DE202012004408U1

DE202012004408U1 - Massivabsorber in modularer Bauweise

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Publication number: DE202012004408U1
Application number: DE202012004408U
Authority: DE
Original assignee: SACHSENKINDER REGIONALMARKETING GmbH
Current assignee: SACHSENKINDER REGIONALMARKETING GmbH
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2022-04-28

Abstract

Massivabsorber in modularer Bauweise, bestehend aus mindestens einem als Absorberbaugruppe ausgestaltetem Betonelement, in dessen Grundkörper Rohrleitungen angeordnet sind, die mit der Umgebungsluft, dem Erdreich, dem Grundwasser oder dergleichen Wärmequellen in Wirkverbindung stehen, wobei der Transport der im Beton gespeicherten Umweltwärme über eine in den Rohrleitungen als Wärmeträger zirkulierende Flüssigkeit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Massivabsorber eine Aufstelleinheit (1) mit einer verwindungssteifen Fußplatte (2) aufweist, auf der mehrere Absorberbaugruppen (3) abgestützt sind, die eine jeweils stelenförmige Kontur aufweisen und wobei im Grundkörper der Absorberbaugruppe (3) wendelförmig verlaufende Rohrleitungen (5) angeordnet sind, die in einen ersten langen Abschnitt mit einer kontinuierlichen Steigung und großem Querschnitt sowie in einen zweiten sehr kurzen und fallenden Abschnitt mit dünnem Querschnitt aufgeteilt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Massivabsorber in modularer Bauweise mit erhöhter Leistung, bestehend aus mindestens einem als Absorberbaugruppe ausgestaltetem Betonelement, in dessen Grundkörper Rohrleitungen angeordnet sind, die mit der Umgebungsluft, dem Erdreich, dem Grundwasser oder dergleichen Wärmequellen in Wirkverbindung stehen, wobei der Transport der im Beton gespeicherten Umweltwärme über eine in den Rohrleitungen als Wärmeträger zirkulierende Flüssigkeit erfolgt.
Massivabsorber für Wärmepumpen sind in zahlreichen Ausführungen als Stand der Technik bekannt. Unabhängig von der jeweils konkreten Variante werden derartige Massivabsorber als Betonelemente ausgestaltet, wobei sich hierfür neben ausschließlich als Absorber ausgeführten Betonbauteilen auch Mauern, Balkonbrüstungen, Flachdächer und ähnliche Bauelemente eignen. Diese Betonelemente sind für die Nutzung als Absorber innen mit Zirkulationsrohren durchzogen und stehen mit der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser wärmetechnisch in Wirkverbindung. Der Transport der im Beton gespeicherten Umweltwärme erfolgt über eine in den Rohrleitungen zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit, die mit einer Umwälzpumpe im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer einer Wärmepumpe steht. Sofern die Wärmepumpe in Betrieb ist, wird die Wärmeträgerflüssigkeit abgekühlt. Durch diesen Wärmeentzug wird der Wärmetauscher unter die Umgebungstemperatur abgekühlt und kann aus der vorbeiströmenden Luft, aus auftreffenden Niederschlägen oder auch aus der verfügbaren Sonnenstrahlung Umweltenergie aufnehmen. Ungeachtet der somit unter energetischen und ökologischen Aspekten erreichbaren Vorteile haben sich derartige Konstruktionen trotz wachsender Wärmepumpennutzung bisher nicht im Markt durchsetzen können. Dies ist insbesondere damit begründet, dass die bisher bekannten Massivabsorber noch erhebliche Nachteile aufweisen:
Die Massivabsorber werden überwiegend individuell als Einzelanfertigung oder in Kleinserie statt in einer kostengünstigen Serienproduktion hergestellt und erfordern oft eine aufwendige Logistik. Weiterhin sind auf der Baustelle häufig aufwendige Fundamentarbeiten und eine Montage mittels Kran notwendig. Neben diesen primär wirtschaftlichen Nachteilen ergeben sich auch funktionelle Probleme. So können bei bekannten Massivabsorbern mit komplex geformten Hohlkammern Schneeverstopfungen auftreten. Problematisch ist ebenso ein zu großer Flächenbedarf bzw. eine zu geringe Entzugsleistung auf der vorhandenen Fläche. Weiterhin treten zu hohe Druckverluste bei kalten Wasser-Frostschutzmittel-Gemischen bei einem monovalenten Betrieb bis etwa minus 20°C auf, sofern für eine Leistungsoptimierung geringe Rohrabstände und damit größere Rohrlängen und Rohrmengen realisiert werden sollen. Schließlich ergeben sich Entlüftungsprobleme an Hochpunkten bei unzureichenden Strömungsgeschwindigkeiten.
Einige dieser Probleme können beispielsweise mit einem modularen Massivabsorber gemäß DE 100 44 513 C1 überwunden werden, der insbesondere die logistischen Nachteile der oft großen Bauteile reduziert. Allerdings ergeben sich bei einer Anwendung dieser technischen Lösung andere Nachteile. So bewirkt die flach liegende und erdgekoppelte Bauform nur eine geringe Aufnahmefläche. Gleichzeitig besteht eine relativ hohe Unfallgefahr, weil durch den Wärme-Entzug Flächen vereisen, die eventuell von Fußgängern oder Fahrzeugen benutzt werden. Weiterhin sind starke Frosthebungen und Verwerfungen des Bodens absehbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Nachteile der bisher bekannten Massivabsorber zu überwinden und damit der umweltfreundlichen Wärmepumpennutzung grundsätzlich breitere Anwendungsmöglichkeiten zu ermöglichen, indem ein Massivabsorber als freistehende Aufstelleinheit für verschiedenartige Anwendungen verfügbar wird.
Diese Aufgabe wird mit den technischen Merkmalen gemäß Schutzanspruch 1 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Lösungsansatzes in Unteransprüchen vorgeschlagen werden. Nachfolgend werden diese technische Merkmale und Wirkungen auch im Vergleich zum bisher bekannten Stand der Technik näher erläutert.
Der vorgeschlagene Massivabsorber ist modular aufgebaut und umfasst eine Aufstelleinheit mit einer verwindungssteifen Fußplatte, auf der mehrere stelenförmige Absorberbaugruppen abgestützt sind. Die Fußplatte und die stelenförmigen Baugruppen werden sowohl für einen Transportschutz als auch für die Endmontage miteinander verbunden. Dabei kann auch eine werkseitige Vormontage der Aufstelleinheit zur Transportsicherung später auf der Baustelle zu Transportgründen einfach gelöst werden.
Die Massivabsorberbaugruppen haben eine lediglich geringe thermische Ankopplung zum Erdreich. Weiterhin kann durch die Zuordnung der Fußplatte pro qm belegter Bodenfläche eine Absorberfläche von etwa 5 bis 15 qm erreicht werden, die für eine Energieaufnahme aus der Außenluft, dem Regen, kondensierender Feuchte, Bereifung und dem Sonnenlicht verfügbar ist. Diese große Oberfläche wird erreicht, indem der Massivabsorber durch seine stelenförmige Form eine Nutzung aller sechs Seitenflächen ermöglicht und durch die optional innen auszugestaltende Öffnung eine zusätzliche Oberfläche aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird erzielt, sofern sich der Querschnitt der Öffnung ausgehend von der Oberkante nach unten zunehmend erweitert. Die somit entstehende trichterähnliche Kontur vermeidet weitgehend ein Festhaften von Schnee, so dass auch diesbezügliche funktionelle Probleme ausgeschlossen oder zumindest wesentlich reduziert werden.
Außerdem kann die wirksame Oberfläche dieser Öffnung vorteilhaft vergrößert werden, sofern eine Struktur (z. B. Noppen) ausgestaltet wird. Eine derartige Vergrößerung der Oberfläche ist grundsätzlich auch an den Außenkonturen der Absorberbaugruppen möglich, wobei dann neben funktionellen auch gestalterische Aspekte zu beachten sind.
Weiterhin kann durch eine wendelförmige Rohranordnung ein für Massivabsorber untypisch geringer Rohrabstand von lediglich 2 bis 5 cm realisiert werden. Infolge dieser geringen Rohrabstände kann die thermische Leistungsfähigkeit optimiert werden. Allerdings erfordert die Kombination von geringem Rohrabstand und modularem Aufbau den Anschluss von relativ vielen Rohren mit jeweils relativ großen Längen. Damit durch diese konstruktiven Erfordernisse der optische Gesamteindruck des Massivabsorbers nicht beeinträchtigt wird, wird vorgeschlagen, dass die Anspeisung der gesamten Rohrwendel von unten erfolgt. Dabei ist jedoch das Problem zu lösen, dass eine Entlüftung nur über die Strömungsgeschwindigkeit erfolgen sollte, wobei jedoch gleichzeitig die dafür notwendigen geringen Rohrquerschnitte einen hohen Druckverlust bei sehr kalter Sole aufweisen. Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Rohrlänge in einen langen Abschnitt mit kontinuierlicher Steigung und mit großem Querschnitt sowie in einen sehr kurzen fallenden Abschnitt mit dünnem Rohrquerschnitt aufgeteilt wird. Dadurch steigt die Luft im langen Rohrabschnitt zunächst mit der hier langsamen Strömung auf und wird im weiteren Verlauf im fallenden Rohrabschnitt durch die Strömungsgeschwindigkeit mitgerissen.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Massivabsorbers besteht darin, dass durch den modularen Aufbau die Gewichte und die Abmessungen der Fußplatte und der eigentlichen Absorberbaugruppen so aufeinander abgestimmt werden können, dass sie einzeln und ohne Kran transportabel sind. Die auf der Baustelle verbundene Aufstelleinheit ist jedoch durch ihr Eigengewicht standsicher und kann dabei Windlasten und sonstige Horizontallasten über die Fußbreite und ein nach statischen Anforderungen abgestimmtes Gesamtgewicht aufnehmen. Diese fertig verbundene Aufstelleinheit kann auf einer einfachen Frostschutztragschicht und auf handelsüblichen kleinen Betonfertigteilen (z. B. auf Gehwegplatten) ohne ein zusätzliches Betonfundament aufgestellt werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Massivabsorbers in stilisierter Darstellung in einer ersten Ausführung
2 den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Massivabsorbers in stilisierter Darstellung in einer zweiten Ausführung
3 eine Schnittdarstellung durch eine Absorberbaugruppe in einer ersten Ausführung
4 eine Schnittdarstellung durch eine Absorberbaugruppe in einer zweiten Ausführung
Der in der Zeichnung dargestellte Massivabsorber ist modular aufgebaut und weist eine Aufstelleinheit 1 mit einer verwindungssteifen Fußplatte 2 auf. Die Fußplatte 2 ist vorzugsweise als eine Stahlbetonplatte ausgestaltet. Auf dieser Fußplatte 2 sind mehrere Absorberbaugruppen 3 abgestützt, die als Betonelement mit stelenförmiger Kontur ausgestaltet sind. Dabei ist die Fußplatte 2 mit den Absorberbaugruppen 3 verbindbar. Auf einer Fußplatte 2 werden üblicherweise zwei bis vier Absorberbaugruppen 3 mit einer Höhe von etwa 0,5 bis 2,0 m Höhe und einer Kantenlänge von 0,1 bis 0,4 m montiert, wobei zwischen der Fußplatte 2 und den Absorberbaugruppen 3 jeweils ein flächiges Element als Dicht- und/oder Isolierelement angeordnet ist.
Die Außenkontur der Absorberbaugruppe 3 kann mit einer gleichbleibenden Kontur verlaufen oder ausgehend von der Oberseite nach unten zunehmend verjüngt ausgeführt werden. Außerdem ist es möglich, dass die Absorberbaugruppen 3 jeweils an der Oberseite abgeschrägt werden, so dass Regenwasser problemlos ablaufen kann. Weiterhin können die Kanten der Absorberbaugruppe 3 abgerundet werden, wodurch eine Unfallgefahr reduziert wird.
Eine fertig montierte Baugruppe hat ein Gesamtgewicht von 250 bis 1000 kg, wobei die Einzelbauteile jeweils 50 bis 250 kg schwer sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Füße mit ca. 0,40 m Breite und 1,2 m Länge oder 0,60 m Breite und 0,80 m Länge auf das Platzangebot einer sog. Europalette abgestimmt, so dass jeweils zwei Aufstelleinheiten auf einer solchen standardisierten und faktisch überall verfügbaren Palette Platz finden.
Aus 1 ist eine Variante mit drei Absorberbaugruppen 3 ersichtlich, von denen hier zwei dargestellt sind. Diese Aufstelleinheit 1 kann beispielsweise für Zaunsäulen oder auch für Grundstücksabgrenzungen genutzt werden. Die Variante gemäß 2 umfasst eine Fußplatte 2 mit vier Absorberbaugruppen 3, die zum Beispiel eine Einfahrt begrenzen oder als ein gestalterischer Blickfang im Gartenbau genutzt werden können.
In 1 sind außerdem Elemente 4 zur bodenseitigen Arretierung der jeweiligen Absorberbaugruppen 3 stilisiert dargestellt. Diese Elemente 4 für die Bodenarretierung sind dabei so angeordnet und ausgestaltet, dass in diesem Abschnitt eine Luftausströmung und eine Anspeisung möglich ist. Weiterhin wird durch die untere Kontur der Absorberbaugruppe in Kombination mit dem Element 4 ein Transportschutz gewährleistet.
Gemäß 3 und 4 sind im Grundkörper der Absorberbaugruppen 3 Rohrleitungen 5 angeordnet, die mit der Umgebungsluft, dem Erdreich, dem Grundwasser oder anderen Wärmequellen in Wirkverbindung stehen. Der Transport der im Beton des Grundkörpers gespeicherten Umweltwärme erfolgt dabei über eine in den Rohrleitungen 5 als Wärmeträger zirkulierende Flüssigkeit. Vorzugsweise werden die Rohrleitungen 5 in einen ersten langen Abschnitt mit einer kontinuierlichen Steigung und großem Querschnitt sowie in einen zweiten sehr kurzen und fallenden Abschnitt mit dünnem Querschnitt aufgeteilt, wobei diese Ausgestaltung in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist. Erste Versuche des Anmelders haben diesbezüglich ergeben, dass bei einem ersten Rohrabschnitt mit einer Länge von etwa 15 bis 20 m mit einem Innendurchmesser von 13 mm und einem folgenden zweiten Rohrabschnitt von etwa 1 bis 2 m und einem Durchmesser von 6 mm ein Durchfluss von etwa 60–90 l pro Stunde erzielt wird.
Die Grundkörper der Absorberbaugruppen 3 sind optional mit einer Öffnung 6 ausgestaltet, die entlang der Mittellängsachse ”M” verläuft. Der Querschnitt dieser Öffnung 6 kann dabei verschiedenartig ausgeführt werden. 3 zeigt eine Variante mit zylindrischem Hohlraum. 4 zeigt eine funktionell verbesserte Variante, bei der sich der Querschnitt der Öffnung 6 ausgehend von der Oberkante nach unten zunehmend erweitert. Ferner kann die Oberfläche der Öffnung 6 mit einer die wirksame Oberfläche vergrößernden Struktur ausgestaltet werden. Die Rohrleitungen 5 verlaufen in der Absorberbaugruppe 3 wendelförmig an den Außenkonturen der Öffnungen 6 und die Anspeisung der Rohrleitungen 5 erfolgt von unten.
Bezugszeichenliste

1: Aufstelleinheit
2: Fußplatte
3: Absorberbaugruppen
4: Elemente für Bodenarretierung
5: Rohrleitung
6: Öffnung
M: Mittellängsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10044513 C1 [0003]

Claims

Massivabsorber in modularer Bauweise, bestehend aus mindestens einem als Absorberbaugruppe ausgestaltetem Betonelement, in dessen Grundkörper Rohrleitungen angeordnet sind, die mit der Umgebungsluft, dem Erdreich, dem Grundwasser oder dergleichen Wärmequellen in Wirkverbindung stehen, wobei der Transport der im Beton gespeicherten Umweltwärme über eine in den Rohrleitungen als Wärmeträger zirkulierende Flüssigkeit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Massivabsorber eine Aufstelleinheit (1) mit einer verwindungssteifen Fußplatte (2) aufweist, auf der mehrere Absorberbaugruppen (3) abgestützt sind, die eine jeweils stelenförmige Kontur aufweisen und wobei im Grundkörper der Absorberbaugruppe (3) wendelförmig verlaufende Rohrleitungen (5) angeordnet sind, die in einen ersten langen Abschnitt mit einer kontinuierlichen Steigung und großem Querschnitt sowie in einen zweiten sehr kurzen und fallenden Abschnitt mit dünnem Querschnitt aufgeteilt sind.
Massivabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fußplatte (2) mit den Absorberbaugruppen (3) verbindbar ausgeführt ist.
Massivabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Fußplatte (2) zwei bis vier Absorberbaugruppen (3) angeordnet sind.
Massivabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Fußplatte (2) und den Absorberbaugruppen (3) jeweils ein flächiges Element als Dicht- und/oder Isolierelement angeordnet ist.
Massivabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Fußplatte (2) Elemente (4) für die Bodenarretierung der Absorberbaugruppen (3) derart angeordnet und ausgestaltet sind, dass in diesem Abschnitt eine Luftausströmung und eine Anspeisung möglich sind.
Massivabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fußplatte (2) als eine Stahlbetonplatte ausgestaltet ist.
Massivabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkörper der Absorberbaugruppe (3) mit einer Öffnung (6) ausgestaltet sind, die entlang der Mittellängsachse (M) verläuft
Massivabsorber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der im Grundkörper der Absorberbaugruppen (3) ausgestalteten Öffnung (6) mit einer die wirksame Oberfläche vergrößernden Struktur ausgestaltet ist.
Massivabsorber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der im Grundkörper der Absorberbaugruppen (3) ausgestalteten Öffnung (6) ausgehend von der Oberkante der Öffnung (6) nach unten zunehmend erweitert.
Massivabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenkontur der stelenförmigen Absorberbaugruppen (3) ausgestalteten ausgehend von der Oberseite nach unten zunehmend verjüngt.
Massivabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberbaugruppen (3) jeweils an der Oberseite abgeschrägt und an den Kanten abgerundet ausgestaltet sind.
Massivabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberbaugruppen (3) jeweils eine Höhe von etwa 0,5 bis 2,0 m Höhe und eine Kantenlänge von 0,1 bis 0,4 m aufweisen.