DE19945053A1

DE19945053A1 - Wärmespeicher

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Publication number: DE19945053A1
Application number: DE19945053A
Authority: DE
Original assignee: PFEIL MARKUS
Current assignee: PFEIL & KOCH INGENIEURGESELLSCHAFT GMBH & CO. KG,
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2000-05-18

Abstract

Es wird ein in den Boden eingelassener und mit Wasser als Speichermedium (2) gefüllter Wärmespeicher vorgeschlagen, wobei das Speicherbecken (1) mindestens zum Boden hin mit Wärmedämmung (4) isoliert ist, die aus einem wärmeisolierenden Schüttgut (7) besteht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Wärmespeicher zur Speicherung von Wärmeenergie nach der Gattung des Hauptanspruchs über einen längeren Zeitraum, wie er beispielsweise in Verbindung mit Solarheizungsanlagen verwendet wird. Mit derartigen, unterirdischen Wärmespeichern wird das große Energieangebot gespeichert für den großen Energiebedarf im Winter bei geringem Energieangebot und dem Angebot an Sonnenenergie im Sommer bei niedrigem Energiebedarf. Die beispielsweise über eine Solaranlage oer Müllverbrennungsanlage im Sommer gewonnene Energie wird dem aus Wasser bestehenden Speichermedium über einen Wärmeträger zugeführt, als Wärmeenergie zwischengespeichert und bei Bedarf aus dem Speicher abgerufen und dem Verbraucher zugeführt.

Ein bekannter Wärmespeicher (DE-OS 29 48 099) besteht aus einem unterirdischen Speicherbecken in dem sich das Speichermedium befindet. Das Speicherbecken ist vollständig von einer Abdichtfolie umgeben, welche auf eine Wärmedämmung aufgelegt ist. Die Wärmedämmung dieses Wärmespeichers besteht aus, in zwei Lagen neben- bzw. aufeinandergelegten Wärmedämmplatten, wobei jede Wärmedämmplatte wiederum von einer Folie umgeben ist. Nachteilig bei diesem Wärmespeicher ist, daß einerseits zwischen den einzelnen Wärmedämmplatten Wärmebrücken entstehen können, und daß andererseits die Wärmedämmplatten druck- und hitzebeständig sein müssen und somit verhältnismäßig teure Materialien erfordern. Außerdem sind die in Frage kommenden Werkstoffe für die Wärmedämmplatten, wie geschäumte Kunststoffe, ökologisch nicht unbedenklich.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Der erfindungsgemäße Wärmespeicher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des Nebenanspruchs 18 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Wärmedämmung aus einem Schüttgut besteht, welches nicht nur kostengünstiger ist, sondern auch keine Wärmebrücken zuläßt und dadurch eine bessere Wärmedämmung gewährleistet. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik verwendeten Dämmplatten paßt sich die schüttgutartige Wärmedämmung einem unebenen Untergrund ebenso wie einer unebenen Speicherfüllung (Kies odgl.) an. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist die leichter handhabbare, schneller durchführbare und somit auch kostengünstigere Herstellung. Das als Wärmedämmung des Speichers verwendete Schüttgut, welches insbesondere nach seiner Wärmedämmfähigkeit, Druck- und Hitzebeständigkeit auswählbar ist, ist durch einfaches Aufschütten oder Einblasen in die durch die verlorene Schalung begrenzte Wärmedämmschicht einbringbar. Die Schalung kann aus unterschiedlichstem Material bestehen - jedenfalls verbleibt sie im Boden. Insbesondere bei großen Wärmespeichern und somit großflächiger Wärmedämmung ist das Verfahren vorteilhaft und erfordert einen wesentlich geringeren Aufwand (Zeit und Kosten) als bei bekannten Verfahren.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Schalungszwischenraum durch schlauch- oder kissenartige Behältnisse gebildet, welche nebeneinander angeordnet sind. Hierbei dient vorzugsweise das Material der Behältnisse als Schalung, wobei natürlich zur zusätzlichen Abdichtung die Stoßfugen überdeckende Folien, die auch die Behältnisse insgesamt überspannen, verwendbar sind.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Wärmedämmung aus mineralischem Schüttgut, wie Blähglas, Perliten odgl., welche insbesondere den Anforderungen von Druckbeständigkeit und guter Wärmedämmung gerecht werden. Mineralisches Schüttgut ist in vielfältigen Formen und in ausreichenden Mengen vorhanden. Außerdem ist eine solche Wärmedämmung ökologisch absolut unbedenklich.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Schalungszwischenraum für die schüttgutartige Wärmedämmung luftdicht verschließbare Behältnisse auf und es ist außerdem innerhalb der gefüllten Behältnisse ein Vakuum erzeugbar. Dadurch lassen sich neben der Verbesserung der Isolation formstabile Wärmedämmpakete bilden, welche nebeneinander auf den Seitenwänden des Speicherbeckens auflegbar sind und eine dichte aber auch feste Wärmedämmung erlauben.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des als Speichermedium dienenden Wassers ein mineralischer Füllstoff, wie Kies odgl. vorgesehen. Dadurch ist der Wärmespeicher zum einen statisch gesichert und es kann die über dem Speicher liegende Fläche frei genutzt und beispielsweise auch bebaut werden. Andererseits übernimmt der Füllstoff auch eine gewisse Wärmespeicherfunktion und kann dementsprechend nach geeigneten Eigenschaften ausgewählt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Wärmedämmung und Boden eine Dränageschicht vorgesehen, um gegebenenfalls auftretende Feuchtigkeit z. B. durch Dampfdiffusion aus dem Inneren des Speichers und von außen eindringendes Wasser vor dem Eindringen in die Wärmedämmung, abzuleiten.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Abdichtschicht aus einer wasserdichten Folie, wodurch ein Austreten von Wasser aus dem Speicherbecken vermieden wird. Die Folie kann aus einzelnen Teilstücken zusammengefügt werden und so den gesamten Speicherinnenraum abdichten.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Dampfdiffusionssperre in bzw. an der Abdichtschicht oder der Wärmedämmung vorgesehen. Mittels der Diffusionssperre (z. B. Metallfolie oder Beschichtung der Folie) wird verhindert, daß Wasserdampf durch die Abdichtschicht hindurchdiffundiert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Abdichtschicht aus einer Tondichtungslage. In die Tondichtung dringt zunächst Wasser ein, welches aber die Tondichtung aufquillen läßt und dadurch ein weiteres Eindringen von Wasser verhindert. Die Tondichtung hat den Vorteil daß nur natürliche Werkstoffe zum Einsatz kommen und der Speicher somit umweltverträglicher ist. Vorteilhafterweise kann zwischen zwei Tondichtungslagen eine Dränageschicht vorgesehen sein, innerhalb derer sich geringfügig austretendes Leckwasser ansammelt. Durch geeignete Einrichtungen innerhalb der Dränageschicht, z. B. im unteren Abschnitt der Seitenwände des Beckens, ist das angesammelte Wasser abpumpbar.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Abdichtschicht vorgesehen und zwischen den beiden Abdichtschichten eine abstandhaltende Schicht, zur Leckageüberwachung mittels beispielsweise Vakuumüberprüfung. Zwischen den beiden Abdichtschichten sind Felder erzeugbar, welche mit Vakuum auf Dichtigkeit überprüfbar sind.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Speichermedium durch die Schalung nach oben abgedeckt, wobei schlauchförmige Behältnisse zu einem Raster angeordnet sind, dessen freie Rasterräume mit dem isolierenden Schüttgut aufgefüllt sind. Hierdurch wird vermieden, das bei "Punktbelastungen" auf dem wärmedämmenden Schüttgut dieses seitlich verdrängt wird. Immerhin kann ein solcher Speicher eine Ausdehnung von mehreren 100 qm aufweisen, wobei die Schüttung mindestens 50 cm betragen sollte. Durch eine ohnehin erforderliche zusätzliche Abdeckfolie werden die punktuellen Belastungen ohnehin günstiger verteilt. Nur, wenn die Schüttungsfläche zu groß ist, läßt es sich nicht vermeiden, daß das Schüttgut bei Punktbelastung seitlich stärker verschoben wird, wodurch auch die erforderliche Mindestdicke des Schüttgutes überschritten werden könnte.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Behältnisse und Rasterräume wie bereits oben erwähnt durch eine wassertrennende Folie abgedeckt.

Durch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist je eine wassertrennende Folie oberhalb und eine unterhalb der abdeckenden Isolierung d. h. des Schüttgutes bzw. der schlauchförmigen Behältnisse angeordnet. Hierdurch ist es möglich, daß die Gutwärmedämmung auf dem als Speichermedium dienenden Wasser schwimmt, so daß ggf. auf den mineralischen Füllstoff wie Kies, Sand odgl. verzichtet werden kann. Hierdurch wird auch die Wärmespeicherkapazität stark vergrößert aufgrund der hohen Wärmespeicherfähigkeit von Wasser. Unabhängig davon werden auch die Erstellungskosten eines solchen Speichers entsprechend verringert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann oberhalb dieser abdeckenden Isolierung auch wenn sie auf dem Wasser schwimmt Boden aufgeschüttet werden. Je nach Schichtdicke des Bodens ergibt sich eine Druckverteilung auf die Wasseroberfläche.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens teilweise oberhalb der abdeckenden Isolierung ein Teich angeordnet, der auf der abdeckenden Isolierung angeordnet ist und bei reiner Wasserfüllung des Speichers darauf schwimmt unter Zwischenschaltung der zwischen zwei dichten Folien angeordneten Schüttgutisolierung oder der ebenfalls unter Zwischenschaltung der Isolierung auf dem mineralischen Füllstoff aufliegt. Ein solcher Teich kann als Regenwassersammelbecken dienen, ist optisch ansprechend und zusätzlich für die Freizeit nutzbar.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Vakuum in den mit Schüttgut gefüllten Behältnissen erzeugt wodurch als Wärmedämmung formstabile, feste und dicht aneinanderliegende paketartigen Behältnissen erzeugbar sind.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Vakuum in den mit Schüttgut gefüllten Behältnissen nach dem Auffüllen des Speicherbeckens mit dem Speichermedium, abgebaut. Das hat den Vorteil daß die Oberfläche der Wärmedämmung weicher wird und daß eventuelle Zwischeräume innerhalb der Wärmedämmung durch gleichmäßige Verteilung des schüttgutartigen Dämmaterieals geschlossen werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können Gegenschalungen so auf die Behältnisse ausgerichtet werden, daß sie die Form der gefüllten Behältnisse bestimmen und anschließend wieder abgenommen werden können bzw. als verlorene Schalung verbleiben.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachter Querschnitt eines Wärmespeichers,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Randbereich des Wärmespeichers und

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Randbereich eines Wärmespeichers mit anderem Isoliermaterial.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmespeicher dargestellt. In einem Speicherbecken 1, welches von Erdreich 5 umgeben ist befindet sich das Speichermedium 2. Durch eine oder mehrere Abdichtfolien 3 ist der Speicherbeckeninnenraum vollständig von der Umgebung wasserdicht abgetrennt. Zwischen der Abdichtfolie 3 und dem Erdreich 5 befindet sich eine aus schüttgutartigem Wärmedämmaterial bestehende Wärmedämmung und gegebenenfalls eine Dränageschicht 6 zum Ableiten von Wasser. Zur einfacheren Auffüllung mit Schüttgut kann eine hier nicht dargestellte verlorene Schalung dienen. Zum Schutz der Abdichtfolie sind, in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte Vliese auflegbar. Die Wärmedämmung 4 der Seitenwände des Speicherbeckens besteht beim dargestellten Beispiel aus mit wärmedämmendem Schüttgut gefüllten schlauch- oder kissenartigen Behältnissen 7, welche auf die Seitenwände auflegbar sind. Oberhalb der Abdeckung des Speicherbeckens 1 ist Boden 9 zur Abdeckung aufgeschüttet. Statt dessen kann auch eine Teich vorgesehen werden. Um einen Verschiebung des Schüttgutes bei Betreten oder punktuellen Belasten der Abdeckung des Speicherbeckens zu vermeiden, kann das Schüttgut durch entsprechende Behältnisse in Rasterräume aufgeteilt werden.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Teilbereich des vereinfacht dargestellten Wärmespeichers. Die Wärmedämmung 4 in der Speicherbeckensohle besteht aus aufgeschüttetem, losen Wärmedämmaterial. Auf die Seitenwände des Speicherbeckens sind schlauchartige, und mit Schüttgut gefüllte Behältnisse 7 aufgelegt, über welche die Abdichtfolie 3 gespannt ist. Dabei entstehende Hohlräume in der Wärmedämmung 4 sind durch loses Wärmedämmaterial ausgefüllt.

In Fig. 3 ist der Rand eines Wärmespeichers dargestellt bei dem Wärmedämmplatten 8 auf die Sohle des Speicherbeckens aufgelegt sind.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1

Speicherbecken

2

Speichermedium

3

Abdichtfolie

4

Wärmedämmung

5

Erdreich

6

Drainageschicht

7

mit wärmedämmendem Schüttgut gefülltes schlauch- oder kissenartiges Behältnis

8

Wärmedämmplatten

9

Abdeckboden

Claims

1. Wärmespeicher zur Speicherung von Wärmeenergie, mit einem vorzugsweise in den Boden eingelassenen und vom umgebenden Boden abgetrennten, mit Wasser als Speichermedium gefüllten Speicherbecken, mit einer das Speichermedium umgebenden, und wasserdicht abtrennenden Abdichtschicht und mit einer das Speicherbecken zum Boden hin umschließenden Wärmedämmung dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmung aus wärmeisolierendem Schüttgut besteht und daß das Schüttgut zur Wärmedämmung in einen zwischen Speichermedium (2) einerseits und den Seitenwänden und/oder dem Untergrund bzw. der Abdeckung des Speicherbeckens (1) andererseits angeordneten Zwischenraum gefüllt ist und daß der Zwischenraum durch eine verlorene Schalung gebildet wird.

2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalungszwischenraum durch schlauch- oder kissenartige Behältnisse (7) gebildet ist, welche nebeneinander angeordnet sind.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmung aus mineralischem Schüttgut, wie Blähglas, Perliten odgl. besteht.

4. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüpche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalungszwischenraum für die Wärmedämmung luftdicht verschließbare Behältnisse aufweist und daß ein Vakuum innerhalb der Behältnisse erzeugbar ist.

5. Wärmespeicher nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des als Speichermedium dienenden Wassers ein mineralischer Füllstoff, wie Kies, Sand, Erdreich odgl. vorgesehen ist.

6. Wärmespeicher nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wärmedämmung und Boden eine Drainageschicht, zum Ableiten von Wasser vorhanden ist.

7. Wärmespeicher nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtschicht aus einer wasserdichten Folie besteht.

8. Wärmespeicher nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Dampfdiffusionssperre (metallbeschichtete Folie odgl.) in der Abdichtschicht vorgesehen ist.

9. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtschicht aus einer Tondichtungslage besteht.

10. Wärmespeicher nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß eine Dränageschicht zwischen zwei Tondichtungslagen sowie Einrichtungen zum Entfernen von in der Dränageschicht angesammelten Leckwasser vorgesehen sind.

11. Wärmespeicher nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Abdichtschicht und zwischen den beiden Abdichtschichten eine abstandhaltende Schicht vorgesehen ist, zur Leckageüberwachung mittels Vakuumüberprüfung.

12. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (2) durch die Schalung nach oben abgedeckt ist und daß schlauchförmige Behältnisse in der Abdeckung zu einem Raster angeordnet sind, dessen freie Rasterräume mit isolierendem Schüttgut aufgefüllt sind.

13. Wärmespeicher nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß Behältnisse und Rasterräume durch eine wassertrennende Folie abgedeckt sind.

14. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je eine wassertrennende Folie einerseits sowie eine andererseits der Wärmedämmung (4) angeordnet ist.

15. Wärmespeicher nach Abspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die in Folien verkleidete abdeckende Isolierung auf dem Speichermedium (2) (Wasser) schwimmt.

16. Wärmespeicher nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der abdeckenden Isolierung Boden (9) aufgeschüttet ist.

17. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens teilweise oberhalb der abdeckenden Isolierung ein Teich angeordnet ist.

18. Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeichers insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17 gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Aufschütten einer schüttgutartigen Wärmedämmung auf die Sohle eines Speicherbeckens,
b) Auflegen einer verlorenen ein Behältnis bildenden auf die Seitenwand des Speicherbeckens,
c) Füllen des Behältnisses mit wärmedämmendem Schüttgut,
d) Ausführen der Verfahrensschritte b. und c. bis. zur flächendeckenden und geschlossenen Belegung der Seitenwände des Speicherbeckens,
e) Auskleiden des Speicherbeckens mit einer Abdichtschicht,
f) Ergänzendes Ausfüllen verbleibender Hohlräume zwischen Abdichtschicht und Seitenwänden des Speicherbeckens durch Einblasen oder Einschütten schüttgutartigen Wärmedämmaterials,
g) Auffüllen des Speicherbeckens mit dem Speichermedium.

19. Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeichers nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Erzeugen eines Vakuums in dem schlauch- oder kissenartigen Behältnis und luftdichtes Verschließen des gefüllten Behältnisses.

20. Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeichers nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch das Abbauen des Vakuums in den Behältnissen nach dem Auffüllen des Speicherbeckens mit dem Speichermedium.

21. Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeichers nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Ausrichten einer rechteckigen und auf die Behältnisgröße abgestimmten Gegenschalung auf das Behältnis vor dem Füllen und Abnehmen der Gegenschalung nach dem Erzeugen eines Vakuums.