DE19806534C1 - Vorrichtung zur Speicherung von Wärmeenergie - Google Patents
Vorrichtung zur Speicherung von WärmeenergieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung von
Wärmeenergie mit einem Erdtank, dessen Wände eine Innen
schicht, eine Außenschicht und eine zwischen Innen- und
Außenschicht angeordnete wärmeisolierende Dämmschicht aufwei
sen, und mit einer Beschickungseinrichtung zum Einleiten
einer die zu speichernde Wärmeenergie enthaltenden Flüssig
keit in den Innenraum des Erdtanks und einer Entnahmeinrich
tung zum Leiten der Flüssigkeit aus dem Innenraum an einen
Wärmeverbraucher.
Bevorzugtes, aber nicht ausschließliches Anwendungsgebiet der
Erfindung ist die Speicherung von Energie, die als Strah
lungs- und/oder Wärmeenergie aus der äußeren Umgebung eines
Gebäudes mittels geeigneter Einrichtungen aufgenommen und zur
Erwärmung eines flüssigen Mediums verwendet wird. Energie
quelle für die Erwärmung der Flüssigkeit kann aber auch
jegliche Art von Abwärme oder sogar Energie aus Feuerungs-
und sonstigen Kraftwerksanlagen aber auch aus Kälte- und
Kühlanlagen sein. Auch im letztgenannten Fall kann die
Möglichkeit einer Wärmespeicherung vorteilhaft sein, und zwar
zu Pufferungszwecken, um eine diesbezügliche Anlage in Zeiten
geringer Wärmeenergie-Nachfrage wirtschaftlich auszulasten
und damit Reserven für Spitzenlastzeiten zu schaffen.
Zur Speicherung großer Wärmemengen sind Erdtanks besonders
geeignet, da sie zum einen keinen Gebäuderaum beanspruchen
und zum anderen weitgehend vor dem Einfluß von Winterkälte
geschützt sind. Dennoch benötigen auch Erdtanks eine zusätz
liche Wärmeisolierung, insbesondere wenn die Temperatur der
Speicherflüssigkeit weit über derjenigen des Erdreichs liegt,
so daß Wärmeverluste in das Erdreich zu befürchten sind. Bei
einer aus der WO 81/00444 bekannten Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art zur Speicherung von Wärmeenergie weist der
Erdtank einen soliden Behälter aus Metall oder Kunststoff
auf, an dessen Außenseite eine wärmedämmende Schicht aus
Hartschaum direkt aufgeschäumt ist. Unmittelbar auf die
Außenseite der Hartschaumschicht ist als Außenschicht ein
Mantel aus mechanisch festem und wärmeleitfähigem Material,
vorzugsweise aus Beton, aufgebracht, dem Füllstoffe zur
Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zugemischt sind. Der
Beton kann auch zur Aufnahme einer gewissen Feuchtigkeit
porös ausgebildet sein. In dem Außenmantel sind Rohrleitungen
eingebettet. Durch diese Rohrleitungen fließt während des
Energieentnahmebetriebs die Rücklaufflüssigkeit vom Wärmever
braucher, bevor sie in den Erdtank geleitet wird, so daß ein
Teil der in das Erdreich gegangenen Verlustwärme des Tanks
wieder aufgenommen wird.
Dieser bekannte Erdtank hat Nachteile. Er muß als Ganzes,
einschließlich seiner wärmeisolierenden Umschäumung und
seiner darüberliegenden Beton-Ummantelung, vorgefertigt
werden, bevor er in die Erde versenkt werden kann. Eine
Fertigung des die Innenschicht bildenden Metall- oder Kunst
stoffbehälters auf dem Gelände seiner Verwendung oder gar in
der ausgehobenen Grube wäre problematisch, ebenso wie das
Aufbringen der wärmeisolierenden Umschäumung. Ähnliches gilt
auch für die äußere Beton-Ummantelung mit den darin eingebet
teten Rohrleitungen. Für das Umschäumen ist ein apparativer
Aufwand erforderlich und für das Herstellen der Beton-
Ummantelung bedarf es Verschalungseinrichtungen, deren
Einsatz am Ort der Installation des Tanks Komplikationen
bringen könnte. Andererseits bringt es Transportprobleme,
wenn der Tank im Werk vorgefertigt wird und zum Installation
sort befördert werden muß. Aus diesem Grund eignen sich
vorgefertigte Tanks nicht für Wärmespeicher großen Fassungs
vermögens, wie sie etwa für Langzeitspeicher wünschenswert
wären. Ein großes Fassungsvermögen ließe sich zwar durch
Verendung mehrerer kleiner Tanks realisieren, was jedoch den
Nachteil einer größeren Oberfläche und somit eines größeren
Wärmeverlustes bringt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Vorrichtung zur Langzeitspeicherung von Wärmeenergie auszu
bilden, bei der die Installation des Erdtanks einfach möglich
ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Langzeitspeiche
rung von Wärmeenergie vorgesehen, enthaltend einen Erdtank,
dessen Wände eine Innenschicht, eine Außenschicht und eine
zwischen Innen- und Außenschicht angeordnete wärmeisolierende
Dämmschicht aufweisen, und eine Beschickungseinrichtung zum
Einleiten einer die zu speichernde Wärmeenergie enthaltende
Flüssigkeit in den Innenraum des Erdtanks und eine Entnahme
einrichtung zum Leiten der Flüssigkeit aus dem Innenraum an
einen Wärmeverbraucher. Die Dämmschicht des Erdtanks besteht
aus starren Formteilen eines wärmeisolierenden Materials,
welche die Innenschicht und die Außenschicht unter Freihal
tung von Luftkammern gegeneinander abstützen.
Der erfindungsgemäße Aufbau der Dämmschicht aus starren
Formteilen ermöglicht es, den Erdtank an Ort und Stelle aus
vorgefertigten Elementen oder Baugruppen zusammenzusetzen.
Die Formteile können einzeln oder in bereits teilweise
zusammengesetzten und leicht transportierbaren Baugruppen an
den Einsatzort befördert werden und dort in einer ausgehobe
nen Grube verlegt bzw. auf- oder aneinandergesetzt werden,
ohne daß irgendwelche Schalungsmittel oder sonstige Stützein
richtungen erforderlich wären. Einerseits sorgen die Formtei
le aufgrund ihres wärmeisolierenden Materials und infolge der
von ihnen freihaltbaren Luftkammern für eine gute Wärmeiso
lierung, andererseits bilden sie infolge ihrer Starrheit ein
stützendes Gerüst für die Innenschicht und die Außenschicht,
die lediglich Dichtungszwecke zu erfüllen brauchen und
deswegen äußerst dünn gehalten werden können.
Vorzugsweise sind die Formteile, insbesondere soweit sie zur
Dämmschicht der Seitenwandung gehören, jeweils an aneinander
liegenden Flächen derart komplementär profiliert, daß eine
relative Verschiebung benachbarter Formteile zueinander
gehemmt wird. Dies stabilisiert die Dämmschicht bereits
während ihres Zusammenbaus und erhöht auch die Stabilität der
aus den zusammengefügten Formteilen gebildeten fertigen
Struktur.
Die Zusammensetzung des Erdtanks aus starren Dämmschicht-
Formteilen erlaubt eine optimale Anpassung des Tanks an die
jeweiligen räumlichen Gegebenheiten und betrieblichen Erfor
dernisse. Geeignet vorgefertigte Formteile können zu Struktu
ren beliebiger Grundrißform und Größe zusammengebaut werden.
Wärmespeichertanks großer Kapazität, etwa als Langzeitspei
cher zum Sammeln der Sommerwärme für die Unterstützung
winterlichen Heizbetriebs, können ebenso problemlos an Ort
und Stelle installiert werden wie kleinere Tanks.
Während eine runde Grundrißform optimal zur Minimierung der
Seitenwandoberfläche und somit des Wärmeverlustes ist, hat
eine rechteckige Grundrißform den Vorteil, daß für Tanks
verschiedener Größe jeweils gleiche Formteile verwendet
werden können, in jeweils unterschiedlicher Anzahl. Eine
derartige Normierung der Formteile verbilligt deren Herstel
lung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind im Innenraum des
Erdtanks Trennwände vorgesehen, die zum einen zur Abstützung
der Deckenwand dienen und zum anderen den Innenraum in
verschiedene Kammern unterteilen können, die eine zentrale
Kernzone und eine umgebende Randzone bilden. Diese Zonen
können getrennt betrieben werden, insbesondere hinsichtlich
der Wärmeentnahme aus dem Speicher. In der Randzone wird die
Speicherflüssigkeit wegen der Nähe der Außenwandung früher
abkühlen und deswegen meist niedrigere Temperatur haben als
die Speicherflüssigkeit in der Kernzone. Wenn das mittels des
Wärmeverbrauchers zu erwärmende Medium relativ niedrige
Temperatur hat, kann die Speicherflüssigkeit der Randzone
ausgenützt werden.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn in naher Umgebung des
Erdtanks im Erdreich Leitungen verlegt sind, die von einer
Flüssigkeit durchströmbar sind, welche die Umgebungswärme des
Erdtanks aufnimmt.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage, die
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zusammen mit ei
ner Wärmequelle und einem Wärmeverbraucher enthält,
wobei der Erdtank im Vertikalschnitt gezeigt ist;
Fig. 2 den Vertikalschnitt durch den Erdtank in etwas
vergrößertem Maßstab;
Fig. 3 im gleichen Maßstab wie Fig. 2 einen Horizontal
schnitt durch den Erdtank;
Fig. 4 in wiederum vergrößertem Maßstab einen Vertikal
schnitt durch einen seitlichen Randbereich des Erd
tanks und
Fig. 5 im gleichen Maßstab wie Fig. 4 einen Eckbereich des
Erdtanks im Horizontalschnitt.
Es wird nun zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die dort
dargestellte Anlage ist ein Beispiel für den Einsatz einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung von Wärmeener
gie. Die Anlage enthält eine von Solarenergie gespeiste
Wärmequelle, die insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnet
ist, einen Wärmeverbraucher 20 und einen Wärmespeicher in
Form eines flüssigkeitsgefüllten Erdtanks 50. Die genannten
Einrichtungen sind über ein Leitungssystem miteinander
verbunden, das insgesamt mit 40 bezeichnet ist.
Die gezeigte Anlage kann z. B. konzipiert sein, um die Heizung
eines Gebäudes zu übernehmen oder zumindest zu unterstützen.
Hierzu enthält die Heizquelle 10 einen Wärmekollektor 11, der
Strahlungs- und/oder Wärmeenergie aus der Umgebung des
Gebäudes aufnimmt und an ein Strömungsmedium abgibt, das eine
Flüssigkeit oder Luft sein kann. Im Falle der üblichen
Sonnenkollektoren, welche die Strahlungsenergie der Sonne
aufnehmen, ist dieses Medium üblicherweise Wasser. Es können
aber auch Wärmekollektoren verwendet werden, die Sonnenein
strahlung und/oder Umgebungswärme des Gebäudes in einen
Warmluftstrom umwandeln. Das durch den Kollektor 11 erwärmte
Medium (Flüssigkeit oder Luft) wird über eine geeignete
Fördereinrichtung (Pumpe oder Gebläse) 12 einem Wärmetauscher
13 zugeführt, worin aus dem Medium Wärmeenergie an einen
zweiten Strömungskreislauf übertragen wird. Das abgekühlte
Medium strömt aus dem Wärmetauscher 13 über eine Leitung 14
zurück zum Wärmekollektor 11, wo es erneut aufgeheizt wird.
Das über den Wärmetauscher 13 erwärmte Medium des zweiten
Strömungskreislaufes ist eine Flüssigkeit, z. B. Wasser. Die
Vorlaufleitung 42a vom Wärmetauscher 13 ist mit einem ersten
Anschluß eines Umschaltventils 43a verbunden, dessen zweiter
Anschluß mit der Rücklaufleitung 44a des Wärmeverbrauchers 20
und dessen dritter Anschluß mit einer Sammelleitung 45a
verbunden ist. Die Rücklaufleitung 42b zum Wärmetauscher 13
ist mit einem ersten Anschluß eines zweiten Steuerventils 43b
verbunden, dessen zweiter Anschluß mit der Vorlaufleitung 44b
des Wärmeverbrauchers 20 und dessen dritter Anschluß über
eine Pumpe 41 mit einer zweiten Sammelleitung 45b verbunden
ist. Die erste Sammelleitung 45a ist über jeweils ein Schalt-
oder Steuerventil 46a bzw. 47a bzw. 48a mit Verbindungslei
tungen für getrennte Zonen des Tanks 50 bzw. für ein außer
halb des Tanks 50 im Erdreich liegendes Leitungssystem 30
verbunden. Die zweite Sammelleitung 45b ist ebenfalls über
jeweils ein zugeordnetes Steuer- oder Schaltventil 46b bzw.
47b bzw. 48b mit Auslaßleitungen der betreffenden Zonen des
Speichertanks 50 bzw. des Leitungssystems 30 verbunden.
Der Tank 50 ist mit der Flüssigkeit des zweiten, vom Wärme
tauscher 13 erwärmbaren Strömungskreislaufes gefüllt, ebenso
das Leitungssystem 30, dessen Funktion später noch beschrie
ben wird. Die Funktion des Tanks 50 besteht darin, die in
Zeiten wirksamer Sonneneinstrahlung bzw. hoher Umgebungswärme
vom Wärmekollektor 11 aufgenommene und mittels des Wärmetau
schers 13 übertragene Energie zu speichern, um sie in Zeiten
geringer oder fehlender Sonneneinstrahlung bzw. niedriger
Umgebungstemperatur an den Wärmeverbraucher 20 zu Heizzwecken
abzugeben. Hierzu kann der Wärmeverbraucher 20 ein Wärmetau
scher oder vorzugsweise eine Wärmepumpe sein, um eine Raum
heizung zu betreiben oder zu unterstützen.
Bevor die Betriebsarten der in Fig. 1 dargestellten Anlage
und der darin enthaltenen erfindungsgemäßen Vorrichtung
erläutert werden, seien Aufbau und Einzelheiten des Speicher
tanks 50 anhand von Fig. 2 bis 5 beschrieben.
Der in Fig. 2 bis 5 dargestellte Speichertank ist eine
Bauform in Gestalt eines Quaders mit einer rechteckigen
Bodenwand 51, rechteckigen Seitenwänden 52, 53, 54 und 55 und
einer rechteckigen Deckenwand 56. Jede dieser sechs Wände
setzt sich zusammen aus drei Schichten, nämlich einer Innen
schicht 61, 62, 63, 64, 65, 66, einer Außenschicht 81, 82,
83, 84, 85, 86 und einer dazwischenliegenden Dämmschicht 71,
72, 73, 74, 75, 76.
Die Dämmschichten sind jeweils durch nebeneinander- bzw.
übereinanderliegende Formteile aus Kunststoffhartschaum
gebildet, vorzugsweise Polyurethanschaum. Die Dämmschicht-
Formteile haben unterschiedliche Gestalt, je nachdem, ob sie
für die Bodenwand 51 und die Deckenwand 56, für die mittleren
Bereiche der Seitenwände 52 bis 55 oder für die Eckbereiche
zwischen den Seitenwänden verwendet werden. Gemeinsames
Merkmal aller Dämmschicht-Formteile ist jedoch, daß sie
zumindest auf einer Seite eine tief profilierte Oberfläche
haben, wobei die Vertiefungen des Profils Luftkammern bilden
und die Erhebungen des Profils distanzhaltende Stützen
bilden, entweder zur Abstützung gegeneinander wie an den
Seitenwänden 52-55 oder zur Abstützung auf der Außenschicht
81 der Bodenwand 51 bzw. der Innenschicht 66 der Deckenwand
56.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht, wie in Fig. 4
verdeutlicht ist, die Dämmschicht 71 der Bodenwand aus
nebeneinanderliegenden Hartschaum-Formteilen 71a mit jeweils
drei nach unten weisenden Profilerhebungen, die sich mit
ihren keilförmigen Enden in entsprechend keilförmigen Profil
vertiefungen der darunterliegenden Außenschicht 81 abstützen.
Die Formteile 71a erstrecken sich senkrecht zur Zeichenebene
der Fig. 4 vom einen zum anderen Ende des Tanks, entweder
einstückig oder in mehreren aneinandergelegten Exemplaren,
wenn die Abmessung des Tanks in dieser Richtung sehr groß
ist. Ähnliches gilt für die darunterliegende bodenseitige
Außenschicht 81, für die Isolierplattenmaterial verwendet
werden kann, vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoffhartschaum
wie etwa Polyurethanschaum, in Form nebeneinanderliegender
und gegebenenfalls auch hintereinandergelegter Platten 81a.
Zwischen den Profilerhebungen der Dämmschicht-Formteile 71a
sind Luftkammern 78 gebildet.
Die Dämmschicht 76 der Deckenwand 56 besteht aus Formteilen
76a, die in Form, Material und Anordnung den Formteilen 71a
der Bodenwand-Dämmschicht 71 entsprechen. Die keilförmig
endenden Profilerhebungen der Formteile 76a stützen sich in
entsprechend geformten Profilvertiefungen der Deckenwand-
Innenschicht 66 ab, die ebenfalls aus nebeneinanderliegenden
Platten 66a gebildet ist, welche in Form und Material den
Platten 81a der Bodenwand-Außenschicht 81 entsprechen können.
Auf der Oberseite der Bodenwand-Dämmschicht 71 ist die
Bodenwand-Innenschicht 61 in Form von Platten 61a, 61b
verlegt, bei denen es sich um Grundmauerschutzplatten handeln
kann, ebenfalls aus Kunststoffhartschaum, vorzugsweise
Polyurethanschaum. Die am Rand liegende Innenschichtplatte
61b hat eine keilförmige Profilerhebung, deren Zweck später
noch erläutert wird.
Die oben auf der Deckenwand-Dämmschicht 76 verlegte Decken
wand-Außenschicht 86 ist aus einem wasserundurchlässigen
Material, z. B. einem bituminösen Drainageplattenmaterial,
vorzugsweise bestehend aus Polyurethanschaumpartikeln mit
Bitumen vermischt. Aus dem gleichen Material sind vorzugswei
se auch die Seitenwand-Außenschichten 82, 83, 84, 85 gebil
det.
Die Dämmschichten 72, 73, 74, 75 der Seitenwände 52, 53, 54,
55 bestehen jeweils aus Hartschaum-Formteilen, deren Quer
schnittsform in Fig. 3 und 5 zu erkennen ist. Im einzelnen
sei zunächst der Aufbau der Seitenwand 53 betrachtet.
Die Dämmschicht 73 dieser Seitenwand 53 setzt sich zusammen
aus einer der Innenschicht 63 zugewandten ersten Lage von
Formteilen 73a und einer der Außenschicht 83 zugewandten
zweiten Lage von Formteilen 73b, wobei sich Profilerhebungen
der Formteile 73a und 73b aufeinander abstützen, so daß die
Profilvertiefungen der beiden Formteile 73a, 73b einander
gegenüberliegen und Luftkammern 78 bilden. Einander benach
barte Formteile 73a berühren sich formschlüssig an Berüh
rungsflächen, die zumindest teilweise nicht orthogonal zur
Ebene der betreffenden Seitenwand verlaufen. Entsprechendes
gilt für einander benachbarte Formteile 73b. Somit ergibt
sich zwischen einander benachbarten Formteilen in der Seiten
wand eine derartige Keilverzahnung, daß sich die Formteile
gegenseitig gegen relative Verschiebung orthogonal zur
Seitenwandung blockieren. Falls, wie in Fig. 2 und 4 darge
stellt, die Seitenwand-Dämmschicht 73 aus mehreren übereinan
derliegenden Lagen von Dämmschicht-Formteilen 73a, 73b
gebildet ist, ist auch die Berührungsfläche zwischen jeweils
übereinanderliegenden Formteilen zumindest abschnittsweise
nicht orthogonal zur Ebene der Seitenwand, so daß sich auch
hier eine Keilverzahnung ergibt. Für eine entsprechende
Keilverzahnung ist schließlich auch zwischen der unteren
Standfläche der untersten Dämmschicht-Formteile der Seiten
wand und der Innenschicht 61 der Bodenwand 51 gesorgt, und
zwar durch die bereits erwähnte Profilerhebung im Randelement
61b der Bodenwand-Innenschicht 61 und die dazu komplementäre
Formgebung der unteren Standfläche der untersten Dämmschicht-
Formteile der Seitenwand, wie am deutlichsten in Fig. 4 zu
erkennen ist. Die Innenschicht 63 der Seitenwand 53 besteht
vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Innenschicht
61 an der Bodenwand 51, nämlich aus Polyurethanschaum-
Platten.
Die anderen Seitenwände 52, 54 und 55 sind in der gleichen
Weise aufgebaut wie die vorstehend beschriebene Seitenwand
53, so daß sich hier eine nähere Beschreibung erübrigt.
An den vier Ecken, wo jeweils zwei Exemplare der Seitenwände
52, 53, 54, 55 zusammenstoßen, besteht die Dämmschicht aus
besonderen Eck-Formteilen 77a, 77b, wie im Detail in der Fig.
5 dargestellt ist. In jeder Ecke befinden sich ein oder
mehrere übereinanderliegende Formteile 77b erster Art, welche
die Außenseite der Ecke definieren und jeweils eine breite,
nach innen weisende Profilausnehmung haben, und ein oder
mehrere Formteile 77a zweiter Art, welche die Innenseite der
Ecke definieren, an den Formteilen 77b anliegen und mit
jeweils einer schmalen Profilerhebung in die breite Pro
filausnehmung des betreffenden Formteils 77b stoßen, so daß
auch in den Eckbereichen Luftkammern 78 in der Dämmschicht
freigehalten werden. Die Eck-Formteile 77a, 77b bilden an
ihren Berührungsflächen mit den Dämmschicht-Formteilen der
jeweils benachbarten Seitenwände eine ähnliche Keilverzahnung
wie die letztgenannten Formteile unter sich, d. h., die betref
fenden Berührungsflächen sind zumindest abschnittsweise
nicht orthogonal zur Ebene der betreffenden Seitenwand.
Wenn die Eck-Formteile symmetrisch sind, wie im dargestellten
Fall, können die Formteile in der Dämmschicht der Seitenwände
nicht alle die gleiche Form haben. Wie in Fig. 3 und 5
erkennbar, muß innerhalb jeder Seitenwand die Form der
seitlichen Keilverzahnung zwischen den Formteilen aus Symme
triegründen irgendwo ins Spiegelbildliche "umgedreht" werden.
Dies wird durch jeweils ein Paßstück in der Reihe der Form
teile innerhalb jeder Seitenwand erreicht. In Fig. 5 sind
solche Paßstücke für die Seitenwand 55 dargestellt und mit
75c und 75d bezeichnet. Diese Paßstücke unterscheiden sich
von den benachbarten Formteilen 75a und 75b dadurch,
daß sie symmetrisch in bezug auf eine vertikale und zur
Seitenwand orthogonale Ebene sind. Wie aus Fig. 3 ersicht
lich, sind ähnliche Paßstücke auch in den anderen Seitenwän
den 52, 53, 54 enthalten. Die Paßstücke können jedoch entfal
len, wenn die Eck-Formteile 77a, 77b in passender Weise
unsymmetrisch gestaltet sind.
Zur Installation des Erdtanks 50 wird zunächst in einer
ausgeschachteten Grube die Bodenwand 81 verlegt, die über die
gesamte Breite und Länge des Erdtanks reicht. Auf der Boden
wand 81 werden dann die Formteile 71a der Bodenwand-
Dämmschicht angeordnet, und auf der Oberseite der so herge
stellten Bodenwand-Dämmschicht wird die Bodenwand-
Innenschicht 61 verlegt. Anschließend erfolgt der Aufbau der
Seitenwand-Dämmschicht, indem die zugehörigen Formteile auf
der Bodenwand-Innenschicht 61 aufgestellt werden, und zwar
entlang deren Rändern. Anschließend werden die Innenseiten
der Seitenwände 52, 53, 54, 55 mit der jeweiligen Innen
schicht 62, 63, 64, 65 versehen.
In der so entstandenen Wanne werden dann vertikale Trennwände
91 und 92 in zueinander senkrechten Richtungen eingezogen, um
eine Mehrzahl von innenliegenden Kammern 93 und Randkammern
94 zu bilden. Die Innenkammern 93 sind untereinander durch
entsprechende Öffnungen 95 in den Trennwänden verbunden.
Ebenso sind die Randkammern 94 durch entsprechende Öffnungen
96 in den Trennwänden miteinander verbunden. Die Innenkammern
93 bilden somit eine zusammenhängende Kernzone, während die
Außenkammern 94 eine zusammenhängende Randzone bilden.
Auf den Oberkanten der Seitenwand-Dämmschichten 72, 73, 74,
75, der Seitenwand-Innenschichten 62, 63, 64, 65 und der
Trennwände 91, 92 wird dann die Deckenwand-Innenschicht 66
verlegt, auf deren Oberseite die Formteile 76a der Decken
wand-Dämmschicht 76 angeordnet werden. Hierauf werden die
Seitenwände 52, 53, 54, 55 mit der jeweiligen Außenschicht
82, 83, 84, 85 versehen, die jeweils vom unteren Rand der
Bodenwand-Außenschicht 81 bis zum oberen Rand der Deckenwand-
Dämmschicht 76 reicht. Im Anschluß daran wird die Außen
schicht 86 der Deckenwand 56 aufgebracht.
Beim Zusammenbau werden die Fugen zwischen den Einzelteilen
der Innen- und Außenschichten und auch der Trennwände mit
Bitumen abgedichtet. Zwischen den Formteilen der Dämmschicht
ist eine solche Abdichtung nicht notwendig; jedoch kann auch
hier Bitumen eingebracht werden, um die besagten Formteile
gewünschtenfalls besser zusammenzuhalten, insbesondere wenn
mehrere Formteile bereits bei einer Vormontage vereinigt
werden, was in vielen Fällen zweckmäßig ist.
Vor oder nach der Installation des Erdtanks 50 werden die
umgebenden Rohrleitungen 30 verlegt, die vorzugsweise aus
Kunststoffschlauch bestehen.
Die Kernzone 93 und die Randzone 94 des Tanks werden getrennt
an die Sammelleitungen 45a, 45b angeschlossen. Im einzelnen
führt von der Sammelleitung 45a über jeweils ein Ventil 46a
bzw. 47a eine Zulaufleitung in den oberen Bereich der betref
fenden Zone des Tanks 50, während aus dem unteren Bereich der
Zonen jeweils eine Entnahmeleitung über ein zugeordnetes
Ventil 46b bzw. 47b zur Sammelleitung 45b führt. In ähnlicher
Weise ist das den Tank umgebende Rohrleitungssystem 30 über
jeweils ein Zulaufventil 48a bzw. ein Entnahmeventil 48b an
die Sammelleitungen 45a bzw. 45b angeschlossen. Einzelheiten
der Leitungsdurchführung in der Deckenwand 56 des Tanks 50
und der zugeordneten Anschlußarmaturen sind aus Gründen der
Übersichtlichkeit in den Zeichnungen nicht dargestellt. Es
können hierzu herkömmliche Einrichtungen verwendet werden.
Bei hoher Umgebungswärme bzw. ausreichender Sonneneinstrah
lung wird die in Fig. 1 dargestellte Anlage mit dem vorste
hend beschriebenen Erdtank 50 im Ladebetrieb betrieben, um
den Tank mit Wärmeenergie aufzuladen. Hierzu sind die Ventile
43a und 43b so eingestellt, daß die an der Vorlaufleitung 42a
aus dem Wärmetauscher 13 austretende erwärmte Flüssigkeit zur
Sammelleitung 45a gelangt und daß aus der Sammelleitung 45b
Flüssigkeit über die Rücklaufleitung 42b in den Wärmetauscher
13 gepumpt wird, unter der Wirkung der Pumpe 41. Die Ventile
46a und 46b bzw. 47a und 47b werden abhängig von der Tempera
tur am Wärmetauscher 13 so gesteuert, daß der Flüssigkeits
kreislauf bei hoher Temperatur über die Kernzone 93 und bei
geringerer Temperatur über die Randzone 94 des Erdtanks 50
läuft. Dieser Ladebetrieb kann während der gesamten warmen
Jahreszeit aufrechterhalten bleiben.
Der Entladebetrieb, bei welchem Wärmeenergie aus dem Tank 50
und auch aus dem Rohrleitungssystem 30 entnommen wird,
erfolgt vorzugsweise während der Heizperiode. Bei dieser
Betriebsart sind die Ventile 43a und 43b so eingestellt, daß
die Pumpe 41 Flüssigkeit aus der Entnahme-Sammelleitung 45b
zum Wärmeverbraucher 20 fördert, von wo es zurück in die
Zulauf-Sammelleitung 45a gelangt. Je nach gemessener Außen
temperatur bzw. Heizbedarf erfolgt dieser Entnahmebetrieb an
der Kernzone 93, an der Randzone 94 oder am Leitungssystem 30
durch Öffnen der jeweils zugeordneten Ventilpaare 46a, 46b
bzw. 47a, 47b bzw. 48a, 48b.
In der Kernzone 93 des Tanks 50 ist das wärmste Wasser z. B.
in einem Temperaturbereich von 40 bis 45° C gespeichert. Die
Randzone 94 bremst Wärmeverluste des Kernbereichs. Wärmever
luste zum Erdreich sind in der Randzone am höchsten. Der
Temperaturbereich der Speicherflüssigkeit in dieser Zone ist
z. B. 25 bis 30° C. Durch das außenliegende, im Erdreich
verlegte Rohrleitungssystem 30 werden die Wärmeverluste des
Speichers in das Erdreich zum Teil ausgenutzt. Die in diesem
Rohrleitungssystem zirkulierende Flüssigkeit bewegt sich z. B.
in einem Temperaturbereich von 8 bis 12° C.
Je größer der Erdtank 50 ist, desto größer ist natürlich
seine Wärmespeicherkapazität und desto geringer sind seine
Wärmeverluste, die hauptsächlich von der Flächengröße der
Wände abhängen. Bei einem relativ kleinen Tank, dessen
Decken- und Bodenfläche jeweils 25 m2 betragen und dessen
Seitenwandfläche insgesamt 77 m2 beträgt, waren Wärmeverluste
von 68 bzw. 54 kcal/h (285 bzw. 226 kJ/h) an Decke und Boden
und von 150 kcal/h (627 kJ/h) an den Wänden zu beobachten,
wobei die Anfangstemperatur der Decke 40°C, am Boden 30°C und
an den Seitenwänden im Mittel 35°C betrug. Diese Wärmeverlu
ste von insgesamt 270 kcal/h (1140 kJ/h) führten zu einer
Abkühlung von 4,5% in 10 Tagen und von 14,0% in 30 Tagen.
Bei einem viel größeren Tank mit einer Decken- und Bodenflä
che von jeweils 90 m2 und einer Seitenwandfläche von insge
samt 145 m2 betrug, bei gleichen Anfangstemperaturen wie im
vorangegangenen Beispiel, der Wärmeverlust 720 kcal/h (3000 kJ/h),
was zu einer Abkühlung von nur 2,5% in 10 Tagen und
nur 7,5% in 30 Tagen führte. Diese Beispiele mögen zeigen,
daß sich eine erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung
hervorragend zur Langzeitspeicherung von Wärmeenergie eignet.
Claims (23)
1. Vorrichtung zur Langzeitspeicherung von Wärmeenergie
mit
- 1. einem Erdtank (50), dessen Wände (51 bis 56) eine In nenschicht (61 bis 66), eine Außenschicht (81 bis 86) und eine zwischen Innen- und Außenschicht angeordnete wärmeisolierende Dämmschicht (71 bis 76) aufweisen, und
- 2. einer Beschickungseinrichtung (41, 42a, 42b) zum Ein leiten einer die zu speichernde Wärmeenergie enthal tenden Flüssigkeit in den Innenraum (93, 94) des Erd tanks (50) und einer Entnahmeeinrichtung (41, 44a, 44b) zum Leiten der Flüssigkeit aus dem Innenraum an einen Wärmeverbraucher (20),
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Formteile (71a, 72a bis 72d,
73a bis 73d, 74a bis 74d, 75a bis 75d, 76a, 77a, 77b)
profiliert sind, wobei die Vertiefungen des Profils die
Luftkammern (78) bilden und die Erhebungen des Profils
distanzhaltende Stützen bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Erdtank (50) eine in hori
zontaler Ebene verlaufende Bodenwand (51), eine paral
lel hierzu verlaufende Deckenwand (56) und vertikale
Seitenwandung (52-55) hat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Bodenwand (51) die
Formteile (71a) der Dämmschicht (71) an ihrer Untersei
te profiliert sind, wobei sich die Enden der Profiler
hebungen in entsprechend geformten Profilvertiefungen
der Außenschicht (81) abstützen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Deckenwand
(56) die Formteile (76a) der Dämmschicht (76) an ihrer
Unterseite profiliert sind, wobei sich die Enden der
Profilerhebungen in entsprechend geformten Profilver
tiefungen der Innenschicht (66) abstützen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Bodenwand (51)
und in der Deckenwand (56) die sich abstützenden Enden
der Profilerhebungen der Dämmschicht-Formteile (71a,
76a) Keilflächen haben.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich
einander benachbarte Formteile (72a-75a, 72c-75c; 72b-
75b, 72d-75d) der Dämmschicht (72 bis 75) in der Sei
tenwandung (52-55) formschlüssig unter einer derartigen
Keilverzahnung berühren, daß sie sich gegenseitig gegen
relative Verschiebung orthogonal zur Seitenwandung
blockieren.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Dämmschicht (72 bis 75)
der Seitenwandung (52 bis 55) eine besagte Keilverzah
nung zwischen den Berührungsflächen vertikal übereinan
derliegender Formteile (72a-75a, 72c-75c; 72b-75b, 72d-
75d) besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bodenwand (51) bis an die
Innenseite der Außenschicht (82 bis 85) der Seitenwan
dung (52 bis 55) reicht und daß eine besagte Keilver
zahnung zwischen den unteren Standflächen der untersten
Exemplare der Dämmschicht-Formteile (72a-75a, 72c-75c;
72b-75b, 72d-75d) der Seitenwandung (52 bis 55) und der
Innenschicht (61) der Bodenwand (51) besteht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß in der
Dämmschicht (72 bis 75) der Seitenwandung (52-55) eine
besagte Keilverzahnung zwischen den Berührungsflächen
horizontal nebeneinanderliegender Exemplare der Form
teile (72a-75a, 72c-75c; 72b-75b, 72d-75d) besteht.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämmschicht (72 bis 75) der Seitenwandung (52-55) eine
der Innenschicht (62 bis 65) zugewandte erste Lage von
Formteilen (72a-75a, 72c-75c) und eine der Außenschicht
(81-85) zugewandte zweite Lage von Formteilen (72b-75b,
72d-75d) aufweist, wobei Profilvertiefungen der Form
teile der beiden Lagen einander gegenüberliegen und
sich die Pofilerhebungen der Formteile der beiden Lagen
aufeinander abstützen.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Erd
tank (50) rechteckige Grundrißform hat.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß in den Eckbereichen der
Seitenwandung die Dämmschicht aus besonderen Eck-
Formteilen (77a, 77b) besteht, die den Raum zwischen
den Seitenrändern der Dämmschichten (72 bis 75) der je
weils zusammenstoßenden Seitenwände (52 bis 55) ausfül
len.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Eck-Formteile (77a,
77b) ebenfalls zur Bildung von Luftkammern profiliert
sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Formteile (71a, 72a-72d, 73a-73d, 74a-74d, 75a-75d,
76a, 77a, 77b) der Dämmschicht (71 bis 76) aus Hart
schaum bestehen.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Au
ßenschicht (81) der Bodenwand (51) und die Innenschicht
(66) der Deckenwand (56) aus Isolierplattenmaterial,
vorzugsweise Hartschaumplatten, bestehen.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Au
ßenschicht (82 bis 86) der Seitenwandung (52 bis 55)
und der Deckenwand (56) aus bituminösem Drainageplat
tenmaterial besteht, vorzugsweise aus wasserundurchläs
sigen Platten einer Hartschaum-Bitumen-Mischung.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die In
nenschicht (61 bis 66) der Deckenwand (56) und der Sei
tenwandung (52 bis 55) aus Grundmauerschutzplattenmate
rial, vorzugsweise Hartschaumplatten, besteht.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im In
nenraum des Erdtanks (50) Trenn- und Stützwände (91,
92) vorgesehen sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Trennwände (91, 92)
den Innenraum in verschiedene Kammern unterteilen, die
eine zentrale Kernzone (93) und eine umgebende Randzone
(94) bilden, und daß für die Kernzone und die Randzone
getrennte Einlaß- und Auslaßleitungen vorgesehen sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet
durch Steuermittel (47a-47b, 46a-46b) zum selektiven
Anschließen der Beschickungseinrichtung (41, 42a, 42b)
und/oder der Entnahmeeinrichtung (41, 44a, 44b) an die
Einlaß- bzw. Auslaßleitungen der Kernzone (93) und der
Randzone (94).
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in naher
Umgebung des Erdtanks (50) im Erdreich Leitungen (30)
verlegt sind, die von einer Flüssigkeit durchströmbar
sind, welche die Umgebungswärme des Erdtanks (50) auf
nimmt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet
durch Steuermittel (48a-48b) zum wahlweisen Anschließen
der Beschickungs- und/oder der Entnahmeeinrichtung (41,
42a, 42b; 41; 44a, 44b) an die im Erdreich verlegten
Leitungen (30).
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8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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