DE202007006713U1

DE202007006713U1 - Wärmespeicher für den Wärmebedarf in Häusern

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Publication number: DE202007006713U1
Application number: DE202007006713U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2017-05-11

Abstract

Wärmespeicher für den Wärmebedarf im Untergrund von Häusern mit einem Speicherkern (6) mit hoher Wärmekapazität, in welchen Rohrleitungen für den Wärmeaustausch eingebettet sind, die einerseits mit einem Heizmittelkreislauf (4) zum Erwärmen des Speicherkerns, andererseits mit wenigstens einem Verbraucherkreislauf (7) des Hauses koppelbar sind, wobei der Speicherkern (6) durch eine Masse aus Tonerdesilikat zu 2 bis 7 Gew.-%, Zement zu 2 bis 7 Gew.-%, Kaliumsilikat bis zu 4 Gew.-%, Rest Wasser gebildet und allseits von einer Isolierschicht (9) umschlossen ist, die an ihrer dem Speicherkern (6) zugewandten Innenseite durch eine Kunststofffolie (12) ausgekleidet ist, innerhalb welcher der Speicherkern (6) auf seiner Oberseite durch eine wäßrige Filterschicht aus einer in Wasser eingebrachten Sand- oder Kiesschüttung (10) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (14) des Speicherkerns (6) wenigstens teilweise aus perforierten Rohren (25) bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher für den Wärmebedarf in Häusern gemäß Oberbegriff von Schutzanspruch 1.
Ein derartiger Wärmespeicher ist in EP 1750077 beschrieben.
Bei einem aus FR 25 668 83 bekannten Wärmespeicher besteht der Speicherkern aus einem Wasser-/Sandgemisch, dessen Funktion durch Wasserverlust gefährdet ist. Wegen einer nur mäßigen Wärmekapazität des Speicherkerns ist dessen Volumen verhältnismäßig groß zu bemessen.
In DE 3101537 A1 ist ein Wärmespeicher, im wesentlichen bestehend aus einem Bindemittel wie Zement, ferner Ton und Wasser, wobei die Mischung aushärtet, d.h. sie erstarrt zu einer Masse mit hoher Wärmekapazität. Diese nimmt im Laufe der Zeit jedoch ab, da der Wassergehalt der Speichermasse zunehmend verdunstet.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmespeicher der eingangs genannten Art mit hoher Wärmekapazität einfach und kostengünstig zu gestalten und dessen Effizienz langfristig sicherzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, daß der Speicherkern auf seiner Oberseite durch eine wässerige Filterschicht aus einer Sand- oder Kiesschüttung abgedeckt ist, ist eine ständige Zufuhr von Wasser in den Speicherkern gewährleistet, so daß aus dem Speicherkern eventuell verdunstendes Wasser auf diese Weise bei Aufrechterhaltung eines günstigen Wärmeübergangs stets ergänzt wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag wird ein von der Erdwärme unabhängiger Wärmespeicher für Häuser geschaffen, der durch einfache bautechnische Mittel kostengünstig hergestellt werden kann. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Zusammensetzung des Speicherkerns aus umweltfreundlichen Stoffen, bevorzugt aus einer aushärtenden Suspension in Wasser, derart, daß die Rohrleitungen der Wärmetauscherkreisläufe dicht umschlossen sind. Der Speicherkern besteht dabei bevorzugt aus einer Masse aus

– Tonerdesilikat zu 2 bis 7 Gew.-%,
– Zement zu 2 bis 7 Gew.-%,
– Kaliumsilikat bis zu 4 Gew.-%
– und im übrigen aus Wasser.

Eine besonders vorteilhafte, nach etwa ein bis zwei Tagen ausgehärtete Zusammensetzung des Speicherkerns umfaßt

– 4,5 Gew.-% Bentonit, ein bekannter Spülmittelzusatz für Tiefbohrungen,
– 4,5 Gew.-% Zement,
– 1 Gew.-%, Kaliumsilikat (Kaliwasserglas)
– und 90% Wasser.

Ein derartiger Speicherkern ist bis zu 90°C aufheizbar. Demgegenüber arbeitet ein aus DE 2828086-A bekannter Speicherkern, der u.a. Glaubersalz enthält, nur bis zu einer oberen Temperatur von 35°C, d.h. er kann nur als unterstützende Wärmequelle eingesetzt werden.
Der erfindungsgemäße Speicherkern umschließt die innerhalb des Speicherkerns verlegten Rohrleitungen der Wärmetauscherkreisläufe besonders dicht, so daß ein günstiger Wärmeübergang gewährleistet werden kann. Um dies auch bei hohen Temperaturen des Heizmediums in den Rohrleitungen des Speicherkerns sicherzustellen, werden vorteilhaft perforierte Rohre eingesetzt, aus denen Wasser in den Speicherkern austritt. Dadurch wird das Entstehen von isolierenden Hohlräumen vermieden, d.h. ein günstiger Wärmeübergang aufrechterhalten.
Die Stoffe, aus denen der Speicherkern besteht, stehen in unbegrenzten Mengen kostengünstig zur Verfügung. Bentonit zeichnet sich durch eine besonders hohe Bindungskapazität für Wasser aus. Kaliumsilikat begünstigt außerordentlich die Aushärtung des Zements. Da die Wasserbindungskapazität des Zements nur etwa den zehnten Teil von Bentonit beträgt, reduziert der Bentonit-Anteil den Einsatz von wesentlich teurerem Zement. Auch die Isolierschicht, bei der es sich um keine tragende Schicht handelt, ist kostengünstig z.B. aus Styropor, Polyurethanschaum, Mineralwolle, Hartfasern oder dgl. herstellbar. Nach außen hin ist sie durch Erdreich abgestützt, nach innen hin gegen den Speicherkern.
Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher im Erdreich unmittelbar unterhalb einer Bodenplatte eines Hauses angeordnet, derart daß die Isolierschicht nach außen hin mit einer Seite an die Unterseite der Bodenplatte, mit allen übrigen Seiten an das Erdreich angrenzt. Zur Verbesserung der Lebensdauer der Isolierschicht ist es zweckmäßig, daß diese an ihrer dem Speicherkern zugewandten Innenseite durch eine Kunststofffolie beispielsweise aus Butadien oder Polyethylen ausgekleidet ist. Die Folie ermöglicht außerdem das erstmalige Auffüllen des Speicherkerns innerhalb der Isolierschicht durch Einbringen einer wäßrigen Suspension, die danach aushärtet. Erst daraufhin erfolgt das Überschichten des Speicherkerns mit der Filterschicht, wonach die Oberseite der Isolierschicht angebracht wird.
Die Rohrleitungen im Speicherkern können einerseits direkt in den Heizmittelkreislauf oder den Verbraucherkreislauf integriert sein.
Besonders vorteilhaft ist andererseits die Zwischenschaltung eines zentralen Wärmetauschers des Hauses, an welchen der Heizmittelkreislauf und die Verbraucherkreisläufe des Hauses, z.B. für Heizung und Warmwasser angeschlossen sind. Im Sommerbetrieb dient der Heizmittelkreislauf auch zum Erwärmen des Speicherkerns, dessen Wärmeenergie im Winterbetrieb entweder direkt über die Verbraucherkreisläufe oder über den zentralen Wärmetauscher, z.B. in Art eines sog. Schichtenspeichers, abrufbar ist. Infolge der perforierten Ausbildung der Rohrleitungen im Speicherkern wird durch die mit Wasser gefüllten Zwischenräume zwischen Rohrleitungen und Speicherkernmasse ein guter Wärmeübergang geschaffen bzw. es wird die Entstehung solcher Zwischenräume vermieden, weil die Speicherkernmasse auch unter Heizmit teltemperaturen bis zu ca. 50°C nicht mehr austrocknet und sich von den Rohrwänden abhebt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
1 eine erste Ausführungsform des Wärmespeichers mit zwei Rohrleitungen im Speicherkern,
2 eine zweite Ausführungsform mit nur einer Rohrleitung,
3, 4 und 5 eine Variante zur Rohrleitung gemäß 2. mit vergrößert dargestellten Einzelheiten.
1 zeigt auf einer Bodenplatte 1 aus Beton, welche auf einer Humusschicht 12 über Erdreich 13 aufliegt, eine schematische Gebäudekonstruktion eines Wohnhauses, auf dessen Dach 2 Solarkollektoren 3 angeordnet sind. Diese sind über einen Heizmittelkreislauf 4 mit einem Speicherkern 6, der unterhalb der Bodenplatte 1, bevorzugt unter einer Garage, angeordnet ist, verbunden. Im Speicherkern 6 ist neben mit dem Heizmittelkreislauf 4 verbundenen Rohrleitungen 14 ein Verbraucherkreislauf 7 angeordnet, welcher im Inneren des Speicherkerns 6 mit den Rohrleitungen 14 im Wärmeaustausch steht. Der Verbraucherkreislauf 7 ist über eine Umwälzpumpe 8, die auch als Wärmepumpe ausgebildet sein kann, mit den Hausheizungssystemen für die Warmwassererzeugung und für die Wohnraumheizung verbunden. Eine kräftig dimensionierte Isolierschicht 9 umhüllt den Speicherkern 6, welcher an seiner Oberseite durch eine Filterschicht 10 abgedeckt ist. Bei der Filterschicht 10 handelt es sich um eine wäßrige Kiesschüttung, durch die der Speicher kern 6 mittels eines Steigrohrs 11 über die Erdoberfläche entlüftet wird. Über das Steigrohr 11 erfolgt auch das Nachfüllen von Wasser in die Filterschicht 10, welches in dem Umfang erforderlich ist, als Wasser aus dem Speicherkern 6 in die Umgebung verdunstet.
2 zeigt eine Gebäudekonstruktion gemäß 1, jedoch mit einem zentralen Wärmetauscher 5 im Inneren des Gebäudes. Im Speicherkern sind nur die Rohrleitungen 14 vorgesehen, die an den zentralen Wärmetauscher 5 angeschlossen sind. Im Sommerbetrieb arbeitet – zum Aufheizen des Speicherkerns – eine in deren Zulauf 15 angeordnete Zulaufpumpe 16; im Winterbetrieb – zum Entnehmen von Wärmeenergie – eine in deren Ablauf 17 angeordnete Ablaufpumpe 18.
Der Heizmittelkreislauf 4 mit Heizmittelpumpe 19 besorgt das Aufheizen des zentralen Wärmetauschers 5, an welchen als Verbraucher der Warmwasserkreislauf 29 mit Förderpumpe 20, der Heizkreislauf 21 mit Vorlaufpumpe 22 sowie die Rohrleitungen 14 des Speicherkerns 6 angeschlossen sind.
3 bis 5 zeigen Rohre 25 der Rohrleitungen 14 des Speicherkerns. Um einen engen Kontakt der Rohrleitungen 14 mit der Masse des Speicherkerns 6 zu gewährleisten, muß dessen Austrocknung in der Umgebung der heißen Rohrleitungen 14 und damit der Bildung von Lufthohlräumen entgegengewirkt werden. Dies wird erreicht durch die Perforationen der Rohre 25, die einen ständigen Wasseraustritt ermöglichen. Die Rohre 25 bestehen aus temperatur- und zementbeständigem Material entweder aus Kunststoff oder aus nicht rostendem Stahl, z.B. Edelstahl. Dadurch kann ein günstiger Wärmeübergang im Speicherkern aufrechterhalten werden. Der Wasserverlust der Rohre 25 wird ausgeglichen mittels eines am pumpenseitigen Eingang der Rohrleitungen 14 angeschlossenen Ausgleichsgefäß 23. Der weiteren Verbesserung dient eine dünne Ummantelung 24 der Rohrleitungen 14 aus einem geeigneten Fließstoff, der ein Offenhalten der Perforationen begünstigt.
4 zeigt einen Querschnitt durch einen kurzen Abschnitt der Rohre 25 mit linienförmig verteilten Perforationen 26 und 5 zeigt einen Querschnitt der Rohre 25, welche kreisförmigen Querschnitt aufweisen und von einer Ummantelung 24 aus einer Fließstoffschicht eingehüllt sind.

Claims

Wärmespeicher für den Wärmebedarf im Untergrund von Häusern mit einem Speicherkern (6) mit hoher Wärmekapazität, in welchen Rohrleitungen für den Wärmeaustausch eingebettet sind, die einerseits mit einem Heizmittelkreislauf (4) zum Erwärmen des Speicherkerns, andererseits mit wenigstens einem Verbraucherkreislauf (7) des Hauses koppelbar sind, wobei der Speicherkern (6) durch eine Masse aus Tonerdesilikat zu 2 bis 7 Gew.-%, Zement zu 2 bis 7 Gew.-%, Kaliumsilikat bis zu 4 Gew.-%, Rest Wasser gebildet und allseits von einer Isolierschicht (9) umschlossen ist, die an ihrer dem Speicherkern (6) zugewandten Innenseite durch eine Kunststofffolie (12) ausgekleidet ist, innerhalb welcher der Speicherkern (6) auf seiner Oberseite durch eine wäßrige Filterschicht aus einer in Wasser eingebrachten Sand- oder Kiesschüttung (10) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (14) des Speicherkerns (6) wenigstens teilweise aus perforierten Rohren (25) bestehen.
Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (14) des Speicherkerns (6) von einer Ummantelung (24) aus Fließstoff umhüllt sind.
Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rohrleitungen (14) des Speicherkerns (6) eingangsseitig ein Ausgleichsgefäß (23) angeschlossen ist.
Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern (6) durch die Filterschicht (10) hindurch über die Erdoberfläche entlüftet ist.
Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (14) des Speicherkerns (6) an einen zentralen Wärmetauscher (5) des Hauses für den Wärmeaustausch mit dem Heizmittelkreislauf und dem Verbraucherkreislauf angeschlossen sind.