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Die Erfindung betrifft ein Wärmespeichersystem auf der Basis von Latentwärmespeichern,
die im drucklosen Bereich arbeiteten, für Heizungsanlagen oder dergleichen, mit
Wärmespeichermedium und Wärmeübertragermedium, zur Aufnahme von Wärmeenergie
aus unterschiedlichen Wärmequellen.
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Latentwärmespeicher in offener und druckloser Bauweise mit in geschlossenen,
schichtenweise angeordneten Hohlkörpern mit eingelagerten Speichermedien, mit je nach
Schicht verschiedenen Schmelzpunkten und verschiedenen Wärmeträgermedien für einen
geschlossenen und offenen Wärmeaustausch sind allgemein bekannt. Derartige Speicher
können sowohl in einem Gebäude als auch im Freien oder teilweise oder ganz im Erdreich
eingelassen werden, was nichts an der Grundkonstruktion eines derartigen
Latentwärmespeichers ändert.
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Es ist ferner allgemein bekannt, dass die Vorteile von Latentwärmespeichern sich in der
Erhöhung der Speicherkapazitäten ausdrücken, allerdings sind diese Latentwärmespeicher
auch technisch aufwendiger gestaltet.
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Mit dem Problem der Konstruktion derartiger Speicher, die sowohl für die Aufstellung in
einem Gebäude als auch für die Aufstellung im Freien sowie teilweise oder ganz im
Erdreich einsetzbar sind, befasst sich die Erfindung nach der DE 100 05 915 A1, die sich
zur Aufgabe stellt, einen Latentwärmespeicher zu schaffen, der die unterschiedlichsten
Energiequellen je nach zeitlichem Angebot auch parallel nutzen kann und geeignet ist, die
bisher begrenzte Einsatzmöglichkeit von Latentwärmespeichern unter Berücksichtigung
der in Gebäuden meist vorhandenen Platz- und Einbringungsprobleme zu erweitern. Somit
soll eine kompakte Anlage geschaffen werden, welche langlebig und wartungsarm sein
soll, ferner soll die Nutzung der Solarenergie zur Gebäudeheizung in größerem Umfange
als bisher ermöglicht werden.
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So wird ein Latentwärmespeicher in druckloser, statischer Ausführung für
Heizungsanlagen oder dergleichen mit Wärmespeichermedium und
Wärmeübertragermedium zur Aufnahme von Wärmeenergie aus unterschiedlichen
Wärmequellen vorgestellt, welcher durch die schichtenweise Anordnung der
Speichermedienbehälter im Speichermaterial unterschiedlicher Schmelzpunkte
gekennzeichnet ist und der zwischen diesen Schichten angeordneten offenen Entnahme-
und Verteilerleitungen sowie geschlossenen Wärmetauschern innerhalb des Speichers,
Ein- und Ausspeicherungsvorgänge getrennt oder gleichzeitig und auf unterschiedlichen
Temperaturniveaus sowohl der Wärmeträgermedien als auch der Wärmespeichermedien
durchführt. Die Konstruktion des Latentwärmespeichers ist so ausgebildet, dass dieser im
Freien aufgestellt sowie ganz oder teilweise in die Erde eingelassen werden kann. Die den
Speicher umschließende äußere Hülle soll geeignet sein, die dort aufgenommene
Umweltwärme durch eine zwischen äußerer Hülle und der Speicherisolierung
angeordneten Wärmetauscherschicht dem Speicher oder Verbraucher auf geeignetem
Temperaturniveau zuzuführen.
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Der Wärmespeicher ist so gestaltet, dass die innere, den Speicher umgebene Hülle massiv
ausgeführt und selbst speichernd ist und nach außen hin gegen Wärmeverluste gedämmt
ist. Ferner soll die Bauart des Speichers an keine festen geometrischen Formen gebunden
sein, gleichzeitig soll dieser auch als Speicherbatterie mit beliebig vielen gleichartig oder
unterschiedlich ausgestalteten Behältern betrieben werden können.
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Das Speichermedium ist in zylindrischen Behältern eingebettet, die ausgestaltet sind mit
wellenartig vergrößerten Oberflächen zur Aufnahme von Ausdehnungen des
Speichermediums sowie zur Vergrößerung der Wärmetauscherflächen des
Speichermediums. Ferner soll eine bessere Durchströmung in dem Behälter erreicht
werden.
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Die Nachteile dieser Lösung liegen insbesondere in den hohen Fertigungs- und
Wartungskosten, sowie in dem sehr begrenzten Einsatzgebiet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärmesystem auf der Basis von
Latentwärmespeichern zu schaffen, welches im drucklosen Bereich arbeitet und für die
verschiedensten Anwendungsfälle verwendet werden kann, wobei dieses
Wärmespeichersystem so ausgebildet sein soll, dass es zur Aufnahme von Wärmeenergie
aus unterschiedlichen Wärmequellen geeignet ist und die Nachteile der bekannten
Lösungen weitestgehend ausgeschlossen werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Lösungen und besondere Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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So wurde ein Wärmespeichersystem geschaffen, welches für verschiedenste
Anwendungsfälle zum Einsatz kommen kann. Dabei ist wesensbestimmend für das
Wärmespeichersystem, dass die Grundelemente Latentwärmespeicher sind, die drucklos
arbeiten und mit Wärmespeichermedien und Wärmeübertragermedien ausgebildet sind und
die Wärmeenergie aus unterschiedlichen Wärmequellen aufnehmen sowie abgeben
können.
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Der Systemcharakter der geschaffenen Lösung kommt insbesondere darin zum Ausdruck,
dass das Wärmespeichersystem in flächenhaft oder räumlich ausgebildeten
Latentwärmespeichern zum Tragen kommt, wobei die Latentwärmespeicher im
Niedrigdruckbereich arbeiten.
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Es gehört gleichfalls zur Erfindung, dass die in den flächenhaft oder räumlich
ausgebildeten Latentwärmespeichern zum Einsatz kommenden Latentwärmekörper, in
ihrer Gesamtheit das Latentspeichermaterial ergebend, eine kubische Form besitzen und
als ein mit Parafin getränktes Granulat ausgebildet sind. Die Latentwärmekörper sind ein
Latentspeichermaterial mit im Schmelzpunkt beeinflusstes Parafin, welches in den
Kapillaren des Granulats eingebunden ist. Die Schmelzung des zum Einsatz kommenden
Latentspeichermaterials liegt im Bereich von -40 C° bis 120 C°.
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Dieses im Schmelzpunkt beeinflussbare Parafin weist im Erstarrungszustand
Kristallstrukturen in Form von Hohlstrukturen auf, was ermöglicht, dass das
Ansprechverhalten des Latentwärmespeichermaterials bei Wärmezufuhr entscheidend
verbessert wird. Das Parafin nimmt hierdurch eine gleichsam poröse Struktur an, sodass
bei einer Wärmezufuhr die leichter schmelzenden Bestandteile des
Latentwärmespeichermaterials durch die im Material selbst gegebenen Hohlstrukturen
hindurchfließen können. Die Herausbildung dieser Hohlstrukturen können positiv
beeinflusst werden, wenn bestimmte Strukturadditive beigefügt werden, welche
veränderbare und vergrößerbare Hohlstrukturen herausbilden, die im weitesten Sinne die
Bildung von Netzwerken begründen, wodurch eine Verbesserung der Durchströmbarkeit
des Wärmespeichermediums Parafin erreicht wird.
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Ferner ist erfinderisch, dass die einzelnen Latentwärmekörper, das parafingetränkte
Granulat in ihrer Gesamtheit das Latentspeichermaterial darstellen, welches in den
einzelnen Latentwärmespeichern in geschütteter Form zum Einsatz kommt bzw. in
geschütteter Form in den Latentwärmespeichern eingelagert ist. Dies derart, dass das
Latentspeichermaterial zwischen den vorgesehenen Wärmetauscherelementen eingelagert
wird und dabei Schichtdicken von 1 bis 6 cm herausbildet.
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Dabei gehört auch zur Erfindung, dass die Latentwärmespeicher als
Andockspeicher/Volumenspeicher ausgebildet sind und dabei eine räumliche Form
aufweisen.
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Ferner werden Latentwärmespeicher in räumlicher Form als Lüftungsspeicher ausgebildet
und flächenhaft ausgebildete Latentwärmespeicher finden Anwendung im
Heizungsbereich, so für Fußböden und für Wand- und Deckenbereiche.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein räumlich gestalteter
Latentwärmespeicher als ein Andockspeicher/Volumenspeicher derart ausgebildet, dass in
einem isolierten Behälter die Wärmetauscherelemente in senkrechter oder waagerechter
Position eingeordnet und zueinander so in dem Behälter eingeordnet sind, dass zwischen
den Wärmetauscherelementen bestimmte Abstände vorhanden sind. In den Innenraum des
Behälters, in den Bereichen zwischen den eingesetzten Wärmetauscherelementen, kommt
das Latentspeichermaterial, welches, wie bereits oben ausgeführt, als ein getränktes
Granulat ausgebildet ist, zum Einsatz. Dabei ist wesentlich, dass die Abstände der
Wärmetauscherelemente untereinander in Bereichen von 1 bis 6 cm liegen, somit
Schüttdicken herausgebildet werden, die für eine gute Be- und Entladung der
aufzunehmenden bzw. abzugebenden Wärmeenergien Sorge tragen. Der räumlich
ausgebildete Latentwärmespeicher ist dabei mit einer äußeren Hülle umgeben, die auf ihrer
Innenfläche eine Isolierung aufweist, somit ungewollte Energieabgaben nach außen
verhindert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein räumlich gestalteter
Latentwärmespeicher als Lüftungsspeicher für Klima- und Lüftungsanlagen ausgebildet,
wobei dieser Latentwärmespeicher aus vorzugsweise Rohren besteht, die zur Aufnahme
der Medien und des Latentspeichermaterials dienen. So besteht dieser
Latentwärmespeicher aus einem mediumgeführten Rohr, welcher von einer Abdeckung
mit Isolierung umhüllt ist und zwischen dem medienführenden Rohr und der Isolierung der
äußeren Abdeckung das Latentspeichermaterial eingelagert ist.
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Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, einen flächenhaft gestalteten
Latentwärmespeicher in Fußböden, Wand- oder Deckenbereichen vorzusehen, die somit
als Heizanlagen verwendet werden. Bei dieser Ausführung ist das Latentspeichermaterial
zwischen den Dämmmitteln mit Schüttdicken von 1 bis 6 cm vorgesehen und innerhalb
dieser Schüttung des Latentspeichermaterials sind Wärmetauscherelemente in Form von
Rohren eingebunden.
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Es liegt gleichfalls im Rahmen der Erfindung, dass als Latentwärmekörper neben dem
Granulat, auch flächige Elemente, wie Vliese, Spanplatten, Textilien oder ähnlich
gestaltete Strukturen unterschiedlicher Materialien als Latentspeichermaterialien
verwendet werden können, da diese Materialien infolge ihres strukturellen Aufbaus
geeignet sind, im Schmelzpunkt beeinflusstes Parafin aufnehmen zu können.
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Die Vorteile des Wärmespeichersystems und der in diesem System zum Einsatz
kommenden Latentwärmespeicher liegen insbesondere in der Ausbildung und Anwendung
des Latentspeichermaterials in Form des paraffingetränkten Granulats und dessen
Anwendung in Schüttdickenbereichen von 1 bis 6 cm, wobei dieses Granulat so
ausgebildet ist, dass das Latentspeichermaterial auslaufsicher eingelagert ist. Ferner liegt
der große Vorteil darin, dass die Vorgänge, das Schmelzen und Erstarren, somit das Be-
und Entladen des Latentspeichermaterials, bei relativ konstanten Temperaturen erfolgt
und trotz der relativ geringen Schüttdicken sehr große Wärmemengen gespeichert bzw.
abgegeben werden können. Das als Granulat ausgebildete Latentspeichermaterial
garantiert die notwendige Stabilität und die Auslaufsicherheit des eingeschlossenen
Parafins, sodass beim Phasenwechsel, des Übergangs vom festen in den flüssigen
Aggregatzustand, kein flüssiges Material aus dem Material austritt. Ferner treten
Maßänderungen des Granulats und Stabilitätseinbußen nicht auf.
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Derart ausgebildete Latentwärmespeicher, eingesetzt im Heizungsbereich, vorzugsweise
für die Fußbodenheizung, arbeiten in Bereichen der Temperaturspreizung von Δt 5 K und
erzeugen, bezogen auf den Einsatz von 1 m3 des zum Einsatz kommenden Granulats
Energiewerte in den Bereichen von 25 bis 26 KW.
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Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
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Fig. 1 eine prinziphafte Darstellung eines räumlichen Latentwärmespeichers in Form
eines Andockspeichers
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Fig. 2 die Ansicht eines Lüftungsspeichers, eines Lüftungsrohrleitungsspeichers
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Fig. 3 eine weitere Ausbildung eines Lüftungsspeichers
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Fig. 4 einen Anwendungsfall eines flächenhaft gestalteten Latentwärmespeichers im
Bereich der Fußbodenheizung.
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Einen räumlich gestalteten Latentwärmespeicher in Form eines Andockspeichers 1 ist in
der Fig. 1 gezeigt. Dieser Andockspeicher 1 besteht aus einer äußeren Hülle 2, welche
mit einer Isolierung 3 ausgebildet ist. Im Inneren des Andockspeichers 1 sind
Wärmetauscherelemente 4 angeordnet, welche untereinander einen bestimmten Abstand
aufweisen, in dessen Zwischenräumen das als Granulat 5 ausgebildete
Latentspeichermaterial eingefüllt ist. Dieses Granulat 5 ist nicht nur zwischen den
Wärmetauscherelementen 4 vorgesehen, sondern füllt den gesamten Innenraum des
Andockspeichers 1 aus, sodass auch in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen
Wärmetauscherelementen 1 zur Innenwandung des Andockspeichers das Granulat 5
eingelagert ist, somit der gesamte Innenraum des Andockspeichers mit Granulat befüllt ist.
Über vorgesehene Rohrleitungen 6 werden den Wärmetauscherelementen 4 die
entsprechende Energien zugeführt bzw. aus den Wärmetauscherelementen 4 abgeleitet.
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Einen Latentwärmespeicher, welcher als Lüftungsspeicher 7 ausgebildet ist, ist in der
Fig. 2 gezeigt. Dieser Lüftungsspeicher 7 ist als Lüftungsrohrleitungsspeicher
ausgebildet und kann in vorhandene oder neu zu errichtenden Heizungs-, Lüftungs- und
Klimaanlagen zum Einsatz kommen. Dieser Lüftungsspeicher 7 ist aus rohrförmigen
Bauelementen hergestellt, so dem Lüftungsrohr 8, welches von einer Hülle 2 umschlossen
und gleichfalls rohrförmig ausgebildet ist. Innenseitig ist die Hülle 2 mit einer Isolierung 3
bestückt und zwischen dieser Isolierung 3 und der äußeren Hülle 2 des Lüftungsrohres 8
ist das Latentspeichermaterial eingelagert. Bei dem zum Einsatz kommenden
Latentspeichermaterial kann es sich um ein festes Material in Form des Granulats 5 handeln,
gleichfalls können alternativ flächige, flexible Latentspeichermaterialien, welche
paraffingetränkt sind, Verwendung finden; so Vliese, Spanplatten, Textilien oder
Materialien ähnlich gestalteter Strukturen. Seitlich der Hülle 2 sind Abdeckungen
vorgesehen, so dass das Innere des Lüftungsspeichers 7 vor äußeren Beschädigungen und
des Eindringens unerwünschter Medien geschützt ist.
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Eine weitere Ausbildung eines Latentwärmespeichers in Form eines Lüftungsspeichers 9
ist in der Fig. 3 dargestellt, bei dem im Inneren des Lüftungsspeichers 9
Wärmetauscherelemente 4 und ein oder mehrere medienführende Leitungen II
vorgesehen sind. Das besondere bei diesem Lüftungsspeicher 9 ist, dass die vorgesehenen
Wärmetauscherelemente 4 mit dem Latentspeichermaterial bestückt sind oder aus einem
Latentspeichermaterial der beschriebenen Art bestehen. So kann ein Granulat 5 als
Latentspeichermaterial zum Einsatz kommen, welche flächig als fester Körper ausgebildet
ist oder die Wärmetauscherelemente 4 bestehen unmittelbar aus flächigen
Latentspeichermaterialien in der beschriebenen Form, wie Vliese, Spanplatten, Textilien oder
ähnlichen Materialarten. Ansonsten ist der Lüftungsspeicher 9 in analoger Weise der oben
beschriebenen Latentwärmespeicher mit einer äußeren Hülle 2 ausgebildet, die auf ihren
Innenflächen gleichfalls mit einer Isolierung 3 bestückt sind.
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Die im Inneren des Lüftungsspeichers 9 vorgesehenen Wärmetauscherelemente 4 können
neben der dargestellten senkrechter Position auch in waagerechter Form oder auch in
diagonaler Anordnung eingebunden sein.
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Zwischen den Wärmetauscherelementen 4 und der Isolierung 3 des Lüftungsspeichers 9
sind Zwischenräume vorgesehen, die als Lüftungsdurchlasse 10 ausgebildet sind. Diese
Lüflungsdurchlasse 10 sind so dimensioniert, dass ein effektiver Energieaustausch
innerhalb des Lüftungsspeichers 9 erfolgen kann. Die Abmaße der Lüftungsdurchlasse 10
entsprechen dabei den Schüttdicken des Latentspeichermaterials im Andockspeicher 1 und
im Lüftungsspeicher 7.
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Stirnseitig des Lüftungsspeichers 9 sind Anschlüsse 18 vorgesehen, die innerhalb des
Lüftungsspeichers 9 mit den Leitungen 11 verbunden sind und an denen außerhalb des
Lüftungsspeichers 9 medienzuführende Rohrleitungen anschließbar sind.
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Derart gestaltete Latentwärmespeicher, wie die Lüftungsspeicher 7 und 9, können in
unterschiedlichen Energiebereichen betrieben werden, sodass sie zum einen als
Lüftungsspeicher und zum anderen als Klima-, Wärme-/Kältespeicher arbeiten und
wirken, was abhängig ist vom zugeführten Medium, dessen Energiepotential und der
Ansteuerung der Lüftungsspeicher 7; 9.
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Besonders von Vorteil ist die Verwendung des Latentspeichermaterials, des Granulats 5,
wenn dieses in Heizungsanlagen zum Einsatz kommt. Dabei ist der Aufbau und die
Funktionsweise eines derart ausgebildeten flächenhaften Latentwärmespeichers gleich,
lediglich dessen Anordnung, je nach Anwendung im Fußboden-, Wand- und/oder
Deckenbereich unterschiedlich.
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Bei der Darstellung nach Fig. 4 handelt es sich um einen flächenhaft ausgebildeten
Latentwärmespeicher 12, welcher im Fußbodenbereich angeordnet ist. Der Aufbau eines
derart flächenhaft gestalteten Latentwärmespeichers 12 entspricht im weitesten Sinne dem
Aufbau einer herkömmlichen Fußbodenheizung, allerdings wird an Stelle der bisher üblich
bekannten Schüttungen, welche auf die Dämmmittel 14 aufgebracht werden, durch das
Latentspeichermaterial, das Granulat 5 ersetzt. Dieser flächenhaft ausgebildete
Latentwärmespeicher 12 besteht somit aus dem Unteraufbau, welcher nicht näher
dargestellt ist. Auf diesem Grundaufbau wird das Dämmmittel 14 aufgebracht, zu dem die
Wärmetauscherelemente 13 mittels Befestigungen 15 positioniert und angeordnet sind.
Die Wärmetauscherelemente 13 sind dabei mit einem bestimmten Abstand zur Oberkante
des Dämmmittels 14 angeordnet, sodass die Wärmetauscherelemente 13 vom Granulat 5
voll umfänglich umschlossen werden. Das Granulat 5 weist dabei eine Schüttdicke bis zu 6
cm auf. Nach oben hin wird das Granulat 5 durch einen Trockenbau 16 abgedeckt, auf
dem ein Fußbodenbelag 17 in Form von Parkett, Teppich oder Fliesen aufgelegt werden
kann. Bei einem derart ausgebildeten flächenhaften Latentwärmespeicher 12 besteht auch
die Möglichkeit, an Stelle der rohrförmig ausgebildeten Wärmetauscherelemente 13
flächig ausgebildete Latentspeichermaterialien zu verwenden. Wobei rohrförmige
Wärmetauscherelemente 13 von Vorteil sind, da diese sich effektiver verlegen lassen und
gleichfalls aus verschiedenen Materialien, beispielsweise auch aus Kunststoff hergestellt
sein können.
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Der Systemcharakter der vorgestellten Latentwärmespeicher wird ferner begründet durch
deren Einsatz- und Anwendungsbereiche. So können derart gestaltete
Latentwärmespeicher herkömmliche Wärmeerzeuger, welche beheizt werden mit fossiler
Energie und dem Wärmeträger Wasser, ersetzt werden. Diese geschaffenen
Latentwärmespeicher finden Anwendung in Ein- und Mehrfamilienhäusern sowie in
Geschäftshäusern, Gewerbeanlagen und Gebäuden unterschiedlicher Verwendung und
Art, so auch für die Beheizung jeglicher Flächen, auch als Flächenspeicherheizung und
umschlossenen Räumen, festen und transportablen Einrichtungen sowie für die Beheizung
oder Kühlung der genannten Gebäude und Einrichtungen.