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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme und/oder
Kälte mit
Feststoffen oder Feststoffgemischen.
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Es
ist bekannt, zur Temperierung von Gebäuden eine sogenannte Bauteilaktivierung
einzusetzen. Dabei werden wasser- oder luftdurchflossene Rohrsysteme
innerhalb von Betonbauteilen angeordnet, wobei über die entsprechenden Medien
dann Wärme
oder Kälte
in die an die Betonbauteile angrenzenden Räume eingebracht werden kann.
Die derart ausgestatteten Betonbauteile führen somit im Sommer Energie
aus dem Gebäude
heraus und im Winter Energie in das Gebäude herein.
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Da
Betonbauteile üblicherweise
eine große Masse
besitzen, wirken sie, neben ihren übrigen Funktionen, gleichzeitig
auch als Wärme-
bzw. Kältespeicher
für den
angrenzenden Raum. Der Platzierungstiefe der jeweiligen Rohrsysteme
kommt daher eine ausschlaggebende Bedeutung zu, da bei Anordnung
des Rohrsystems im Inneren des Betonbauteils das System träge und zeitverzögert auf Änderungen der
Temperatur des Mediums reagiert.
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Aus
der
DE 100 49 419
A1 ist eine Vorrichtung zur Kälte- oder Wärmespeicherung in massiven Geschossdecken
mit thermisch aktiven Betonfertigteilen und zur direkt wirkenden,
regelbaren Spitzenlastdeckenkühlung
oder -heizung von Massivbauten bekannt. Dazu werden in vorgefertigten
Deckenelementen, sogenannten Filigrandecken, Kunststoffkapillarrohrmatten
als wasserführende
Wärmeübertrager
bei der Fertigung des Deckenelementes durch Beton allseitig umhüllt. Die
auf diese Art hergestellten Deckenelemente werden dann zu der jeweiligen Baustelle
transportiert und die Fertigteile in das Gebäude eingebaut.
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Nachteilig
an der beschriebenen Lösung
ist, dass die Filigrandecke in ihren Abmessungen genau den Einsatzortbedingungen
entsprechen muss. Eine nachträgliche
Veränderung
des Fertigelementes ist aufgrund der einbetonierten Rohrleitungen
nicht möglich.
Weiterhin gestaltet sich der Transport der vorgefertigten Deckenelemente
relativ aufwändig,
da Betonrisse auch zu Beschädigungen
des im Beton eingebrachten Rohrsystems führen können. Augrund des daraus resultierenden
Transporterfordernisses müssen
die Deckenelemente eine bestimmte Dicke aufweisen und einen bestimmten
Bewehrungsgehalt aufweisen, um einen gefahrlosen Transport möglich zu
machen. Durch die erforderlichen Massen ergibt sich aber eine Begrenzung
der zeitlichen Reaktionswirkung des vorgefertigten Bauteils.
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Es
ist weiterhin bekannt, dem Erdreich mit Erdkollektoren Wärme oder
Kälte zu
entziehen und diese einer Wärmepumpe
zur Beheizung oder Kühlung
von Gebäuden
zur Verfügung
zu stellen.
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Aus
der
EP 0 992 637 A1 ist
ein vorgefertigtes Bauelement aus Beton für die Raumklimatisierung bekannt,
in das bei dessen Herstellung mit Heiz- oder Kühlmedium durchströmbare Rohregister
aus dünnwandigen
Rohren mit geringem Durchmesser integriert sind. Dabei wird ein
erstes Positioniermittel in Form einer Rohrklemmschiene mit Rohraufnahmen
in Form von Einschnappöffnungen
zur Aufnahme eines Rohres verwendet. Außerdem werden zweite Positioniermittel
in Form von Positionsröhrchen
zur Positionierung des ersten Positioniermittels verwendet, wodurch
zusätzlich
bei Einbringung von Beton ein Versatz des Rohregisters vermieden
wird.
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In
der
EP 1 207 354 A2 wird
eine Auflageleiste für
ein Heiz- bzw. Kühlregister
zur Integrierung in einem flächigen
Bauteil aus Beton beschrieben. Die Auflageleiste weist Einschnappöffnungen
auf, in denen jeweils ein Rohr des Heiz- bzw. Kühlregisters aufgenommen wird.
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Aus
der
DE 197 16 108
A1 ist ein Schalungselement zum Erstellen einer Flächenheizung
oder -Kühlung
in einem Botonteil bekannt, bei der ein Rohrregister mittels mehreren
Positioniermitteln innerhalb des Betonteils positioniert wird. Dabei
weist ein Positioniermittel Einschnappöffnungen auf, in denen jeweils
ein Rohr des Rohregisters aufgenommen wird.
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In
der
EP 0 209 618 B1 wird
eine Fußbodenheizung
beschrieben, bei der zwischen zwei Bewährungsgittern Heizungsrohre
angeordnet sind. Dabei befinden sich an einem der Bewehrungsgitter
Halterungen in Form von Bändern
zur Positionierung der Heizungsrohre.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung
zum Austausch von Wärme
und/oder Kälte
mit Feststoffen oder Feststoffgemischen, anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme und/oder
Kälte mit
Feststoffen oder Feststoffgemischen mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Demgemäss weist
die Vorrichtung zum Austausch von Wärme und/oder Kälte mit
Feststoffen oder Feststoffgemischen mindestens eine Kapillarrohrmatte
mit mindestens zwei Positioniermittel zur räumlichen Positionierung der
mindestens einen Kapillarrohrmatte im Feststoff oder Feststoffgemisch auf.
Damit ist durch die exakte Positionierung einer Kapillarrohrmatte
ein effektiver Austausch von Wärme
und/oder Kälte
mit Feststoffen und/oder Feststoffgemischen möglich. Zur definierten Positionierung der
aus den einzelnen Rohren bestehenden Kapillarrohrmatte sind die
Positioniermittel mit mindestens einer Rohraufnahme zur Aufnahme
mindestens eines Rohres der Kapillarrohrmatte ausgebildet. Eine einfache
Montage wird dadurch erreicht, dass die Rohraufnahme als Einschnappöffnung ausgebildet ist,
in die Rohre der Kapillarrohrmatte einschnappbar sind. Auf einer
Baustelle lässt
sich die Kapillarrohrmatte mit den Positioniermitteln auf diese
Weise schnell und einfach auch von ungelernten Arbeitern durch Einclipsen
oder Einschnappen verbinden. Die Einschnappöffnungen des mindestens einen
ersten Positioniermittels zeigen in eine andere Richtung, als die
Einschnappöffnungen
des mindestens einen zweiten Positioniermittels. Auf diese Weise
kann eine zuverlässige
Abstützung
der Kapillarrohrmatte auch gegenüber
beim Betonieren auftretenden großen Kräften erreicht werden.
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Das
Feststoffgemisch ist mit Vorteil Beton oder Ortbeton. Da beim Einbringen
von Beton oder Ortbeton in eine Schalung große Kräfte auf die Schalung einwirken,
die gleichzeitig auch auf in der Schalung eingebrachte Rohre und/oder
Kapillarrohrmatten wirken, stützt
sich das Positioniermittel bei der Herstellung des Ortbetonteils,
insbesondere beim Betonieren, vorteilhaft an der Schalung ab. Die
auf eine Kapillarrohrmatte und/oder die Rohre einwirkenden Kräfte werden
damit in die Schalung eingeleitet, so dass die Kapillarrohrmatte
und/oder die Rohre an ihrem vorgesehenen Ort festgelegt bleiben.
Dadurch kann auch ein definierter Abstand der Kapillarrohrmatte
und der Rohre zu der Außenseite
des Ortbetonteils eingehalten werden. Die Kapillarrohrmatte wird
auf diese Art und Weise innerhalb des Volumens des Ortbetonteils
definiert positioniert.
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Zur
Einleitung der beim Betonieren auf die Kapillarrohrmatte wirkenden
Kräfte
in die Schalung weist das Positioniermittel mindestens einen Abstützbereich
zur Abstützung
des Positioniermittels an der Schalung auf. Es ist dabei von Vorteil,
die Kontaktfläche
des Abstützbereiches
auf der Oberfläche
der Schalung kleiner zu wählen,
als die gesamte, der Schalung zugewandte Fläche des Positionierelementes.
Das Positioniermittel stützt
sich dann an der Schalung im Prinzip über „Füße” ab. Dies ist von Vorteil,
da der auf der Schalung aufstehende Abstützbereich nach Entfernen der
Schalung an der Außenfläche des
Ortbetonteils sichtbar wird. Bei einer kleinen Aufstandsfläche des
Abstützbereichs
auf der Schalung fallen die sichtbaren Bereiche dementsprechend auch
nur klein aus und können
leicht an die umgebende Außenseite
des Beton- oder Ortbetonteils angepasst werden.
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Eine
besonders problemlose optische Anpassung der Abstützbereiche
an die Außenseite
des Beton- oder Ortbetonteils wird dadurch erreicht, dass die Positioniermittel
in einer der Wandfarbe des Ortbetonteils entsprechenden Farbe, insbesondere
in Betongrau, ausgeführt
sind.
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Die
verwendeten Kapillarrohrmatten werden üblicherweise aus einer Mehrzahl
von „kapillarischen” Rohren
gebildet, die über
gemeinsame Zu- und Ableitungen mit dem jeweiligen Kühl- oder Heizmedium
versorgt werden. Unter kapillarischen Rohren werden hier auch dünne Rohre
verstanden, die keine kapillarische Wirkung zeigen. Die Bezeichnung Kapillarrohr
wird in der Klimatechnik üblicher
Weise für
jede Art dünner
Rohre verwendet.
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Um
einen definierten Abstand der einzelnen Rohre der Kapillarrohrmatte
von der Außenseite
des zu erstellenden Beton- oder
Ortbetonteils einzuhalten, werden die einzelnen Rohre der Kapillarrohrmatte
derart in der Rohraufnahme des Positioniermittels aufgenommen, dass
die jeweiligen Rohre ausschließlich
an das Positioniermittel angrenzen. Dadurch wird erreicht, dass
die Rohre auf der Schalung nicht direkt aufliegen, sondern in einem
definierten Abstand von der Schalung und parallel zu dieser geführt werden.
Dies wird auch dadurch erreicht, dass das jeweilige Rohr der Kapillarrohrmatte
in der Rohraufnahme derart aufgenommen ist, dass es zumindest in
einer Ebene senkrecht zur Ebene der Kapillarrohrmatte von dem Positioniermittel
im Wesentlichen überragt
wird.
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Einer
einfachen Fertigung des Beton- oder Ortbetonteils kommt weiterhin
zugute, wenn das Positioniermittel zur Positionierung der Kapillarmatte zusätzlich auch
zur Positionierung mindestens einer Bewehrung in Volumen des Beton-
oder Ortbetonteils dient. Dabei ist aus Gründen der Stabilität des späteren Beton-
oder Ortbetonteils vorteilhaft, die Bewehrung auf der der Kapillarrohrmatte
abgewandten Seite des Positioniermittels anzuordnen. Zur Aufnahme der
Bewehrung können
an dem Positioniermittel auch dedizierte Bewehrungsaufnahmen vorgesehen seien.
Die Positionierung der Bewehrung mit dem Positioniermittel hat weiterhin
den Vorteil, dass, gerade beim Deckenbau, Arbeiter auf der Bewehrung
laufen können
und die dabei auftretenden Kräfte
direkt von der Bewehrung über
die Positioniermittel in die Schalung eingetragen werden. Die ebenfalls
in dem Positioniermittel angeordneten Rohre der Kapillarrohrmatte
werden auf diese Weise vor Tritten und Beschädigungen geschützt.
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Um
eine gute Festigkeit des Beton- oder Ortbetonteils zu erhalten,
weisen die Positioniermittel mindestens eine Öffnung auf, durch die der Beton beim
Betonieren des Ortbetonteils hindurch fließen kann. Das Positioniermittel
wird so vollständig
von Beton umschlossen. Mit Vorteil werden die Öffnungen dabei U-förmig ausgebildet,
so dass sich das Positioniermittel in der Art von Brückenbögen auf
der Schalung abstützt.
Die Öffnungen
können
weiterhin zur Aufnahme mindestens eines Rohres und/oder einer Leitung,
insbesondere einer Sprinklerleitung, eines Installations- oder Leerrohrs
und/oder eines Elektrorohrs, dienen. Eine einfache und schnelle Montage
dieser Rohre und/oder Leitungen wir durch eine Ausbildung der Öffnung als
Einschnappöffnung erreicht,
in die mindestens ein Rohr oder mindestens eine Leitung einschnappbar
ist.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn das mindestens eine erste Positioniermittel
eine größere Ausdehnung
senkrecht zur Ebene der Kapillarrohrmatte aufweist, als das mindestens
eine zweite Positioniermittel. Eine Bewehrung wird dann an dem ersten,
eine größere Ausdehnung
senkrecht zur Ebene der Kapillarrohrmatte aufweisenden Positioniermittel abgestützt.
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Es
sind unterschiedliche Ausführungen
der Kapillarrohrmatte denkbar. Vorteilhaft ist, wenn die Kapillarrohrmatte
mindes tens zwei Rohre aufweist, die in mindestens einem der Positioniermittel
parallel zueinander geführt
werden. Die Rohre der Kapillarrohrmatte sind mit Vorteil mindestens
mit einem Sammelrohr verbunden und mit diesem verschweißt. Über das
Sammelrohr wird der Vorlauf bzw. Rücklauf des Kühl- bzw.
Heizmediums vollzogen. Zum Anschluss an den Vorlauf oder Rücklauf weist
das Sammelrohr mindestens einen Anschlusspunkt auf. Um eine einfache
Wartung und einen problemlosen Anschluss der sich in dem Ortbetonteil
befindenden Kapillarrohrmatte zu gewährleisten, ist der Anschluss des
Vorlaufs oder Rücklaufs
außerhalb
des Ortbetonteils angeordnet. Eine einfach zu verlegende und widerstandsfähige Kapillarrohrmatte
besteht aus Kunststoff, wobei die Kapillarrohre und die Sammelrohre
dann aneinander verschweißt
werden.
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Zur
Herstellung mindestens eines Beton- oder Ortbetonteils ist mindestens
eine Schalung zur Formgebung des Beton- oder Ortbetonteils vorgesehen.
Vor dem Betonieren wird mindestens eine Kapillarrohrmatte mit mindestens
zwei Positioniermitteln an der Schalung derart abgestützt, dass
die Kapillarrohrmatte die Schalung im Wesentlichen nicht berührt.
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Eine
einfache Verbindung der Kapillarrohrmatten mit dem Positioniermitteln
wird durch Einschnappen mindestens eines Rohres der Kapillarrohrmatte
in eine Einschnappöffnung
des Positioniermittels erreicht. Vor dem Betonieren kann zusätzlich mindestens
eine Bewehrung mit mindestens einem Positioniermittel an der Schalung
abgestützt
werden.
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Es
ist von Vorteil, wenn die ersten und die zweiten Positioniermittel
alternierend nebeneinander angeordnet sind. Allerdings kann das
Einbauverhältnis
zwischen den ersten und zweiten Positioniermitteln einen beliebigen
Wert aufweisen.
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Zur
zuverlässigen
und zusätzlichen
Abstützung
einer Bewehrung ist es von Vorteil, mindestens zwei Positioniermittel
vorzusehen, wobei mindestens ein erstes Positioniermittel eine größere Ausdehnung senkrecht
zur Ebene der Kapillarrohrmatte aufweist, als mindestens ein zweites
Positioniermittel. Die Bewehrung wird dann an dem ersten Positioniermittel abgestützt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird vorteilhaft in einem Beton- oder Ortbetonteil zur Temperierung
dieses Teils verwendet. Dabei können
auch Fertigteile, insbesondere Filigrandecken, hergestellt werden,
die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet
sind. Bei der Herstellung von Filigrandecken ist es vorteilhaft,
nur Positioniermittel mit einer geringen Aufbauhöhe zu verwenden. Um eine gute Stabilität des Filigranteils
zu erreichen kann eine Bewehrung direkt mit dem Positioniermittel,
insbesondere in einer entsprechenden Bewehrungsaufnahme aufgenommen,
in Verbindung stehen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann weiterhin auch als Erdkollektor für Wärmepumpen verwendet werden,
wobei mindestens eine Kapillarrohrmatte mit mindestens zwei Positioniermitteln
zur räumlichen
Positionierung der mindestens einen Kapillarrohrmatte im Erdreich
vorgesehen ist. Vorteil haft werden die Positioniermittel und/oder
die Kapillarrohrmatten über
mindestens eine Bewehrung geschützt
und verstärkt.
Erdkollektoren für
Wärmepumpen
dienen dazu, dem Erdreich Wärme
oder Kälte
zu entziehen und diese einer Wärmepumpe
zur Beheizung oder Kühlung
von Gebäuden
zur Verfügung
zu stellen.
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Eine
effektive Nutzung der Erdwärme
wird erreicht, wenn die Kapillarrohrmatte unterhalb der Frostgrenze,
insbesondere ca. 20 cm unterhalb der Frostgrenze, im Erdreich positioniert
wird.
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Zusätzliche
Stabilität
und eine gute Ankopplung der Kapillarrohrmatte an das Erdreich wird
erreicht, wenn die Kapillarrohrmatte im Erdreich mit einem Stabilisierungsmittel
vergossen ist. Als Stabilisierungsmittel bietet sich ein Zement-Betonit
Gemisch an.
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Die
Erfindung wird im weiteren anhand der Figur der Zeichnung beschrieben.
Es zeigt:
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1 perspektivische
Darstellung einer Ausführungsform
der Vorrichtung zum Austausch von Wärme und/oder Kälte bei
der Herstellung einer Ortbetondecke.
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1 zeigt
eine Schalung 4 zur Herstellung einer Ortbetondecke mit
der einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vorrichtung
zum Austausch von Wärme
und/oder Kälte
mit Ortbetonteilen. Die Schalung 4 samt der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist in dem in der Figur gezeigten Zustand fertig für den Betoniervorgang
vorbereitet. Die Schalung 4 formt die Außenfläche, in
diesem Falle die Unterseite der zu betonierenden Decke, des Ortbetonbauteiles.
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Auf
der Schalung 4 ist eine Kapillarrohrmatte 1, die
mehrere parallel zueinander verlaufende Kapillarrohre 10 umfasst,
verlegt. Die einzelnen Kapillarrohre 10 der Kapillarrohrmatte 1 sind
an einem Sammelrohr 9, über
das der Zu- bzw. Ablauf bewerkstelligt wird, angeschlossen. Die
Kapillarrohre 10 sind dabei als dünne Kunststoffrohre 10 ausgeführt, die an
T-förmigen
Anschweißpunkten 90 an
dem Sammelrohr 9 angeschweißt sind. Der Abstand der Anschweißpunkte 90 und
damit der Abstand der dünnen Kunststoffrohre 10 untereinander
kann je nach Anwendungsgebiet und erwünschter Kühl- bzw. Heizleistung unterschiedlich
gewählt
werden. Typische Abstände
liegen zwischen 8 und 60 mm. Die dünnen Kunststoffrohre 10 können Außendurchmesser
zwischen 2 und 12 mm einnehmen und dabei Wanddicken von 0,5 bis
1,6 mm besitzen.
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Die
dünnen
Kunststoffrohre 10 der Kapillarrohrmatte 1 werden
in Positioniermitteln 2, 3 geführt. Dabei ist ein erstes Positioniermittel 2 vorgesehen, dass
eine im Gegensatz zum zweiten Positioniermittel 3 größere Ausdehnung
in einer Ebene senkrecht zur Kapillarrohrmatte 1 aufweist.
Dieses, eine größere Ausdehnung
aufweisende Positioniermittel 2 weist zum Einen Rohraufnahmen
in Form von Einschnappöffnungen 20 auf,
in denen die Kapillarrohre 10 eingeschnappt sind. Zum Anderen
weist das Positioniermittel 2 Öffnungen 22, 23 auf,
durch die der flüssige Beton
beim Betonieren hindurch fließen
kann und das Positioniermittel 2 damit vollständig umschließt.
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Die Öffnung 23 des
Positioniermittels 2 kann weiterhin auch als Einschnappöffnung ausgebildet werden,
in die einzelne Rohre oder Leitungen, insbesondere Leer- und Installationsrohre,
Elektrorohre oder Sprinklerleitungen einschnappbar sind. Die Öffnungen
haben einen vorteilhaften Durchmesser von ca. 12–20 mm, um die jeweiligen Leitungen
einfach aufnehmen zu können.
Dabei werden die jeweiligen Rohre oder Leitungen von der Deckenschalung 4 und damit
auch von der sichtbaren Außenseite
des fertigen Ortbetonteils distanziert in dem Positioniermittel 2 angeordnet,
so dass eine schalreine Oberfläche
erhalten werden kann.
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Die
Kapillarrohre 10 werden in dem Positioniermittel 2 ebenfalls
derart aufgenommen, dass sie einen gewissen Abstand von der Schalung 4 aufweisen.
Die Kapillarrohre 10 liegen daher nicht direkt auf der
Schalung 4 auf, sondern befinden sich in einem definierten
Abstand von der Schalung 4. Das Positioniermittel 2 stützt sich
an der Schalung über
Stützbereiche 21 ab,
deren Aufstandsfläche
auf der Schalung 4 deutlich kleiner ist, als die der Schalung 4 zugewendete
Fläche
des Positioniermittels 2. Es wird so erreicht, dass bei
Entfernen der Schalung von dem fertig betonierten Ortbetonteil nur
die Stützbereiche 21 an
der Außenfläche des
Ortbetonteils sichtbar sind. Diese kleinen Stützbereiche 21 können dann einfach
durch Überspachteln
oder Überstreichen
an die übrige
Wandfläche
des Ortbetonteils angepasst werden. Dabei ist es vorteilhaft, die
Abstützbereiche 21, 31 aller
Positioniermittel 2, 3 bereits in Betonfarbe auszugestalten.
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Das
zweite Positioniermittel 3 weist ebenfalls Einschnappöffnungen 30 auf,
in denen die Kapillarrohre 10 geführt werden. Auch das Positioniermittel 3 stützt sich über Abstützbereiche 31 direkt
an der Schalung 4 ab, wobei auch die Abstützbereiche 31 des
Positioniermittels 3 eine kleinere Aufstandsfläche auf
der Schalung 4 aufweisen, als die der Schalung zugewandte
Fläche
des Positioniermittels 3. Die Einschnappöffnungen 30 des
Positioniermittels 3 weisen in die entgegengesetzte Richtung
der Einschnappöffnungen 20 des
ersten Positioniermittels 2. Dadurch wird erreicht, dass
die Kapillarrohre 10 in den Positioniermitteln 2, 3 und
im Zusammenspiel zwischen den Positioniermitteln 2, 3 auch
bei den beim Betonieren auftretenden hohen Kräften sicher gehalten werden.
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Auf
den eine größere Ausdehnung
aufweisenden Positioniermitteln 2 ist weiterhin eine Bewehrung 5 aufgebracht,
die in Bewehrungsaufnahmen 50 an dem Positioniermittel 2 aufgenommen
ist. Auf die Bewehrung 5 einwirkende Kräfte werden über das Positioniermittel 2 so
direkt auf die Schalung 4 übertragen. So können beispielsweise
Bauarbeiter zu Montagezwecken oder zum Betonieren über eine
zu betonierende Decke auf der Bewehrung 5 laufen, ohne
dass die in dieser Decke bereits verlegte Kapillarrohrmatte beschädigt würde.