DE19949006A1

DE19949006A1 - Summer heat storage unit for winter recovery comprizes superposed horizontal layers of water-saturable long-term storage earth and water-flowable short-term storage gravel.

Info

Publication number: DE19949006A1
Application number: DE19949006A
Authority: DE
Original assignee: PFEIL MARKUS
Current assignee: PFEIL & KOCH INGENIEURGESELLSCHAFT GMBH & CO. KG,
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1999-10-11
Publication date: 2000-05-04

Abstract

Superposed horizontal layers of water-saturable material (3) are spaced out by layers of water-flowable material (4) for respective longterm heat storage (3) and short-term storage (4). The layers alternate and consist of earth (3) and gravel (4). The flowable layers can also be composed of dumped material e.g. re-cycled glass or drainage material. The flowable layers are parted by separator fleece and are linked up by pipe or through a vertical gravel layer (5). A short-term storage area (7) at the top of the unit is filled with water and/or gravel and a pump-fitted shaft (8) gives access down through the storage unit.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Wärmespeicher zur Speicherung von Wärmeenergie insbesondere über einen längeren Zeitraum, wie er beispielsweise in Verbindung mit Solaranlagen verwendet wird, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Mit einem derartigen, unterirdischen Wärmespeicher wird das Ziel verfolgt, die Diskrepanz zwischen hohem Energiebedarf im Winter bei geringem Energieangebot und hohem Energieangebot im Sommer bei niedrigem Energiebedarf auszugleichen. Die beispielsweise über eine Solaranlage gewonnene Energie wird dem Wärmespeicher über einen Wärmeträger zugeführt, in Form von Wärmeenergie zwischengespeichert und bei Bedarf aus dem Wärmespeicher abgerufen und dem Verbraucher zugeführt.The invention relates to a heat accumulator Storage of thermal energy in particular via a longer period, such as in connection with Solar systems are used, according to the genus of Main claim. With such an underground one Heat storage is aimed at the discrepancy between high energy requirements in winter with low energy supply and high energy supply in summer with low Compensate for energy needs. The one, for example Energy gained from the solar system is transferred to the heat store supplied a heat transfer medium, in the form of thermal energy cached and if necessary from the heat storage retrieved and supplied to the consumer.

Ein bekannter Wärmespeicher der gattungsgemäßen Art (DE OS 2948099) besteht aus einem unterirdischen Speicherbecken in dem sich als Speichermedium eine Materialmasse befindet. Das Speicherbecken ist vom umgebenden Erdreich durch eine Abdichtfolie und Wärmedämmung getrennt. Innerhalb der als Speichermedium dienenden Materialmasse befindet sich ein System aus Rohrleitungen, über welches die Wärmeenergie des Wärmeträgerfluids in die Materialmasse zum Speichern übertragbar ist. Nachteilig bei diesem Wärmespeicher ist, daß durch das Rohrsystem zum einen hohe Kosten entstehen und zum anderen die Speicherherstellung aufwendig wird, da dies Rohrsystem möglichst flächendeckend in dem Speicherbecken angebracht werden muß, um einen guten Wärmeübergang zu gewährleisten. Ein weiterer Nachteil dieses Wärmespeichers ist, daß das Speichermedium, also die Materialmasse, welche nach den Wärmespeichereigenschaften und statischen Eigenschaften ausgewählt wird, i.d.R. hohe Kosten verursacht.A known heat storage of the generic type (DE OS 2948099) consists of an underground storage basin in which is a mass of material as a storage medium. The Reservoir is separated from the surrounding soil by a Sealing film and thermal insulation separated. Within the as Storage medium serving material is located System of pipes through which the thermal energy of the Heat transfer fluids in the material mass for storage is transferable. The disadvantage of this heat storage is that the pipe system creates high costs and on the other hand, the production of memory becomes complex since this Pipe system covering the entire area in the storage tank must be attached to ensure good heat transfer guarantee. Another disadvantage of this heat storage is that the storage medium, i.e. the mass of material, which according to the heat storage properties and static properties is selected, usually causes high costs.

The invention and its advantages

Der erfindungsgemäße Wärmespeicher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die abwechselnden Schichten des Speichermediums aus Kurzzeitwärmespeichern und Langzeitwärmespeichern ein guter Wirkungsgrad erzielbar ist. Die flüssigkeitsdurchströmbaren Schichten sind hydraulisch so miteinander verbunden, daß sie in Verbindung mit dem Wasser als Wärmeträgerfluid ein schnell wirksames Wärmetauschersystem bilden. Das Wasser strömt durch die flüssigkeitsdurchströmbaren Schichten und gibt seine Wärme an diese ab, welche wiederum das angrenzende flüssigkeitstränkbare Material aufheizen. Durch diesen schichtförmigen Aufbau des Wärmespeichers und das als Speichermedium verwendete Material ist nicht nur die Herstellung eines Wärmespeichers einfacher, sondern es können auch die Kosten erheblich reduziert werden.The heat accumulator according to the invention with the characteristic In contrast, features of the main claim have the advantage that through the alternating layers of the storage medium from short-term heat storage and long-term heat storage good efficiency can be achieved. The Layers through which liquids can flow are hydraulic interconnected that they are in contact with the water as a heat transfer fluid a quickly effective Form heat exchanger system. The water flows through the layers through which liquid can flow and indicates its heat this, which in turn is the adjacent one Heat up liquid-impregnable material. Through this layered structure of the heat accumulator and that as Storage media used is not just that Making a heat store easier, but it can the costs are also significantly reduced.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als wassertränkbares Material für die Langzeitwärmespeicherung Erdreich. Hierdurch kann der Erdaushub für das Speicherbecken mindestens teilweise wieder als Speichermedium verwendet werden, wodurch die Kosten des Deponierens entfallen und vor allem kein Speichermaterial extra beschafft werden muß. Ein aufwendiges Rohrsystem zum Be- und Entladen des Speichers entfällt.According to an advantageous embodiment of the invention serves as water-impregnable material for long-term heat storage Soil. This can be used to excavate the reservoir at least partially used again as a storage medium be, which eliminates the cost of landfilling and before no storage material has to be procured. On elaborate pipe system for loading and unloading the storage not applicable.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die wasserdurchströmbare Schicht aus Kies. Kies ist vorteilhaft in seiner Speichereigenschaft, ist aber auch ein kostengünstiges abstandhaltendes Material mit guten statischen Eigenschaften. Die Kiesschichten sind gut von Wasser durchströmbar, wodurch ein guter Wärmetransport im Speicher gegeben ist. Ein aufwendiges Rohrsystem zum Be- und Entladen des Speichers entfällt.According to a further advantageous embodiment of the invention the water-permeable layer consists of gravel. Gravel is advantageous in its storage property, but is also a inexpensive spacing material with good static Characteristics. The gravel layers are good from water flowable, which ensures good heat transfer in the storage tank given is. A complex pipe system for loading and unloading of the memory is omitted.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die wasserdurchströmbare Schicht aus einem Deponiegut, wie Glasrecyclingmaterial, aber auch beispielsweise Kunststoffüllkörpern o. dgl. Maßgebend ist, daß dieses Gut flüssigkeitsdurchströmbar ist, um dem wärmetransportierenden Wasser die Möglichkeit zu geben, die Wärme an diese Schichten abzugeben, von wo aus dann die Wärme weiter an die flüssigkeitstränkbaren Materialien wie Erdreich u. dgl. geleitet wird.According to a further advantageous embodiment of the invention consists of a layer through which water can flow Landfill, such as glass recycling material, but also for example Plastic fillings or the like. It is decisive that this good is flowable to the heat-transporting Water to give the heat to these layers give off from where the heat then to the liquid-impregnable materials such as soil u. the like becomes.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die wasserdurchströmbaren Schichten aus Drainagematerial, wie z. B. Geogitter odgl. Damit ist die flüssigkeitsdurchströmbare Schicht einfach und kostengünstig installierbar.According to a further advantageous embodiment of the invention consist of layers through which water can flow Drainage material such as B. Geogrid or the like. So that's it layer through which liquid can flow easily and inexpensively installable.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dienen als Trennmittel zwischen flüssigkeitsdurchtränkbarem Material und flüssigkeitsdurchströmbarem Material Trennvliese. Damit wird ein Verschmutzen des Wassers und ein Verstopfen der flüssigkeitsdurchströmbaren Schicht-Speichermaterialien wie Erdreich verhindert, obwohl der Wärmeübergang vom Wärmeträgerfluid zum Speichermedium und umgekehrt gewährleistet ist.According to a further advantageous embodiment of the invention serve as a separating agent between liquid soakable Material and liquid-flowable separating fleece. This will contaminate the water and clog it of the liquid-flowable layer storage materials like soil prevented, although the heat transfer from Heat transfer fluid to the storage medium and vice versa is guaranteed.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als hydraulische Verbindung zwischen den flüssigkeitsdurchströmbaren Schichten mindestens ein Rohr. Das Rohr ragt dabei mit jeweils einem Ende in die zu verbindenden Schichten, um eine kontinuierliche Durchströmung des Speicherbeckens zu gewährleisten. Vorteilhaft ist hierbei, daß keine Verbindungsschächte erforderlich sind.According to a further advantageous embodiment of the invention serves as a hydraulic connection between the layers through which liquid can flow, at least one tube. The Pipe protrudes with one end into each to be connected Layers to a continuous flow of the Ensure storage basin. It is advantageous here that no connecting shafts are required.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als hydraulische Verbindung zwischen den flüssigkeitsdurchströmbaren Schichten Drainagematerial, ähnlich wie es auch zur Trennung der Wärmespeicherschichten dient oder wie es als Deponiematerial erhältlich ist.According to a further advantageous embodiment of the invention serves as a hydraulic connection between the layers of drainage material through which liquid can flow, similar as it also serves to separate the heat storage layers or as it is available as landfill material.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die hydraulische Verbindung zwischen den flüssigkeitsdurchströmbaren Schichten eine senkrechte Kieslage. Dadurch kann die Breite der hydraulischen Verbindung beliebig groß sein um eine gute Durchströmbarkeit der Schichten insbesondere bei großen Wärme speichern zu gewährleisten.According to a further advantageous embodiment of the invention is the hydraulic connection between the layers through which liquid can flow, a vertical layer of gravel. This allows the width of the hydraulic connection to be any be large in order to ensure that the layers can be flowed through To ensure storage especially in the case of large heat.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im oberen Bereich des Speichers ein mit Wasser und/oder Kies gefüllter Bereich vorgesehen, der als Kurzzeitspeicher (Pufferspeicher) dient. Mit dem Kurzzeitspeicher sind auch geringe Wärmeenergiemengen mit hohen Temperaturen über einen kürzeren Zeitraum speicherbar.According to a further advantageous embodiment of the invention is in the upper area of the tank with water and / or Gravel-filled area provided as a short-term storage (Buffer memory) is used. With the short-term memory are too small amounts of heat energy with high temperatures above can be saved for a shorter period.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Innern des Wärmespeichers ein von außen zugänglicher Schacht vorgesehen. Der Schacht kann zur Unterbringung von Pumpen oder anderen Einrichtungen dienen und/oder ermöglicht den Zugang zu den einzelnen flüssigkeitsdurchströmbaren Schichten nach Fertigstellung des Wärmespeichers.According to a further advantageous embodiment of the invention inside the heat accumulator is an externally accessible one Shaft provided. The shaft can be used to accommodate Serve pumps or other devices and / or gives access to the individual layers through which liquid can flow after completion of the Heat storage.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Schacht Förderpumpen vorgesehen, die dem Transport des Wassers von und zu einer Wärmeübergabstation dienen. Somit sind keine, außerhalb des Wärmespeichers vorgesehenen Gebäude, Räumlichkeiten odgl. nötig.According to a further advantageous embodiment of the invention are provided in the shaft feed pumps that the Transport of water from and to a heat transfer station serve. So there are none outside the heat accumulator provided buildings, premises or the like. necessary.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the Invention are the following description, the drawing and removable from the claims.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the object of the invention is in shown in the drawing and described in more detail below. It shows

Fig. 1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmespeichers im Schnitt. Fig. 1 shows a section of a heat accumulator according to the invention in section.

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmespeichers im Schnitt und vereinfacht dargestellt. Das Speicherbecken 1 ist gänzlich von der Wärmedämmung 2 umgeben und ist abwechselnd mit Kies schichten 4 und Erdreich schichten 3 als Speichermedium gefüllt. Die Kies schichten 4 sind über eine senkrechte Kieslage 5 hydraulisch so miteinander verbunden, daß das Wärmeträgerfluid im gesamten Speicherbecken 1 strömen kann und Wärme an das, als Speichermedium dienende Erdreich abgeben bzw. von diesem aufnehmen kann. Zwischen den Erdreichschichten 3 und Kies schichten 4 sind Trennvliese 6 vorgesehen, die zwar wasserdurchlässig sind, aber ein Verschmutzen der Kiesschichten 4 verhindern. Im oberen Bereich des Speicherbeckens 1 ist ein als Pufferspeicher dienender Kurzzeitspeicher 7, in Form eines größeren, mit Kies und Wasser gefüllten Bereichs vorgesehen. Ein Schacht 8 im Innern des Wärmespeichers dient einerseits dem Zugang zu den Kies schichten 4 und andererseits zur Aufnahme von, in der Zeichnung nicht dargestellten Förderpumpen odgl., welche das Wärmeträgerfluid von und zu einer ebenfalls nicht in der Zeichnung dargestellten Wärmeübergabestation fördern.In Fig. 1 an embodiment of a heat accumulator according to the invention is shown in section and simplified. The storage pool 1 is completely surrounded by the thermal insulation 2 and is alternately layers of gravel 4 and soil 3 filled as a storage medium. The gravel layers 4 are hydraulically connected to each other via a vertical gravel layer 5 so that the heat transfer fluid can flow in the entire storage basin 1 and give off heat to the soil serving as storage medium or can absorb it. Between the layers of earth 3 and gravel layers 4 separating fleeces 6 are provided, which are water-permeable, but prevent contamination of the gravel layers 4 . In the upper area of the storage basin 1 , a short-term storage 7 serving as a buffer storage is provided, in the form of a larger area filled with gravel and water. A shaft 8 inside the heat accumulator serves on the one hand access to the gravel layers 4 and on the other hand for receiving feed pumps or the like, not shown in the drawing, which promote the heat transfer fluid from and to a heat transfer station, also not shown in the drawing.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All in the description, the following claims and The features shown in the drawing can be both individually as well as in any combination with each other be essential to the invention.

List of reference numbers

11

Speicherbecken
Storage basin

22nd

Wärmedämmung
Thermal insulation

33rd

Erdreichschicht
Soil layer

44th

Kiesschicht
Gravel layer

55

senkrechte Kieslage
vertical gravel layer

66

Trennvlies
Separating fleece

77

Kurzzeitspeicher
Short-term storage

88th

Schacht
Shaft

Claims

1. heat storage for storing thermal energy,

- With a storage tank ( 1 ) preferably embedded in the soil and separated from the surrounding soil and filled with a storage medium,
- With a surrounding thermal insulation of the storage tank towards the ground and
with a heat exchanger system for transferring the heat from a heat transfer fluid into the storage medium, characterized in that
that water is used as the heat transfer fluid,
that the storage medium consists in layers of a material ( 3 ) that is impregnable with water and serves for long-term heat storage and on the other hand consists of a distance between the layers that form or maintain water-permeable material ( 4 ) that serves for short-term heat storage and rapid heat transfer,
that the layers of water-impregnable material ( 3 ) and water-permeable material ( 4 ) are arranged alternately and horizontally one above the other
that the water-impregnable layers are separated from the water-flowable layers by separating agents.

2. Heat storage device according to claim 1, characterized in that the soil serves as water-impregnable material ( 3 ) for long-term heat storage.

3. Heat accumulator according to claim 1 or 2. characterized in that the water-flowable layer ( 4 ) consists of gravel.

4. Heat accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the water flow Layer of a landfill, such as glass recycling material, or the like consists.

5. Heat store according to one of the preceding claims, characterized in that the water flow Layer consists of drainage material.

6. Heat accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that separating fleeces ( 6 ) serve as a separating agent between water-permeable material.

7. Heat store according to one of the preceding claims, characterized in that as a hydraulic connection at least between the water-permeable layers a pipe is used.

8. Heat storage device according to one of the preceding claims characterized in that as a hydraulic connection between the water-permeable layers Drainage material is used.

9. Heat accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic connection between the water-flowable layers is a vertical gravel layer ( 5 ).

10. Heat accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that in the upper region of the accumulator a region filled with water and / or gravel ( 7 ) is provided as a short-term accumulator.

11. Heat accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that an externally accessible shaft ( 8 ) is provided in the interior of the heat accumulator.

12. Heat accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that feed pumps are provided in the shaft ( 8 ).