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Die
Erfindung betrifft ein kombiniertes System aus thermischer Solaranlage
und Wärmepumpenanlage
mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
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Wärmeversorgungssysteme
der gattungsgemäßen Art
sind bekannt. So sind beispielsweise solarthermische Wärmeversorgungsanlagen
bekannt, bei denen über
Solarkollektoren ein Wärmeträgermedium,
beispielsweise Wasser, erwärmt
wird und dieses mittels der Sonnenenergie erwärmte Wärmeträgermedium einen Pufferspeicher
auflädt.
Aus dem Pufferspeicher kann dann je nach Wärmebedarf über einen Wärmetauscher die benötigte Wärmeenergie entnommen
werden. Derartige Systeme werden beispielsweise für eine Brauchwassererwärmung oder zur
Unterstützung
zum Betreiben von Heizungsanlagen eingesetzt. Bei den bekannten
solarthermischen Anlagen ist nachteilig, dass die über die
Sonnenenergie gewonnene und in dem Pufferspeicher abgespeicherte
Wärmeenergie
nur sehr zeitnah zur Verfügung steht.
Beispielsweise kann eine in den Sommermonaten gewonnene Wärmemenge
nicht so lange abgespeichert werden, dass diese in den Wintermonaten,
beispielsweise für
eine Heizung, nutzbar ist.
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Ferner
sind sogenannte geothermische Wärmeversorgungsanlagen
bekannt, bei denen in eine ausreichende tiefe, in die Erdoberfläche eingebrachte
Bohrung relativ kaltes Wasser eingeleitet wird und dieses kalte
Wasser bis zum tiefsten Punkt der Bohrung geleitet, dort umgelenkt
und wieder nach oben aus der Bohrung herausgeführt wird. Da bekanntermaßen die
Temperatur der Erdkruste mit zunehmender liefe ansteigt, kann bei
einer entsprechend tiefen Bohrung, die beispielsweise bis 3000 m
reicht, eine Erwärmung
des Wassers auf zirka 100 °C
erreicht werden, dieses erwärmte
Wasser dient dann als Wärmeträgermedium
zum Betreiben von Heizungsanlagen oder ähnlichem. Geothermische Wärmeversorgungsanlagen
haben den Blechteil, dass diese nur sehr aufwendig und damit kostenintensiv
herstellbar und betreibbar sind.
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Aus
der US-PS 3,931,851 ist ein Wärmeversorgungssystem
für Gebäude mit
einem Aquifer-Speicher
bekannt, der mittels einer solarthermischen Energiequelle aufladbar
ist.
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Aus
der
DE 44 17 138 A1 ist
ein Wärmespeicher
bekannt, der mit zwei Energiequellen aufladbar ist. Hierbei handelt
es sich um einen konventionellen Wärmespeicher, der beispielsweise
mit einer Gas- und/oder Öl-Energiequelle
und einer solarthermischen Energiequelle betreibbar ist. Hierbei
ist die solarthermische Energiequelle, insbesondere zur Energieeinsparung
in den Sommermonaten, der konventionellen Energiequelle parallelgeschaltet,
um beispielsweise den Heiz- und/oder Warmwasserbedarf eines Einfamilienhauses
zu decken.
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Schließlich ist
aus der
US-PS 4,577,679 bekannt,
für die
Aufladung von Aquifer-Speichern, die in Wärmeversorgungssystemen als
Pufferspeicher eingesetzt werden, unterschiedliche Energiequellen
parallel zu verwenden.
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Einen
Aquifer-Speicher nutzt auch das Wärmeversorgungssystem der Patentschrift
DE 197 08 701 C2 .
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Aus "Heizung und Lüftung", Heft 6/94, Seite 25
bis 27 ist bekannt, das Erdreich als saisonalen Energiespeicher
auszunutzen. Hierbei wird ein Erdspeicher über eine Anzahl von Sonden
erschlossen, über die
wahlweise dem Erdspeicher Wärme
zugeführt oder
diesem Wärme
entnommen werden kann. Eine Aufladung des Erdspeichers ist mittels
einer auf Gasbasis arbeitenden Energiequelle vorgesehen.
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Weitere
Informationen und Anwendungsfälle zur
solarthermischen Energiegewinnung und ihrer Speicherung in Erdfeststoffspeichern
sind umfänglich
in der WO 97/10747 beschrieben.
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Zwei
darauf aufbauende Veröffentlichungen, die
DE 298 01 126 U1 und
die
DE 100 48 035
B4 beschäftigen
sich ebenfalls mit Verfahren und Anlagen der Heiz- und Warmwasserversorgung
unter Einbeziehung von thermischer als auch elektrischer Solarenergie.
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Die
DE 100 48 035 B4 beschreibt
eine Einrichtung und ein zugehöriges
Verfahren zur Beheizung, Warmwasser- und Stromversorgung von Gebäuden mittels
Dacheindeckungselementen, die als solare Wärmekollektoren sowie gleichzeitig
als Solarstrom-Module ausgebildet sind und bei denen die Wärmekollektoren
wahlweise einen Brauchwasserkreislauf, einen Heizkreislauf und/oder
einen Langzeit-Erdreichspeicher speisen unter Vermeidung einer transparenten
Abdeckung der Dacheindeckungselemente, wobei der von den Dacheinde ckungselementen
erzeugte Strom mindestens teilweise zum Betrieb einer Wärmepumpe
genutzt wird, über
die mit der in den Dacheindeckungselementen erzeugten Wärmeenergie
während
der einstrahlungsreichen Jahreszeit der Langzeit-Erdreichspeicher
gespeist wird, aus dem, gleichfalls über die Wärmepumpe, bei ungenügender Sonneneinstrahlung
die Gebäudeheizung
und der Brauchwasserkreislauf betrieben werden.
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Die
DE 298 01 126 U1 beschreibt
bereits eine Solarenergieversorgte Heiz- und Warmwasseranlage für Gebäude, enthaltend
mindestens einen Solarkollektor mit einem hydraulischen, die Solarenergie
in einen Wärmetauscher
transportierenden Solarverteiler, einen daran angeschlossenen Kombispeicher
höchster
Temperaturebene mit einem Warmwasserbereiter und mit einer Fußboden-/Innenwandheizung
sowie mehrere im Gebäudebodenbereich befindliche
energieauf- und -entladbare Anlagenspeicher nachgestufter Temperaturebenen
zum Eintrag, zur Speicherung und zum Austrag der Solarenergie
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung den Anlagenbetrieb für
eine Wärmepumpe
mit solarthermischer Unterstützung
so zu gestalten, dass der jahreszeitliche und tageszeitliche Unterschied
von verwertbarer Sonnenenergie und benötigtem Warmwasser zur Gebäudeheizung
und/oder Brauchwassererzeugung möglichst
effizient ist.
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Die
Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Schutzanspruchs dadurch gelöst,
dass ein Feststoff-Erdspeicher mindestens eine obere Begrenzung
und/oder seitliche Begrenzungen unter Ausbildung einer wärmeenergiestauenden
Grenzschicht oder einer wärmeenergiestauenden
Wärmeschürze umfasst,
so dass dem Feststoff-Erdspeicher Wärmeenergie zuführbar ist und
zeitweise gespeichert/gestaut werden kann.
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Dabei
wird erstens eine verlängerte
Solarvorlaufleitung über
ein Verteilersystem im untersten Drittel des Feststoff-Erdspeichers ähnlich einer
Fußbodenheizung
großflächig verzweigt
verlegt und als Solarrücklaufleitung
wieder zu den Kollektoren oder Energiematten als geschlossenes System
auf das Dach geführt,
welches nach dem Temperaturdifferenzsystem Solar-Wärme fördert und
in mindestens zwei Ebenen ablädt
beziehungsweise einspeichert.
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Mit
dem Systemstrahlungselement nach
EP 1
523 223 , welches optional eingesetzt werden kann, besteht
die Möglichkeit
zweitens direkt Wärme
(Infrarotstrahlung) in den Erdspeicher einzubringen und/oder drittens
in den Feststoff-Erdspeicher eine natürliche und/oder initiierte
Erdwärmestrahlung
einzutragen.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Feststoff-Erdspeicher
direkt unterhalb des Gebäudes
angeordnet, wobei die obere Begrenzung eine im Wesentlichen horizontale
Bodenplatte des Gebäudes
ist.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung sind die seitlichen Begrenzungen
verlängerte
im Wesentlichen vertikal verlaufende Streifenfundamente des Gebäudes.
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Ferner
ist der Feststoff-Erdspeicher an den inneren Flächen der Grenzschicht oder
der Wärmeschürze mit
einem wärmedämmenden
Material, insbesondere Styrodur, versehen.
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Zudem
besteht alternativ die Möglichkeit, dass
der Feststoff-Erdspeicher eine untere Begrenzung [Sohle] in Form
einer im Wesentlichen unteren horizontale Bodenplatte aufweist,
die insbesondere in Trinkwasserschutzgebieten, wasserundurchlässig ausgeführt ist.
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Um
das Speichervermögen
zu erhöhen,
ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung in dem Feststoff-Erdspeicher
mindestens eine schwarze Masse mit einem Wärmeenergiespeichervermögen angeordnet,
in die in kurzer Zeit Wärmeenergie aus
den Wärmequellen
nach Anspruch 1 absorbierbar und über einen längeren Zeit wieder emittierbar ist.
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Vorzugsweise
sind die schwarzen Massen ein Bitumen/Steingemisch, die als mindestens
eine Schicht in dem Feststoff-Erdspeicher angeordnet sind.
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Ferner
bevorzugt ist, dass die mindestens eine Schicht unterhalb der oberen
Begrenzung, insbesondere der im Wesentlichen oberen Begrenzung der
horizontalen Boden(Keller)platte und/oder zwischen einem hydraulischen
Kreislaufsystem des Wärmepumpensystem
und dem Kreislaufabzweigsystem der thermische Solaranlage angeordnet
ist.
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Die
erfindungsgemäße initiierbare
Erdwärmestrahlung
nach Anspruch 1 ist durch Zuschaltung des Systemstrahlungselement
nach
EP 1 523 223 bewirkbar,
da die Strahlungswärme
in einem vorgebbaren Frequenzbereich, insbesondere Infrarotfrequenzbereich,
liegt und im Feststoff-Erdspeicher selbst und/oder in den Feststoffspeicher
umgebenden Feststoffen Resonanzen, insbesondere Infrarotresonanzen,
hervorruft.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist das im Feststoff-Erdspeicher angeordnete
Systemstrahlungselement nach
EP
1 523 223 mittig im Feststoff-Erdspeicher angeordnet und
durchgreift die schwarzen Massen nach Anspruch 5 bis 7 und/oder
das erdspeicherseitige hydraulische Kreislaufsystem des Wärmepumpensystems
und/oder das erdspeicherseitige Kreislaufabzweigsystem der thermischen
Solaranlage.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung steht das hydraulische Kreislaufsystem
und das Kreislaufabzweigsystem des hydraulischen Kreislaufsystem
der thermischen Solaranlage, welches über den Feststoff-Erdspeicher
geführt
wird, nicht mit dem hydraulischen Kreislaufsystem des Wärmepumpensystems
in Verbindung. Der Wärmeaustausch
erfolgt nur über
den Feststoff-Erdspeicher durch indirekte Wärmeübertragung.
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In
weiterer Ausgestaltung ist über
einen Steuer- und Regelungsanlage vorgebbar, unter welchen Bedingungen
eine Umschaltarmatur öffnet,
um eine Beladung des Feststoff-Erdspeichers über das Kreislaufabzweigsystem
der thermischen Solaranlage vorzunehmen.
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Ferner
ist über
die Steuer- und Regelungsanlage vorgebbar, unter welchen Bedingungen
eine Entladung des Feststoff-Erdspeichers über das hydraulische Kreislaufsystem
des Wärmepumpensystem
erfolgt.
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Schließlich ist über die
Steuer- und Regelungsanlage vorgebbar, unter welchen Bedingungen das
im Feststoff-Erdspeicher angeordnete Systemstrahlungselement nach
EP 1 523 223 zu- beziehungsweise
abschaltbar ist.
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Zur
Steuerung und Regelung ist in bevorzugter Ausgestaltung in dem Feststoff-Erdspeicher
mindestens ein Temperaturfühler,
vorzugsweise in einem Schutzrohr, angeordnet, nach dessen Ausgangssignal
die Steuer- und Regelungsanlage die Fahrweise des solarenergieversorgten
Heiz- und Warmwassersystem des Kreislaufabzweigsystem der thermischen Solaranlage
und des hydraulischen Kreislaufsystems des Wärmepumpensystem und/oder des
Systemstrahlungselement nach
EP
1 523 223 vornimmt.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung
näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt schematisch ein Gebäude mit einem solarenergieversorgten
Heiz- und Warmwassersystem 10 und einem Feststoff-Erdspeicher 24.
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Das
Gebäude
weist zunächst
eine thermische Solaranlage ST mit Solarkollektoren und/oder Energiematten 18 auf.
Die Solarkollektoren und/oder Energiematten 18 können auf
verschiedenen Weise auf dem Dach des Gebäudes oder in das Dach des Gebäudes integriert
werden oder an Fassaden angeordnet sein.
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Beispielhaft
sind die Solarkollektoren und/oder Energiematten 18 auf
dem Dach des Gebäudes
angeordnet, wobei die thermische Solaranlage ST einen Vorlauf STVL und einen Rücklauf STRL ausgehend
von den Solarkollektoren und/oder Energiematten 18 aufweist.
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Die
thermische Solaranlage ST ermöglichst zunächst erst
einmal grundsätzlich,
dass Sonnenergie als Strahlungswärme,
Umweltenergie aus Luft, Regen und Wind über die Solarkollektoren und/oder Energiematten 18 je
nach Einbau zum einen direkt für
die Erwär- ` mung von Solar-Frostschutzgemisch in der
thermischen Solaranlage ST benutzt werden und zum anderen als Wärmeenergie,
vorzugsweise überschüssige Wärmeenergie
in den Feststoff-Erdspeicher 24 abgeladen werden kann.
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Als
zweites System weist das Gebäude
ein Wärmepumpensystem
WPS auf, welches bekanntermaßen
einen Vorlauf WPVL (Vorlauf Primärkreis)
und einen Rücklauf
WPRL (Rücklauf-Primärkreis)
umfasst, die durch einen Feststoff-Erdspeicher 24 geführt sind.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist für
die Solaranlage ST ein Energiespeicher in Form des vorgeschalteten
Warmwasserspeichers 14A vorhanden, der wasserseitig dem
integrierten Warmwasserspeicher der Wärmepumpe 14B WPS in
Reihe geführt
ist.
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Sofern
mit direkter Solarwärme
geheizt werden soll, beispielsweise über eine Großflächenheizung
(Fußbodenheizung,
Wandheizung etc.), ist die hier dargestellte Anforderung 14A +
14B durch einen sogenannten Kombispeicher 14, der die Heizungs- und
Warmwasserfunktion erfüllt,
zu ersetzen (gemeinsamer Energiespeicher).
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Als
Verbraucher sind in der einzigen Figur eine Fußbodenheizung FH mit Vorlauf
FHVL und Rücklauf FHRL dargestellt,
wobei selbstverständlich nicht
zwingend eine Fußbodenheizung FH
als Verbraucher angeordnet sein muss. Hier können beispielsweise Wandheizungen
oder Flächenheizungen angeschlossen
sein.
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Ferner
zeigt die Figur, dass in das Gebäude eine
Klima- und Belüftungsanlage
integriert werden kann.
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Das
Wärmepumpensystem
WPS ist als hydraulische Sole-Wasser-Wärmepumpe ausgelegt, damit der
Solekreislauf als geschlossenes System im Feststoffspeicher 24 integriert
werden kann und zudem ein betriebssicheres System ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß sollen
die dargestellten Komponenten als Alternative zu herkömmlichen,
teuren und aufwendigen genehmigungspflichtigen Tiefenbohrungen als
Technologie angeboten werden, bei der Solarwärme, Erdstrahlungswärme und
Umgebungswärme
in dem Feststoff-Erdspeicher unter einer Bodenplatte 26 des
Gebäudes
speicherbar sind und für
das Sole-Wasserwärmepumpensystem
WPS nutzbar gemacht werden können,
gleichzeitig kürzeste
Energieflüsse
und Umwandlungen möglich sind.
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Die
Anordnung der Wärmepumpen
Vorlauf und -Rücklaufleitungen
WPVL und WPRL sind
im obersten Drittel des Feststoff-Erdspeichers nach Auslegungsvorgabe
in Abhängigkeit
der Kälteentzugsleistung
dimensioniert. Sie befinden sich im wärmsten Teil des Feststoff-Erdspeichers.
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Überschüssige Solarwärme wird
durch Umschalten mittels einer Umschaltarmatur 16 durch
eine handelsübliche
Temperaturdifferenzsteuerung in den Solarleitungsbereich ST-FESRL und ST-FESVL geleitet
und großflächig im
Feststoff-Erdspeicher 24 eingespeist. Die Armatur 16 kann
auch eine rein thermostatisch arbeitende Umschaltarmatur sein.
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Eine
weitere Energiequelle sind thermische Energieeinträge durch
fließende
Wärme aus
der Umgebung des Feststoff-Erdspeichers 24. Hierfür reichen
kleine Temperaturdifferenzen aus, da im Bereich der Sole-Leitungen
WPVL und WPRL durch
permanenten Wärmeentzug
Minustemperaturen auftreten können.
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Aufgrund
dieser Tatsache wird auch die thermische Solaranlage ST selbst bei
Temperaturen auf den Energiematten oder in den Flachkollektoren schon
mit Erträgen
vom Dach mit 2–3 °C arbeiten und
diese „Wärme" in den Feststoff-Erdspeicher 24 „holen".
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Somit
wird sonst nicht nutzbare Solarwärme von
2–3 °C (+) schon
für den
Feststoff-Erdspeicher 24 nutzbar, indem die Wärmepumpe
WP diese in wohlige Heizwärme
umwandelt und gegenüber
einer Wärmequelle
Bohrung (T = 0°C)
durch ständiges
solares Nachladen, wie soeben beschrieben, die bessere und effizientere
Wärmequelle
bieten.
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Die
Dimensionierung der Solarkollektoren und/oder der Energiematten 18 muss
bedarfsgerecht für
den Winterbetrieb erfolgen, so dass neben dem permanenten thermischen
Zufluss von Wärme
aus der Erde und der Umgebung die geringsten Plus-Temperaturen durch
Wind, diverse Sonnenstrahlung (der Flachkollektor – als Energiefalle ähnlich des
Treibhauseffektes) wirksam werden.
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Dadurch
sind für
das Wärmepumpensystem WPS
mehrere des Quellen Wärmeenergieeintrags
in den Feststoff-Erdspeicher
24 gegeben. Dazu kommt der
Infrarotresonanzanteil der natürlich
eintreten kann, aber auch durch thermostatisches Anschalten des
Systemstrahlungselementes nach der europäischen Patentanmeldung
EP 1 523 223 initiiert werden
könnte.
In einer kritischen Jahreszeit bei der anderen Wärmequellen keinen ausreichender
Eintrag von Wärme
zur Verfügung
stellen, ist der Feststoff-Erdspeicher
24 somit über das
Systemstrahlungselement
22 beheizbar. Zudem können noch handelsübliche Wärmequellen
wie beispielsweise die abgebildete kontrollierte Wohnrauslüftung mit
bis zu 90 % Wärmerückgewinnung
dazugeschaltet werden.
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Neben
diesen möglichen
Wärmequellen steht
im Feststoff-Erdspeicher 24 die natürliche Erdwärmestrahlung zur Verfügung oder
es kann sogar eine Erdwärmestrahlung
initiiert werden. Das angeordnete Systemstrahlungselement 22 im
Bereich des Feststoff-Erdspeichers 24, vorzugsweise ein
Infrarotstrahlungselement, erzeugt nämlich neben der reinen Strahlungswärme einen
Infrarotfrequenzbereich und regt somit Infrarotresonanzen an, so
das diese Schwingungsüberlagerungen
zu Wärmeeinträgen aus
stärkeren
Infrarotpotentialen führen
(Resonanzen im Infrarotbereich).
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Durch
diese verschiedenen nutzbaren Wärmequellen
ist das erfindungsgemäße System 10 in der
Lage das Wärmepumpensystem
WPS zu speisen und effektiv zu gestalten. Der Feststoff-Erdspeicher 24 stellt
für die
verlegten Vor- und Rücklaufleitungen
WPVL, WPRL des Wärmepumpensystems WPS
Wärmeenergie
zur Verfügung,
die durch das Wärmepumpensystem
WPS entzogen werden kann und dem sogenannten Sekundärkreislauf
also den Verbrauchern beispielsweise einer Fußbodenheizung FH und dem oder
den Energiespeicher 14 und 14B, im Gebäude zur
Verfügung
gestellt werden kann.
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Es
werden Wärmequellen
vom höchsten
bis zum niedrigsten Energieniveau genutzt, wobei insbesondere in
den Übergangszeiten
Frühling/Herbst
und im Sommer größere Solareinträge aus der
thermischen Solaranlage ST möglich
sind, wodurch sich die Arbeitszahl, das Verhältnis Heizungsenergieabgabe zu
aufgewandter elektrischer Energie, der Wärmepumpe WP bei 5 und gegebenenfalls
darüber
hinaus bewegen wird. Das Wärmepumpensystem
WPS, vorzugsweise das Sohle-Wasser-Wärmepumpensystem, kann so mit
einer Jahres-Arbeitszahl
gefahren werden, die nicht unter 4,0 eher 4,5 bis 5 und darüber betragen
wird.
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In
vorteilhafter Weise ist hier nicht wie bei den Tiefenbohrungen oder
Flachkollektorverlegungen eine Regeneration des Erdreichs erst durch
einen abnehmbaren Wärmeentzug
im Sommer möglich,
sondern das Speichersystem regeneriert sich durch die im Feststoff-Erdspeicher 24 zwangsweise eintragbare
Wärmeenergie
aus verschiedenen Quellen jederzeit in ausreichendem Maße. Dagegen
verlieren erfahrungsgemäss
Tiefenbohrungen langzeitabhängig
die 100 %ige Ertragsfähigkeit.
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Um
die Effizienz und Betriebsweise des erfindungsgemäßen Systems
zu erhöhen,
ist der Feststoff-Erdspeicher 24, wie die Figur weiter
zeigt, in besonderer Weise ausgestaltet.
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Grundsätzlich weist
das Gebäude
die horizontale Boden(Keller)platte 26 auf, die als obere
Begrenzung des Feststoff-Erdspeichers 24 dient.
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Der
Feststoff-Erdspeicher 24 kann neben dem Gebäude angeordnet
sein ist aber in gemäß Ausführungsbeispiel
direkt unter dem Gebäude
angeordnet, wobei zusätzliche
seitliche Begrenzungen 28 angeordnet sind, die im Wesentlichen
verlängerte, vertikal
verlaufende Streifenfundamente des Gebäudes sein können. Somit ist der Feststoff-Erdspeicher 24 als
Grenzschicht außerhalb
oder direkt unterhalb des Gebäudes
ausbildbar oder bildet gemäß dem Ausführungsbeispiel
in der einzigen Figur eine Wärmeenergie
stauende Wärmeschürze direkt
unterhalb des Gebäudes
aus.
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Zusätzlich werden
die Innenflächen
einer ausgebildeten, wärmeenergiestauenden
Grenzschicht oder wärmeenergiestauenden
Wärmeschürze mit
einem wärmedämmenden
Material 32, insbesondere Styrodur, versehen.
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In
der Figur ist zudem dargestellt, dass der Feststoff-Erdspeicher 24 durch
eine untere horizontale Bodenplatte in einer Art unteren Begrenzung 30 verschlossen
werden kann, wobei diese untere Begrenzung 30 wasserundurchlässig ausführbar ist,
um eine Anwendung in Trinkwasserschutzgebieten sicher zu stellen.
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Zudem
ist unabhängig
davon, ob die untere Begrenzung [Sohle] 30 angeordnet ist,
in dem Feststoff-Erdspeicher 24 mindestens eine schwarze
Masse 34 mit einem Wärmeenergiespeichervermögen angeordnet,
so dass in einem kurzen Zeitraum Wärmeenergie aus den verschiedenen
erläuterten
Wärmequellen
nach Anspruch 1 einspeicherbar und über einen längeren Zeitraum wieder abgebbar
ist.
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Die
schwarze Masse 34 ist vorzugsweise ein Bitumen-/Steingemisch
oder dergleichen, die als mindestens eine Schicht in dem Feststoff-Erdspeicher 24 angeordnet
ist.
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Es
hat sich herausgestellt, dass eine besonders geeignete Verlegung
der schwarzen Massen 34 in Schichten vorteilhaft ist, wenn
eine Schicht unterhalb der oberen Begrenzung 30, insbesondere
der im Wesentlichen horizontalen Boden(keller)platte 26, und/oder
zwischen dem hydraulischen Kreislaufsystem WPVL,
WPRL des Wärmepumpensystems WPS und dem
Kreislaufabzweigsystem ST-FESVL, ST-FESRL der thermischen Solaranlage ST angeordnet
ist.
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Die
Figur zeigt ferner, dass das anordbare Systemstrahlungselement 22 vorzugsweise
mittig im Feststoff-Erdspeicher 24 angeordnet ist.
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Dadurch
ist die Anlage so konstruiert, dass die Vor- und Rücklaufleitungen
WPVL, WPRL des Wärmepumpensystems
WPS und die Vor- und Rücklaufleitungen
ST-FESVL, ST-FESRL des
Abzweiges der thermischen Solaranlage ST erdspeicherseitig um das
Systemstrahlungselement 22 herumgeführt werden oder dieses in geeigneter
Weise umfassen.
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Das
hydraulische Kreislaufsystem STVL, STRL im Gebäude
und das Kreislaufabzweigsystem ST-FESVL,
ST-FESRL der thermischen Solaranlage ST,
welches über
den Feststoff-Erdspeicher 24 geführt ist, steht also nicht mit
dem hydraulischen Kreislaufsystem WPVL,
WPRL des Wärmepumpensystems WPS in direkter
Verbindung. Der Wärmeaustausch erfolgt
also über
den auflad- und entladbaren Feststoff-Erdspeicher 24.
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Nicht
dargestellt sind auch mindestens 2 Temperaturfühler, die ein Ausgangssignal
hinsichtlich der Feststoff-Erdspeicher 24 herrschenden
Temperatur zum einen an die Temperaturdifferenzsteuerung (nicht
dargestellt) der Solaranlage weitergibt. Der zweite Fühler gibt
ein Ausgangssignal für
die Steuer- und Regelungsanlage der Wärmepumpe, ob oder unter welchen
Bedingungen eine Entladung des Feststoff-Erdspeicher 24 über das
hydraulische Kreislaufsystem des Wärmepumpensystems WPS erfolgen
soll. Ferner ist über
die Solar-Steuer-
und Regelungsanlage und den angeordneten Temperaturfühler vorgebbar,
unter welchen Bedingungen die Umschaltarmatur 16 öffnet um
eine Beladung des Feststoff-Erdspeicher 24 über das
Kreislaufabzweigsystem ST-FES der thermischen Solaranlage ST vorzunehmen.
Schließlich
ist mit dieser Steuer- und Regelungsanlage auch vorgebbar, unter
welchen Bedingungen das im Feststoff-Erdspeicher 24 angeordnete
Systemstrahlungselement 22 zu- beziehungsweise abschaltbar
ist.
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Das
dargestellte System gemäß der Figur und
der vorhergehenden Beschreibung zeichnet sich durch folgende Vorteile
aus. Das System ist gegenüber
aufwendigen und teueren Tiefenbohrungen preiswerter zu realisieren,
so dass Heiz- und Warmwassersysteme unter Nutzung eines Solarenergieversorgten
Erdwärmespeichers
mit integrierter Wärmepumpe
und den weiteren zur Verfügung
stehenden Wärmequellen
für die
Allgemeinheit kostengünstiger anzubieten
ist. Bisher waren Solartemperaturniveaus unter 5 °C für die Heizungs-
und WW-Bereitung
von Gebäuden
nicht nutzbar, was mit diesem System nunmehr möglich ist.
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Zudem
wird eine CO2-Minderung erreicht, die durch
umweltfreundlicheres Heizen mit direkter und indirekter Umweltenergie
ermöglicht
wird. Hinsichtlich der Tiefienbohrungen werden durch diese Lösungen aufwendige
Genehmigungsverfahren vermieden, wobei die dargestellte Lösung durch
eine wasserundurchlässige
Sohle 30 des Feststoff-Erdspeichers 24, zudem
für Trinkwasserschutzgebiete anwendbar
ist. Somit ist diese Lösung
auch in Trinkwasserreservoiren problemlos anwendbar.
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- 10
- System
- 12
- Abzweig
zum Verteilersystem Feststoff-Erdspeicher (Solar-Abzweig)
- 14
- Energiespeicher
(nicht dargestellt – Kombispeicher)
- 14A
- erster
Solar-Warmwasserspeicher
- 14B
- integrierter
Warmwasserspeicher der WP (20)
- 16
- Umschaltarmatur
Energiespeicher/Feststoff-Erdspeicher
- 18
- Solarkollektoren/Energiematten
- 20
- Wärmepumpe
- 22
- Systemstrahlungselement
[Infrarotstrahlungselement]
- 24
- Feststoff-Erdspeicher
- 26
- obere
Begrenzung (horizontale Boden(Keller)platte] (Bodenplatte)
- 28
- vertikale
Bodenplatten (Streifenfundament)
- 30
- untere
Begrenzung horizontale Bodenplatte [wasserundurchlässig]
- 32
- Wärmedämmung
- 34
- schwarze
Masse
- 36
- Verteilersystem
- ST
- thermische
Solaranlage
- STVL
- thermische
Solaranlage – Vorlauf
- STRL
- thermische
Solaranlage – Rücklauf
- ST-FESVL
- thermische
Solaranlage – Vorlauf
Verlängerung
zum Feststofferdspeicher
- ST-FESRL
- thermische
Solaranlage – Rücklauf Verlängerung
vom Feststofferdspeicher
- WPS
- Wärmepumpensystem
(Sole-Wasser)
- WPVL
- Wärmepumpensystem – Vorlauf
(Primärkreis)
(Sole-Vorlauf)
- WPRL
- Wärmepumpensystem – Rücklauf (Primärkreis)
(Sole-Rücklauf)
- FH
- Fußbodenheizung
- FHVL
- Heizung/Fußbodenheizung – Vorlauf
- FHRL
- Heizung/Fußbodenheizung – Rücklauf
- KW
- Kaltwasserzuführleitung
- WW
- Warmwasser