dass insgesamt die Stabilität der Anordnung gewährleistet bleibt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ragen die Schwenkachsen an ihrer dem Boden des Erdreichs abgewandten Seite über die Haltestreben hinaus und sind mit einer Aufnahme für einen Abschlussträger versehen, der bis zum Einsetzen des Energiespeichers mit einer Abdeckung der Hülse versehen sein kann.
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Nachdem die Hülse zusammen mit der Abstützung in die Baugrube eingebracht sind, ist es erfindungsgemäß möglich, den dabei entstehenden Hohlraum über eine geeignete Abdeckung zu verschließen, die befahrbar oder zumindest begehbar ausgestaltet sein kann. Die Abdeckung ruht auf einem Abschlussträger, der mit den Schwenkachsen verbunden ist, so dass keine Belastung auf die Haltestreben durch Befahren oder Begehen ausgeübt wird. Da die Schwenkachsen auf der gegenüberliegenden Seite direkt auf einem typischerweise als Betonfundament ausgebildeten Boden liegen, ist eine Kraftaufnahme über die Abschlussträger und die Schwenkachsen ohne weiteres möglich. Aus Gründen der Arbeitssicherheit kann daher die Innenhülse nebst Abstützung verschlossen werden, so dass keine zusätzliche Sicherung erfolgen muss und dennoch keine Gefahr besteht, dass unbeabsichtigt Gegenstände, Tiere oder Personen in das Innere der Hülse gelangen.
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Des Weiteren können zusätzlich oder auch alternativ auf einer der Schwenkachsen abgewandten Seite zusätzliche vertikale Streben angeordnet sein, die vorzugsweise die Abdeckung der Hülse zusätzlich oder auch allein tragen können.
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Gemäß der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Installation eines wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkten Energiespeichers mit einer oben beschriebenen Anordnung geschaffen, wobei nach Aushub einer Einsenkung in einem Erdreich die Hülse eingesetzt wird, anschließend die Abstützung in ihrer ersten Position in das Innere der Hülse eingeführt wird und die Abstützung bis zum Einsetzen des Energiespeichers in ihre zweite Position gebracht wird und dort verbleibt, bis der Energiespeicher eingesetzt wird.
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Die Abstützung dient demnach als temporäre Versteifung der Hülse und kann nach Einsetzen des Energiespeichers auch für weitere Projekte verwendet werden.
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Der Bereich zwischen Hülse und umliegenden Erdreich außerhalb der Baugrube kann vorzugsweise mit selbst komprimierbarem Schüttgut befüllt werden, wobei es in anderen Ausführungsformen ebenso möglich ist, den Bereich außerhalb der Hülse mit Erdreich zu füllen, in das eine oder mehrere Lagen eines Textilgewebes, beispielsweise eines Vliesstoffes, eingebracht wurden, die das nun eingebrachte Erdreich in der Baugrube stabilisieren können. Das Textilgewebe kann auch mit der Hülse verbunden sein. Hierzu ist es denkbar, geeignete Verankerungspunkte, wie Haken oder dergleichen anzubringen, die beispielsweise aufgeklebt oder angeschraubt sein können.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung aus Hülse und Abstützung,
- 2 eine weitere Ausführungsform einer Hülse in einer perspektivischen Seitenansicht,
- 3 eine weitere Ausführungsform einer Hülse in einer perspektivischen Seitenansicht,
- 4 die Anordnung aus 1 in einer weiteren perspektivischen Seitenansicht,
- 5 die Anordnung aus 4 in einer weiteren perspektivischen Seitenansicht,
- 6 einen Energiespeicher in einer perspektivischen Seitenansicht zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Anordnung,
- 7 Bestandteile einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in einer perspektivischen Seitenansicht,
- 8 eine erfindungsgemäße Anordnung in einer Draufsicht von einer Unterseite, und
- 9 die erfindungsgemäße Anordnung aus 8 in einer Draufsicht von einer Oberseite.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird nachfolgend eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 2 beschrieben. In 1 ist die erfindungsgemäße Anordnung 2 in einer perspektivischen Seitenansicht dargestellt, wobei die Anordnung 2 eine Hülse 4 umfasst, die im gezeigten Beispiel eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist.
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Die Hülse 4 kann als Kunststoffbahn bereitgestellt sein, die aus einem dünnen flächigen und biegsamen Material besteht. Die Kunststoffbahn kann dabei an ihren Enden so zusammengefügt sein, dass sich eine Längsnaht 6 ergibt, die beispielsweise entlang der axialen Richtung der zylinderförmigen Hülse 4 angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen ist es jedoch möglich, die Längsnaht 6 in anderen Orientierungen oder auch in Zick-Zack-Form oder dergleichen anzuordnen. Die Kunststoffbahn kann entlang der Längsnaht 6 beispielsweise verschweißt sein.
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Die Hülse 4 ist bezüglich ihrer Innenabmessung der Innenfläche 8 so geformt, dass später ein Energiespeicher eingeführt werden kann. Üblicherweise werden Energiespeicher in einem Erdreich angebracht, wobei, wie eingangs erwähnt, ein Speichermedium in Form von Flüssigkeit, insbesondere Wasser, vorhanden ist, der Wärme hinzugefügt oder entnommen werden kann. Zur Installation des Energiespeichers wird daher zunächst eine Baugrube erstellt werden, die auf ihrer Unterseite mit einem typischerweise betonierten Fundament versehen wird. Auf dieses Fundament wird die Hülse 4 mit ihrer Unterseite 10 aufgestellt. Bevor die Baugrube nun wieder außerhalb der Hülse 4 verschlossen werden kann, wird der Bereich zwischen einer Außenfläche 12 der Hülse 4 und einer Böschung der nicht in 1 dargestellten Baugrube mit Material gefüllt werden, so dass nun über die Außenfläche 12 der Hülse 4 seitliche Kräfte auf die Hülse 4 wirken würden, die bei einem dünnen flächigen Kunststoffmaterial zu einer Verformung der Hülse 4 führen würden.
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Um dieser Belastung entgegenzuwirken, wird vor Einbringen des Füllmaterials an der Außenfläche 12 zunächst eine Abstützung 14 bereitgestellt, die über eine Einschubrichtung 16 in das Innere 18 der Hülse 4 gebracht wird. Die Abstützung 14 weist dabei eine Außenform auf, die mit der Innenfläche 8 der Hülse 4 korrespondiert.
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Um ein Abstützen der Innenfläche 8 der Hülse 4 zu erreichen, ist es jedoch nicht notwendig, die Innenfläche 8 vollständig im Inneren 18 der Hülse 4 mit einer Abstützung auszukleiden, da eine lediglich an einigen Stellen wirkende Abstützung vollkommen ausreichend ist, um nach Einbringen eines Füllmaterials an der Außenfläche 12 der Hülse 4 für die nötige Stabilität zu sorgen. Die Abstützung 14 weist daher bezüglich ihrer Außenform nicht die Gestalt eines Volumenkörpers auf, sondern ist aus einer Vielzahl von Haltestreben 20 aufgebaut, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, so dass sie in bestimmten Höhen auf die Innenfläche 8 der Hülse 4 wirken. Die Haltestreben 20 können dabei wie in 1 gezeigt ist, äquidistant angeordnet sein, wobei in anderen Ausführungsformen auch eine andere Gestalt gewählt sein kann.
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Die Abstützung 14 kann bezüglich ihrer Außenform verändert werden, wofür eine erste Schwenkachse 22 und eine zweite Schwenkachse 24 vorgesehen sind, die entlang einer parallel zur Einschubrichtung 16 gewählten Längsrichtung angeordnet sind. Durch die erste Schwenkachse 22 und die zweite Schwenkachse 24 werden die Haltestreben 20 in ein erstes Segment 26, ein zweites Segment 28 und ein drittes Segment 30 aufgeteilt. Die Haltestreben 20 können daher um die erste Schwenkachse 22 bezüglich des ersten Segments 26 und des zweiten Segments 28 geschwenkt werden, während bezüglich der zweiten Schwenkachse 24 ein Verschwenken des ersten Segments 26 und des dritten Segments 30 möglich ist. Das der ersten Schwenkachse 22 abgewandte Ende des zweiten Segments 28 und das der zweiten Schwenkachse 24 abgewandte Ende des dritten Segments 30 der Haltestreben 20 sind über eine Verstelleinrichtung 32 miteinander so verbunden, dass die Enden aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegt werden können. Daher kann bei maximalem Verschwenken der Enden zueinander eine Außenform der Abstützung 14 erreicht werden, die kleiner ist als die Innenabmessung der Hülse 4.
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In dieser ersten Position kann die Abstützung 14 auf einfache Weise in das Innere 18 der Hülse 4 gebracht werden, so dass, nachdem diese über die Einschubrichtung 16 eingesetzt wurde, die Verstelleinrichtung 32 derart betätigt wird, dass die Enden nun voneinander weg bewegt werden, so dass die Abstützung 14 in eine zweite Position gelangt, bei der ihre Außenform der Innenfläche 8 der Hülse 4 entspricht. Diese zweite Außenform ist zur Verdeutlichung in 1 dargestellt. Die erste Schwenkachse 22 und die zweite Schwenkachse 24 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als vertikal angeordnete Streben ausgeführt, die von den jeweiligen Segmenten der Haltestreben 20 umschlossen sind. Die Haltestreben 20 werden vorteilhaft als vorgefertigte Metallteile bereitgestellt, die zumindest bezüglich ihrer Außenform in Form von Teilkreisringen ausgebildet sind, so dass sie mit der zylindrischen Innenfläche 8 der Hülse 4 korrespond ieren.
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Die erste Schwenkachse 22 und die zweite Schwenkachse 24 ruhen nach Einsetzen der Abstützung 14 in das Innere der Hülse 4 auf dem oben beschriebenen Fundament. An ihrem gegenüberliegenden Ende, das auf dem Niveau der Oberkante der Baugrube liegt, kann zusätzlich ein Abschlussträger 34 vorgesehen sein, wofür die erste Schwenkachse 22 und die zweite Schwenkachse 24 etwas über die letzte Haltestrebe 20 hinaus ragen und mit einer entsprechenden Aufnahme 36 versehen sind.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass weitere vertikale Streben 38 parallel zu den Schwenkachsen 22 und 24 angeordnet sind, die ebenfalls über eine geeignete Aufnahme 40 eine Verbindung zu dem Abschlussträger 34 eingehen. Die zusätzlichen vertikalen Streben 38 werden bevorzugt im Bereich der Enden des zweiten Segments 28 bzw. des dritten Segments 30 der Haltestreben 20 angeordnet sein, da dieser Bereich nicht mehr von den Schwenkachsen 22 und 24 unterstützt wird. Der Abschlussträger kann, wie weiter unten noch näher erläutert wird, mit einer Abdeckung versehen sein, um das Innere 18 der Hülse 4 auch bei eingebrachter Abstützung 14 zu verschließen, so dass keine Gegenstände, Tiere oder Menschen in das Innere 18 fallen können. Die mechanische Stabilität über die Schwenkachsen 22 und 24 sowie den zusätzlichen vertikalen Streben 38 kann so gewählt sein, dass die Abdeckung befahrbar oder begehbar ist.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird nachfolgend eine weitere Ausführungsform der Hülse 4 dargestellt. In dieser Ausführungsform weist die Hülse 4 einen Anschlusskasten 42 sowie eine Durchleitung 44 auf, die entsprechende Anschlussleitungen für den Energiespeicher enthalten, so dass nach Einbringen der Hülse 4 in die Baugrube bereits eine Verbindung mit einer Wärmepumpe oder dergleichen im Inneren eines Gebäudes geschaffen werden kann, bevor die Baugrube verschlossen wird. Dies erleichtert die spätere Installation des Energiespeichers erheblich und benötigt insbesondere keine erneute Öffnung des Erdreichs. Im Bereich der Außenfläche 12 wird typischerweise ein Auffüllen der Baugrube mit einem selbstkomprimierbaren Schüttgut durchgeführt werden, um die auf die Hülse 4 auch bei eingebrachter Abstützung 14 wirkenden Kräfte gering zu halten.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 2 mit der Hülse 4 gezeigt, wobei zusätzlich zu der in 2 bereits erläuterten Anschlussmöglichkeiten für den Energiespeicher in Form des Anschlusskastens 42 und der Durchleitung 44 mehrere Ebenen eines Textilgewebes 46 angedeutet sind, die die Außenfläche 12 der Hülse 4 umgeben. Das Textilgewebe 46 kann dabei bis an die Außenfläche 12 der Hülse 4 reichen, wobei die einzelnen dargestellten Bahnen sukzessive bei Auffüllen mit Erdreich eingebracht werden, um den Außenbereich zwischen Hülse 4 und der Böschung der Baugrube beim Befüllen zu stabilisieren. Das Textilgewebe 46 kann auch über geeignete Haken oder dergleichen mit der Hülse 4 verbunden sein. Des Weiteren ist in 3 ein bei Fertigstellung der Baugrube erzeugte Fundament 48 zu erkennen, welches beispielsweise in Form eines Betonsockels oder dergleichen ausgebildet sein kann. Desweiteren ist in 3 zumindest der Deckel eines Energiespeichers 50 zu erkennen.
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Bevor jedoch ein Energiespeicher in das Innere der Hülse 4 gebracht werden kann, sind die nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschriebenen Schritte durchzuführen.
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Der Ausgangspunkt ist nun in 4 dargestellt, d. h. die Abstützung 14 ist nun im Inneren der Hülse 4 angeordnet und die Hülse 4 wird im Außenbereich mit Erdreich oder Schüttgut verfüllt. In diesem Stadium sind die Anschlussleitungen bereits zu einem Gebäude gelegt worden. Nachdem nun die Versorgung des Gebäudes mit einem Energiespeicher fertiggestellt werden soll, erfolgt eine Anlieferung und die Abstützung 14 wird aus dem Inneren der Hülse 4 entfernt.
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Dies ist in 5 dargestellt. Man erkennt, dass die Abstützung 14 entlang der Ausführrichtung 16' nun aus dem Inneren 18 der Hülse 4 entnommen werden kann, wobei, wie oben beschrieben, bereits die Verstelleinrichtungen 32 entsprechend betätigt werden können, so dass sich die Haltestreben 20 in der ersten Position befinden können. Das Innere 18 der Hülse 4 ist nun freigelegt, so dass in das Innere 18 ein Energiespeicher 50 eingebracht werden kann. Der kurzfristig auf die Hülse 4 wirkende Druck des umgebenden Erdreichs ist unschädlich, da keine Zeitabstände zwischen dem Entfernen der Abstützung 14 und dem Einbringen eines Energiespeichers 50 erfolgen.
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Unter Bezugnahme auf 6 ist beispielhaft ein Energiespeicher 50 gezeigt, der lediglich zur Verdeutlichung kurz skizziert wird. Die eigentliche Ausgestaltung des Energiespeichers 50 ist jedoch nicht Gegenstand dieser Erfindung. Der Energiespeicher kann nach oben hin, d. h. nach Einbringen in die Hülse 4 über einen Deckel 52 verschlossen sein, wobei unterhalb des Deckels 52 ein erster Wärmetauscher 54 angeordnet ist, der Energie von der Umgebungsluft aufnimmt bzw. an diese abgibt. Dazu ist der Deckel 52 mit einer umlaufenden Öffnung 56 versehen, so dass Luft vom Seitenrand des Deckels 52 über die Öffnung 56 mit der Umgebung ausgetauscht werden kann. Im unteren Bereich weist der Energiespeicher 50 einen zweiten Wärmetauscher 58 auf, der aus einer Vielzahl von Rohren besteht, die in einem Flüssigkeitsbecken liegen und mit dieser Flüssigkeit Energie austauschen können. Das Flüssigkeitsbecken wird beim Energiespeicher 50 über eine Folie 60 gebildet, die einen nicht dargestellten Boden aufweist und eine zylindrische Außenfläche annehmen kann.
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Nach Einsetzen des Energiespeichers 50 in das Innere der oben beschriebenen Hülse 4 wird das Flüssigkeitsreservoir beispielsweise mit Wasser gefüllt werden, so dass die Folie 60 einen Gegendruck auf der Innenfläche 8 der Hülse 4 ausüben kann, so dass kein Ausbeulen der dünnwandigen Hülse 4 zu erwarten ist. Im Bereich des ersten Wärmetauschers 54 herrscht nur ein geringer seitlicher Druck, so dass hier keine weitere Abstützung mehr nötig ist. Des Weiteren ist es in anderen Ausführungsformen auch möglich, dass der erste Wärmetauscher 54 oberhalb der Oberkante des Erdreichs angeordnet wird und beispielsweise mittels eines geeigneten Gitters oder dergleichen verschlossen wird.
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Unter Bezugnahme auf 7 sind Teile der Anordnung nochmals in anderer Darstellung gezeigt. Hier folgt nun eine perspektivische Darstellung von einer Unterseite her, wobei lediglich die Abstützung 14 ohne Hülse 4 dargestellt ist. Zusätzlich ist noch eine bereits oben beschriebene Abdeckung 66 gezeigt, die auf dem Abschlussträger 34 ruht, um das Innere der Abstützung 14 vor Installation eines Energiespeichers 50 zu verschließen. Desweiteren ist die Lage der vertikalen Streben 38 sowie der einzelnen Segmente 26, 28 und 30 der Haltestreben 20 zu erkennen, die um die erste bzw. zweite Schwenkachse 22 und 24 parallel zueinander angeordnet sind.
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Unter Bezugnahme auf 8 ist nun eine Draufsicht der Ausführungsform gemäß 7 von der Unterseite aus gezeigt. Man erkennt, dass die Verstelleinrichtung 32 sowohl mit dem zweiten Segment 28 als auch mit dem dritten Segment 30 verbunden ist, wozu die Segmente 28, 30 jeweils eine entsprechende Anschlussvorrichtung 68 bzw. 70 aufweisen. Die erste Anschlussvorrichtung 68 ist mit dem zweiten Segment 28 zugeordnet und mit einer ersten Gewindestange 72 verbunden. Die zweite Anschlussvorrichtung 70 ist dem dritten Segment 30 zugeordnet und mit einer zweiten Gewindestange 74 versehen. Die beiden Gewindestangen 72 und 74 werden über eine längliche Überwurfmutter 76 miteinander verbunden, so dass die beiden Segmente 28 und 30 durch Betätigen der Überwurfmutter gegeneinander verlagert werden können. Wie 8 zu entnehmen ist, bildet die Verstelleinrichtung 32 mit den zusätzlichen Streben 38 eine Einheit.
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Unter Bezugnahme auf 9 ist nochmals eine Draufsicht von der Oberseite aus gezeigt, die nach Abschluss mit der Abdeckung 66 eine Ebene mit dem umgebenden Erdreich bildet. Man erkennt, dass die Abdeckung 66 über die beiden Schwenkachsen 22 und 24 sowie die zusätzlichen vertikalen Streben 38 an mehreren Positionen am Abschlussträger 34 unterstützt wird, so dass die Abdeckung 66 stabil auf der Abstützung 14 ruht, wobei die Abdeckung 66 so ausgeführt sein kann, dass diese begehbar oder auch befahrbar ist. Durch die Abdeckung 66 kann verhindert werden, dass bis zur Installation des Energiespeichers 50 Gegenstände, Tiere oder Menschen in das Innere der Hülse gelangen können. Ebenso ist das Innere der Hülse gegen Umwelteinflüsse geschützt, so dass insbesondere keine Niederschläge, wie Regen oder Schnee direkt in das Innere der Hülse gelangen können bzw. Verunreinigungen oder achtlos weggeworfene Gegenstände eingeführt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es daher, bereits zu einer frühzeitigen Bauphase eine Installation eines Energiespeichers 50 vorzubereiten, wobei lediglich einfache Tiefbauarbeiten erfolgen müssen, die anderen Arbeiten vorgelagert werden können.
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Die mechanisch empfindlichen Komponenten, wie der Energiespeicher 50 selbst, werden erst nach Abschluss der Außenarbeiten installiert, so dass keine Gefahr besteht, dass dieser durch andere Arbeiten beschädigt wird. Im Vergleich dazu wären andere Installationen, wie ein betoniertes Flüssigkeitsreservoir, das Bereitstellen von Betonfertigteilen oder entsprechende Verbaumaßnahmen deutlich aufwändiger, so dass die Installation eines Energiespeichers 50 gemäß der Erfindung kostengünstiger vorgenommen werden kann. Durch das Verlagern der Haltesegmente sowie das Einrollen der Hülle ist auch ein platzsparender Transport der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, so dass keine speziellen Schwertransporte oder dergleichen vorgenommen werden müssen, was ebenfalls reduzierte Kosten und entsprechenden Aufwand zur Folge hat. Die erfindungsgemäße Anordnung kann daher die weitere Verbreitung von derartigen Energiespeichern 50 fördern, was im Zuge der angestrebten Reduzierung des CO2-Ausstoßes auch dringend geboten erscheint.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Anordnung
- 4
- Hülse
- 6
- Längsnaht
- 8
- Innenfläche
- 10
- Unterseite
- 12
- Außenfläche
- 14
- Abstützung
- 16
- Einschubrichtung
- 16'
- Ausführrichtung
- 18
- Inneres
- 20
- Haltestrebe
- 22
- erste Schwenkachse
- 24
- zweite Schwenkachse
- 26
- erstes Segment
- 28
- zweites Segment
- 30
- drittes Segment
- 32
- Verstelleinrichtung
- 34
- Abschlussträger
- 36
- Aufnahme
- 38
- Streben
- 40
- Aufnahme
- 42
- Anschlusskasten
- 44
- Durchleitung
- 46
- Gewebe
- 48
- Fundament
- 50
- Energiespeicher
- 52
- Deckel
- 54
- erster Wärmetauscher
- 56
- Öffnung
- 58
- zweiter Wärmetauscher
- 60
- Folie
- 66
- Abdeckung
- 68
- erste Anschlussvorrichtung
- 70
- zweite Anschlussvorrichtung
- 72
- erste Gewindestange
- 74
- zweite Gewindestange
- 76
- Überwurfmutter
