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Die Erfindung betrifft einen Erdwärmespeicher, mit einer unter einer Decke angeordneten Speichermasse, welche thermisch mit einem Gebäude in Verbindung steht, wobei die Speichermasse durch eine wärmedämmende Schicht an zumindest einer Seite von einem den Erdwärmespeicher umgebenden Erdreich getrennt ist.
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Erdwärmespeicher der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart das Dokument
DE 20 2013 104 365 U1 einen nach unten offenen Erdwärmespeicher, welcher rundum durch eine Dämmungs- und Abdichtungsstruktur gegenüber einem den Erdwärmespeicher umgebenden Erdreich gedämmt und abgedichtet ist. Derartige Erdwärmespeicher ermöglichen es, über im Erdwärmespeicher angeordnete und mit einem Heizungssystem eines Gebäudes verbundene Rohrleitungen in einer warmen Jahreszeit überschüssige Wärme aus dem Gebäude in den Erdwärmespeicher zu transportieren und somit das Gebäude zu kühlen. Dabei wird der Erdwärmespeicher derart aufgeheizt, dass noch in einer kalten Jahreszeit Wärme im Erdwärmespeicher gespeichert ist, welche dann zur Beheizung des Gebäudes genutzt werden kann. Eine Nutzung der Wärme kann dann beispielsweise über Wärmepumpen erfolgen, welche die gespeicherte Wärme auf ein höheres Temperaturniveau heben.
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Nachteilig bei Erdwärmespeichern des Standes der Technik ist, dass eine Herstellung der umlaufenden Dämmungs- und Abdichtungsstruktur sehr aufwendig ist. Dabei müssen dämmende und dichtende Schichten derart übereinander angeordnet werden, dass diese den Erdwärmespeicher gegenüber einem übergebenden Erdreich vollständig abdichten. Wird bei einer Herstellung der Dämmungs- und Abdichtungsstruktur beispielsweise eine Abdichtungsfolie beschädigt, kann oberflächliches Grund- oder Schichtenwasser in den Erdwärmespeicher eintreten. Dadurch wird auch eine Dämmung beschädigt, sodass Wärme im Erdwärmespeicher nicht mehr gespeichert, sondern seitlich an das Erdreich abgegeben wird. Somit kann eine Wirkung des Wärmespeichers wie vorstehend beschrieben nicht oder nur in eingeschränktem Ausmaß erreicht werden.
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Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erdwärmespeicher der eingangs genannten Art anzugeben, welcher besonders einfach und prozesssicher herstellbar ist, sodass eine zuverlässige Wirkung des Erdwärmespeichers gewährleistet werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Erdwärmespeicher der eingangs genannten Art die wärmedämmende Schicht zumindest ein Beton und ein Dämmmaterial umfassendes Verbundelement aufweist, welches die Decke trägt.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass durch Einsatz eines entsprechenden Verbundelementes einerseits eine prozesssichere Herstellung des Erdwärmespeichers möglich ist, weil das Verbundelement vorab beispielsweise in einer automatisierten Fertigung mit hoher Prozesssicherheit hergestellt werden kann. Andererseits wird über eine tragende Verbindung des Verbundelementes mit der Decke des Gebäudes, welche üblicherweise einen Boden eines untersten Geschoßes des unteren Gebäudes bildet, eine überraschend gute Dämmung des Erdwärmespeichers nach oben erreicht.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Speichermasse an allen Seiten von Verbundelementen umgeben ist, welche eine die Speichermasse umschließende, wärmedämmende und abdichtende Schicht bilden. Normalerweise sind unter der Speichermasse bzw. zwischen der Speichermasse und einem unter dem Erdwärmespeicher befindlichen Erdreich keine Verbundelemente oder wärmedämmenden Materialien angeordnet. Dadurch kann auch eine Wärmekapazität eines unter dem Erdwärmespeicher befindlichen Erdreiches zur Wärmespeicherung genutzt werden. Als Dämmmaterial wird bei einem Verbundelement, welches bei einem erfindungsgemäßen Erdwärmespeicher eingesetzt wird, üblicherweise expandiertes Polystyrol, extrudierter Polystyrol-Hartschaum oder dergleichen eingesetzt. Der Beton des Verbundelementes, welcher für eine erhöhte Festigkeit auch als Faserbeton ausgebildet sein kann, bildet eine Abdichtung des Erdwärmespeichers gegenüber einem dem Erdwärmespeicher umgebenden Erdreich.
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Aufgrund des Einsatzes von Beton im Verbundelement, wodurch das Gebäude gestützt bzw. getragen wird, ist es möglich, den erfindungsgemäßen Erdwärmespeicher auch unter hohen Gebäuden anzuordnen, weil die Abdichtung und Dämmung des Erdwärmespeichers so gleichzeitig als das Gebäude stützendes Element dient.
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Um eine besonders hohe Stabilität des auf dem Erdwärmespeicher angeordneten Gebäudes bei guter Abdichtung des Erdwärmespeichers zu erreichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verbundelement eine aus Beton bestehende Lage aufweist, welche sich durchgehend von einem oberen Ende des Verbundelementes bis zu einem unteren Ende des Verbundelementes erstreckt. Dadurch können einerseits auf die Decke wirkende Gewichtskräfte besonders gut von der wärmedämmenden Schicht bzw. den Verbundelementen aufgenommen und an einen Untergrund übertragen werden. Andererseits ist durch eine von einem oberen Ende zu einem unteren Ende durchgehende Lage aus Beton auf einfache Weise eine flächige Abdichtung des im Verbundelement enthaltenen Dämmmaterials gewährleistet.
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Ein Eindringen von Oberflächen-, Grund- oder Schichtenwasser in die Speichermasse wird auf einfache Weise verhindert, wenn das Dämmmaterial zwischen der aus Beton bestehenden Lage und der Speichermasse angeordnet ist. Dadurch ist ein Kontakt des Dämmmaterials mit einem den Erdwärmespeicher umgebenden Erdreich auf einfache Weise verhindert. Gleichzeitig wird gewährleistet, dass auf das Verbundelement wirkende Kräfte im Wesentlichen über die aus Beton bestehende Lage abgeleitet werden, sodass keine mechanische Beschädigung eines Dämmmaterials erfolgt, welches üblicherweise eine wesentlich geringere Steifigkeit als Beton aufweist.
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Während das Dämmmaterial gegenüber einem den Erdwärmespeicher umgebenden Erdreich vorzugsweise durch Beton bzw. durch Faserbeton abgedichtet ist, ist in der Regel zwischen dem Dämmmaterial und der Speichermasse keine aus Beton bestehende Lage vorgesehen. Zur Abdichtung des Dämmmaterials gegenüber der Speichermasse ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass das Verbundelement eine das Dämmmaterial zur Speichermasse hin abdichtende Folie aufweist, insbesondere eine Noppenfolie. Dadurch ist eine Beschädigung des Dämmmaterials durch von der Speichermasse in das Verbundelement eindringende Feuchtigkeit auf einfache Weise verhindert.
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Für eine günstige Kraftübertragung von der Decke an das Verbundelement bzw. vom Verbundelement an einen Untergrund hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verbundelement eine das Dämmmaterial an einem oberen Ende bedeckende obere Betonlage und/oder eine das Dämmmaterial an einem unteren Ende bedeckende untere Betonlage aufweist. Dadurch kann beispielsweise eine flächige Einleitung einer Gewichtskraft von der Decke in das Verbundelement durch einen Flächenkontakt erfolgen. Gleichzeitig ist dadurch auf einfache Weise sichergestellt, dass ein Eindringen von Feuchtigkeit von einer Ober- bzw. einer Unterseite in das Dämmmaterial vermieden ist.
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Eine besonders einfache und prozesssichere Herstellung des Verbundelementes bei gleichzeitig hoher Stabilität desselben ist möglich, wenn das Verbundelement zumindest ein quaderförmiges, aus Dämmmaterial bestehendes Dämmelement aufweist, welches an fünf Seitenflächen von Beton eingeschlossen ist. Üblicherweise ist an einer der Speichermasse zugewandten Seitenfläche des Dämmelementes kein Beton vorgesehen. An dieser Seitenfläche ist in der Regel eine Noppenfolie wie vorstehend ausgeführt dichtend zwischen dem Dämmelement und der Speichermasse angeordnet. In der Regel sind die Verbundelemente etwa quaderförmig ausgebildet. Zum Erreichen einer hohen Effizienz des Erdwärmespeichers hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Verbundelemente, welche die wärmedämmende Schicht bilden, eine Höhe von 1 m bis 3 m, vorzugsweise 110 cm bis 150 cm, und eine Tiefe von 10 cm bis 50 cm, insbesondere 20 cm bis 30 cm, aufweisen. Eine Breite der Verbundelemente kann entsprechend einer Seitenlänge des Erdwärmespeichers ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere idente Verbundelemente mit einer Breite von beispielsweise 1 m nebeneinander angeordnet werden. Dadurch wird bei einer Herstellung ein hoher Gleichteilgrad erzielt.
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Bei Herstellung der Verbundelemente hat es sich als günstig erwiesen, wenn eine Schalung mit den Abmessungen des Verbundelementes entsprechenden Abmessungen gebildet wird, wonach ein vorzugsweise quaderförmiges und aus Dämmmaterial bestehendes Dämmelement in der Schalung angeordnet wird, wonach flüssiger Beton auf das Dämmelement bzw. in die Schalung gegossen wird, sodass der Beton das Dämmelement an vier Flächen umschließt sowie eine Deckfläche des Dämmelementes bedeckt. Das Dämmelement wirkt dabei als verlorene Schalung, welche im Verbundelement verbleibt. Üblicherweise ist eine Wanddicke des das Dämmelement umgebenden Betons an allen fünf Seiten etwa gleich, beispielsweise 1 cm bis 20 cm, insbesondere 3 cm bis 10 cm. Anschließend wird der Beton ausgehärtet, wonach das Dämmelement samt dem das Dämmelement umgebenden Beton aus der Schalung entnommen wird, wonach an der nicht von Beton bedeckten bodenseitigen Fläche des Dämmelementes eine Dichtfolie, vorzugsweise eine Noppenfolie, angeordnet wird.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Noppenfolie bereits vor einem Positionieren des Dämmelementes in der Schalung mit dem Dämmelement verbunden wird, sodass das Dämmelement samt Noppenfolie die verlorene Schalung bildet, welche im Verbundelement verbleibt. Ein entsprechendes Fertigungsverfahren kann auf einfache Weise in einem industriellen Maßstab und mit hoher Prozesssicherheit umgesetzt werden, sodass eine sehr geringe Fehlerquote erreicht wird.
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Mit derartigen Verbundelementen wird eine sehr hohe Stabilität eines auf dem Erdwärmespeicher angeordneten Gebäudes erreicht, weil drei von einem oberen Ende des Dämmelementes zu einem unteren Ende des Dämmelementes durchgehende Lagen aus Beton vorgesehen sind, durch welche Kräfte in einen Untergrund geleitet werden können.
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Selbstverständlich kann zur Erhöhung einer Festigkeit des Verbundelementes auch vorgesehen sein, dass im Beton des Verbundelementes eine Bewehrung angeordnet ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Decke eine Holzdecke ist, welche vorzugsweise Mehrschichtholzplatten aufweist. Es hat sich gezeigt, dass dadurch eine besonders günstige Energiespeicherung und Nutzung der gespeicherten Wärme möglich ist, da dann eine Wärmedämmung der Speichermasse seitlich über das in den Verbundelementen enthaltende Dämmmaterial erfolgt, während die Speichermasse in vertikaler Richtung nicht gedämmt ist, um auch eine Nutzung des unter dem Erdwärmespeicher befindlichen Erdreiches als Speicher zu ermöglichen, wobei gleichzeitig über die Holzdecke ein Wärmeaustausch mit dem über der Holzdecke befindlichen Gebäude möglich ist. Üblicherweise ist zwischen der Speichermasse und der Holzdecke keine Schicht aus Beton vorgesehen. Somit kann über die Holzdecke auch ein direkter Wärmeaustausch zwischen dem Erdwärmespeicher und dem Gebäude durch gleichmäßige und angenehme Temperierung der Holzdecke erfolgen.
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Grundsätzlich kann jedes beliebige Medium mit der entsprechenden Wärmekapazität als Speicher eingesetzt werden. Als besonders günstig hat es sich jedoch erwiesen, dass die Speichermasse Erde ist. Dadurch entfällt bei einer Herstellung des Erdwärmespeichers ein Entsorgen eines Aushubes. Gleichzeitig ist eine Bereitstellung einer separaten Speichermasse nicht erforderlich.
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Weil bei einem erfindungsgemäßen Erdwärmespeicher eine Lagerung eines auf dem Erdwärmespeicher befindlichen Gebäudes über die Verbundelemente erfolgt, ist es von Vorteil, wenn zur Bildung einer planen Auflagefläche für die Verbundelemente unter der Speichermasse eine untere Sauberkeitsschicht vorgesehen ist, welche insbesondere Kies, Sand und/oder Splitt enthält. Üblicherweise wird diese Sauberkeitsschicht verdichtet, bevor Verbundelemente auf dieser angeordnet werden.
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Weiter kann insbesondere für ein angenehmes Raumklima in einem über dem Erdwärmespeicher positionierten Gebäude über der Speichermasse eine obere Sauberkeitsschicht vorgesehen sein, welche insbesondere Kies, Sand und/oder Splitt enthält.
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Für eine effiziente Speicherung von Wärme im Erdwärmespeicher bzw. eine bevorzugte Entnahme von Wärme aus dem Erdwärmespeicher hat es sich als günstig erwiesen, dass in der unteren Sauberkeitsschicht mit einem Heizungssystem des Gebäudes verbundene Soleleitungen angeordnet sind. Weiter können entsprechende Soleleitungen auch in einer oberen Sauberkeitsschicht angeordnet sein, um einen optimalen Transport von Wärme aus dem bzw. in den Erdwärmespeicher zu ermöglichen.
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Je nach klimatischen Bedingungen einer Region, in welcher der Erdwärmespeicher eingesetzt wird, kann eine geringere bzw. stärkere Dämmung der Speichermasse gegenüber dem Gebäude günstig sein. Wenn eine gute Dämmung gewünscht bzw. erforderlich ist, kann zwischen der Speichermasse und der Decke eine wärmedämmende obere Dämmschicht vorgesehen sein, welche insbesondere Glasschaum-Granulat enthält.
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Ein Eintrag von Wärme in die Speichermasse ist auf besonders einfache Weise möglich, wenn die Speichermasse durchsetzende Leitungen vorgesehen sind, welche mit einem Heizungssystem des Gebäudes in Verbindung stehen.
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Zur Ausbildung eines für eine Wärmespeicherung günstigen Temperaturgradienten in dem oberen Bereich des Erdwärmespeichers hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn unmittelbar unter der Decke ein Hohlraum angeordnet ist. Dieser Hohlraum kann darüber hinaus auch für eine Leitungsführung genutzt werden, sodass beispielsweise Elektro- oder Installationsleitungen in diesem Hohlraum angeordnet werden können.
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Zur Herstellung der wärmedämmenden Schicht eines erfindungsgemäßen Erdwärmespeichers wird mit Vorteil zumindest ein vorgefertigtes Verbundelement eingesetzt, welches Beton, insbesondere Faserbeton, und ein Dämmmaterial enthält, wonach eine Decke derart auf der wärmedämmenden Schicht angeordnet wird, dass das Verbundelement die Decke trägt.
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Durch den Einsatz vorgefertigter Verbundelemente wird einerseits ein Fehlerrisiko bei Herstellung des Erdwärmespeichers reduziert. Andererseits wird durch einen Einsatz vorgefertigter Verbundelemente ein Betonieren bei der Herstellung des Wärmespeichers vor Ort vermieden, wodurch eine Baufeuchte vermieden und ein trockener Bau von Anfang an ermöglicht werden. Weiter kann der Erdwärmespeicher dadurch auch auf einfache Weise bei kalten Außentemperaturen hergestellt werden, da eine Trocknung des Betons vor Ort nicht erforderlich ist. Darüber hinaus wird durch den Einsatz von vorgefertigten Verbundelementen eine Bauzeit reduziert, wodurch Kosten gespart werden können.
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Eine günstige Wärmespeicherung im Erdwärmespeicher einerseits sowie eine stabile Positionierung der Verbundelemente andererseits werden auf einfache Weise möglich, wenn eine Grube durch Ausheben eines Erdreiches ausgehoben wird, wonach eine vorzugsweise Kies, Sand und/oder Splitt enthaltende untere Sauberkeitsschicht in der Grube angeordnet wird, wonach das zumindest eine Verbundelement auf der Sauberkeitsschicht positioniert wird, wonach eine Speichermasse oberhalb der Sauberkeitsschicht angeordnet wird. Dies ermöglicht ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Erdwärmespeichers, wobei die Speichermasse einerseits in einer horizontalen Richtung durch die Verbundelemente gegenüber dem Erdreich abgedichtet sowie gedämmt ist und andererseits in einer Richtung nach unten über die Sauberkeitsschicht mit dem Erdreich verbunden ist, sodass ein unter der Sauberkeitsschicht befindliches Erdreich ebenfalls zur Speicherung von thermischer Energie genutzt werden kann, zumal ein Wärmetransport durch die Sauberkeitsschicht möglich ist.
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Für eine Speicherung hoher Mengen thermischer Energie bei geringen Kosten hat es sich als günstig erwiesen, wenn das bei Ausheben der Grube ausgehobene Erdreich als Speichermasse eingesetzt wird.
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Um einen Eintrag von Feuchte bzw. Nässe von der Speichermasse in die vorzugsweise als Holzdecke ausgeführte Decke zu vermeiden, ist üblicherweise vorgesehen, dass zwischen der Speichermasse und der Decke ein Geotextil und eine dampfundurchlässige Abdichtungsschicht angeordnet werden.
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Es hat sich gezeigt, dass sich im Erdwärmespeicher eine für eine Speicherung von thermischer Energie besonders günstige Temperaturverteilung ergibt, wenn zwischen der Speichermasse und der Decke eine vorzugsweise Kies, Sand und/oder Splitt enthaltende obere Sauberkeitsschicht angeordnet wird.
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Ein günstiges Raumklima in einem über der Decke befindlichen Raum wird auf einfache Weise erreicht, wenn zwischen der Speichermasse und der Decke eine vorzugsweise Kies, Sand und/oder Splitt enthaltende obere Sauberkeitsschicht angeordnet wird.
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Zur Speicherung von Wärme im Erdwärmespeicher während einer warmen Jahreszeit sowie zur Entnahme von Wärme in einer kalten Jahreszeit ist bevorzugt vorgesehen, dass Soleleitungen im Erdwärmespeicher angeordnet werden, welche mit einem Heizungssystem eines über dem Erdwärmespeicher positionierten Gebäudes verbunden werden. Soleleitungen können dabei in der Speichermasse, in der unteren Sauberkeitsschicht, in der oberen Sauberkeitsschicht sowie in einer gegebenenfalls zwischen einer dampfundurchlässigen Abdichtung und der Decke angeordneten oberen Dämmschicht, welche insbesondere Glasschaum-Granulat enthält, angeordnet sein.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein Verbundelement für einen erfindungsgemäßen Erdwärmespeicher;
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2 bis 7 Schnittdarstellungen durch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Erdwärmespeicher;
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8 ein Detail eines erfindungsgemäßen Erdwärmespeichers.
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1 zeigt ein Verbundelement 2 für einen erfindungsgemäßen Erdwärmespeicher 1. Das Verbundelement 2 weist ein aus einem Dämmmaterial wie expandiertem Polystyrol bestehendes Dämmelement 10 auf, welches wie dargestellt an einer Oberseite 25 bzw. einem oberen Ende, einer Unterseite 26 bzw. einem unteren Ende sowie einer Seitenfläche 27 von Beton, vorzugsweise Faserbeton, eingeschlossen ist. Dabei wird die Unterseite 26 von einer unteren Betonlage 9, die Oberseite 25 von einer oberen Betonlage 8 und die Seitenfläche 27 von einer seitlichen Betonlage 7 bedeckt, wobei die Betonlagen 7, 8, 9 durch eine durchgängige Betonlage gebildet werden. Weiter sind auch an den Seitenflächen 27 des Dämmelementes 10, welche parallel zur Darstellungsebene sind, das Dämmelement 10 einschließende Betonschichten vorgesehen, sodass das Dämmelement 10 an fünf Seitenflächen von Beton eingeschlossen ist. An einer weiteren Seitenfläche 27 des Dämmelementes 10 ist keine Schicht aus Beton, sondern eine Noppenfolie 11 vorgesehen, um das Dämmelement 10 gegenüber Feuchtigkeit abzudichten. Wenn das Dämmelement 10 in der dargestellten Ausrichtung zur Dämmung eines Erdwärmespeichers 1 und Stützung einer Decke 3 eingesetzt wird, sind somit drei durchgehende Betonlagen von einem oberen Ende des Verbundelementes 2 bis zu einem unteren Ende des Verbundelementes 2 vorgesehen, wobei in der Schnittdarstellung nach 1 nur eine durchgehende seitliche Betonlage 7 sichtbar ist. Dadurch kann das Dämmelement 10 bei Einsatz in einem Erdwärmespeicher 1 nicht nur dämmend, sondern auch lastabtragend wirken. Ein derartiges Verbundelement 2 kann auch als Dämmschürze bezeichnet werden. Für eine erhöhte Stabilität des Verbundelementes 2 ist im Beton eine Bewehrung 21 vorgesehen. Durch diese üblicherweise durch Stahlelemente gebildete Bewehrung 21 können auch mehrere Verbundelemente 2 auf der Baustelle dichtend verbunden werden.
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Zur Herstellung eines derartigen Verbundelementes 2, welches auch zu anderen Zwecken als zur Bildung eines erfindungsgemäßen Erdwärmespeichers 1 eingesetzt werden kann, ist es günstig, wenn das in der Regel quaderförmige Dämmelement 10, welches gegebenenfalls bereits mit der Noppenfolie 11 versehen ist, in einer Schalung angeordnet wird, wonach flüssiger Beton auf das Dämmelement 10 gegossen wird, wobei der Beton das quaderförmige Dämmelement 10 an fünf Flächen bedeckt bzw. einschließt. Das Dämmelement 10 dient somit als verlorene Schalung, welche im Verbundelement 2 bleibt und wärmedämmend wirkt.
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Abmessungen des Verbundelementes 2 sind selbstverständlich abhängig von einem konkreten Einsatzzweck. Das dargestellte Verbundelement 2 weist eine Höhe von 125 cm und eine Tiefe von 26 cm auf. Die das Dämmelement 10 einschließenden Lagen aus Beton weisen eine Stärke von etwa 5 cm auf, während das Dämmelement 10 eine Breite von etwa 20 cm aufweist. Für eine Fertigung mit einem hohen Gleichteilgrad ist es günstig, wenn Verbundelemente 2 mit identen Abmessungen gebildet werden, welche dann als fertige Module vor Ort zu einer dämmenden Wand bzw. einer wärmedämmenden Schicht eines Erdwärmespeichers 1 kombiniert werden können.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Erdwärmespeichers 1. Bei einem dargestellten Erdwärmespeicher 1 sind Verbundelemente 2 nach 1 vorgesehen, welche eine Speichermasse 5 gegenüber einem den Erdwärmespeicher 1 umgebenden Erdreich 6 abdichten und dämmen. Dabei wirkt der Faserbeton dichtend und das Dämmelement 10 wärmedämmend. Dadurch wird ein Wärmeverlust in einer horizontalen Richtung auf einfache Weise vermieden. Zwischen den Verbundelementen 2 ist Erde als Speichermasse 5 vorgesehen, welche im Sommer überschüssige Wärme speichert und diese im Winter an ein Heizungssystem eines über dem Erdwärmespeicher 1 angeordneten Gebäudes abgeben kann. Zur Übertragung von Wärme sind üblicherweise den Erdwärmespeicher 1 durchziehende Soleleitungen 15 vorgesehen, welche hydraulisch mit einem Heizungssystem des Gebäudes verbunden sind.
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Wie ersichtlich ist eine Decke 3, welche einen Boden eines untersten Geschoßes des Gebäudes bildet, derart auf den Verbundelementen 2 angeordnet, dass eine Gewichtskraft der als Holzdecke ausgebildeten Decke 3 sowie von auf der Holzdecke befindlichen Gegenständen über die Verbundelemente 2 in den Untergrund geleitet wird. Die Verbundelemente 2 wirken dabei lastabtragend. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist etwa mittig unter der als Massivholzdecke ausgebildeten Decke 3 ebenfalls ein Betonelement positioniert, um eine Durchbiegung der Decke 3 zu vermeiden. Um einen Eintrag von Feuchtigkeit in die Holzdecke zu verhindern, ist zwischen der im Erdwärmespeicher 1 befindlichen Speichermasse 5 und der Holzdecke eine Abdichtungsschicht 19 vorgesehen, welche dampfundurchlässig ist. Diese dampfundurchlässige Abdichtungsschicht 19 ist auf einem Geotextil 18 positioniert, welches die Abdichtungsschicht 19 von der die Speichermasse 5 bildenden Erde trennt. Um die Verbundelemente 2 stabil und in einer definierten Ausrichtung zu positionieren, ist unter den Verbundelementen 2 eine untere Sauberkeitsschicht 13 aus verdichtetem Kies, Splitt oder dergleichen vorgesehen.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Erdwärmespeicher 1. Der dargestellte Erdwärmespeicher 1 ist ähnlich dem in 2 dargestellten aufgebaut, jedoch ist zusätzlich zwischen der Speichermasse 5 und dem Geotextil 18 eine obere Dämmschicht 16 vorgesehen, welche Glasschaum-Granulat enthält. Darüber hinaus ist eine Befestigungsschraube 22 für eine besonders gut kraftübertragende Verbindung zwischen der Massivholzdecke und dem Verbundelement 2 vorgesehen. Wie ersichtlich ist das Verbundelement 2 derart angeordnet, dass eine durchgehende seitliche Betonlage 7 von einem oberen Ende des Verbundelementes 2 zu einem unteren Ende des Verbundelementes 2 außenseitig am Erdwärmespeicher 1 angeordnet ist, sodass das Dämmelement 10 durch die durchgehende seitliche Betonlage 7 von einem den Erdwärmespeicher 1 umgebenden Erdreich 6 getrennt ist, während zwischen dem Dämmelement 10 und der Speichermasse 5 nur die Noppenfolie 11 vorgesehen ist. Dadurch wird eine besonders günstige Temperaturverteilung im Erdwärmespeicher 1 erreicht. Weiter ist ein Hohlraum 17 zwischen der Abdichtungsschicht 19 und der Decke 3 vorgesehen, in welchem Elektro- oder Installationsrohre 24 angeordnet sein können. Der Hohlraum 17 dient auch einer günstigen Temperaturverteilung im Erdwärmespeicher 1 sowie gleichzeitig einer optimalen Temperierung der als Holzdecke ausgebildeten Decke 3. In einem oberen Bereich sind wie dargestellt außenseitig an den Verbundelementen 2 zusätzliche Dämmelemente 10 vorgesehen, welche als Perimeterdämmung 23 wirken.
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4 zeigt einen weiteren Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Erdwärmespeicher 1 in isometrischer Ansicht. Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten Erdwärmespeicher 1 ist bei diesem Erdwärmespeicher 1 zusätzlich eine obere Sauberkeitsschicht 14 vorgesehen, welche zwischen der Speichermasse 5 und dem Geotextil 18 angeordnet ist. Weiter ist im Unterschied zu der in 3 dargestellten Ausführungsform vorgesehen, dass die obere Dämmschicht 16 zwischen der Abdichtungsschicht 19 und der Decke 3 angeordnet ist. 4 zeigt auch Soleleitungen 15, welche die Speichermasse 5 durchziehen und mit einem Heizungssystem des über dem Erdwärmespeicher 1 angeordneten Gebäudes verbunden sind. Ferner ist in der oberen Dämmschicht 16 eine Drainage 20 für eine Entwässerung vorgesehen.
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Weiter weist diese Ausführungsform eine durchgehende untere Sauberkeitsschicht 13 auf, welche die Speichermasse 5 von einem unter dem Erdwärmespeicher 1 angeordneten Erdreich 6 trennt. Über die untere Sauberkeitsschicht 13, welche üblicherweise aus Bruchsand, Splitt, Kies oder dergleichen besteht und verdichtet ist, ist eine Wärmeübertragung möglich, sodass auch ein unter der unteren Sauberkeitsschicht 13 befindliches Erdreich 6 zur Speicherung von Wärme genutzt werden kann. Dadurch ergibt sich bei Speicherung von Wärme in einer warmen Jahreszeit unter dem Gebäude ein sogenannter Wärmesee, in welchem Wärme im Erdreich 6 gespeichert ist, aus welchem Wärme in einer kalten Jahreszeit entnommen werden kann.
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5 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Erdwärmespeichers 1. Der dargestellte Erdwärmespeicher 1 weist wieder eine untere Sauberkeitsschicht 13 auf, in welcher Soleleitungen 15 angeordnet sind, welche mit einem Heizungssystem des Gebäudes in Verbindung stehen. Dadurch ist eine besonders effiziente Wärmespeicherung möglich. Üblicherweise ist die untere Sauberkeitsschicht 13 nur in jenen Bereichen verdichtet, in welchen Verbundelemente 2 für einen Lastabtrag auf der unteren Sauberkeitsschicht 13 positioniert werden, sodass sich unter den Verbundelemente verdichtete Bereiche 28 der unteren Sauberkeitsschicht 13 befinden. In Bereichen zwischen den Verbundelementen 2 ist ein Verdichten der unteren Sauberkeitsschicht 13 nicht zwingend erforderlich.
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6 zeigt einen Schnitt durch einen weiteren Erdwärmespeicher 1, welcher ähnlich dem in 5 dargestellten ausgebildet ist. Wie ersichtlich weist dieser Erdwärmespeicher 1 eine Decke 3 auf, welche als aus querverleimten Holzschichten bestehende Massivholzdecke ausgebildet ist, welche über ein als Befestigungsschraube 22 ausgebildetes Befestigungsmittel mit dem Verbundelement 2 verbunden ist. Dadurch ist einerseits eine stabile Lagerung der Decke 3 bzw. eines oberhalb des Erdwärmespeichers 1 angeordneten Gebäudes über die Verbundelemente 2 möglich. Gleichzeitig wird andererseits durch die Holzdecke eine besonders günstige Wärmeverteilung sowie Wärmespeicherung ermöglicht. Wie dargestellt sind auch hier in der unteren Sauberkeitsschicht 13 Soleleitungen 15 vorgesehen, welche unter der Speichermasse 5 angeordnet sind, um in der Speichermasse 5 gespeicherte Wärme dem Heizungssystem des Gebäudes zuzuführen bzw. eine Wärme aus dem Gebäude in den Erdwärmespeicher 1 einzubringen.
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Erdwärmespeichers 1 in isometrischer Ansicht. Auch dieser Erdwärmespeicher 1 weist eine untere Sauberkeitsschicht 13 mit Soleleitungen 15 auf, auf welcher Erde als Speichermasse 5 vorgesehen ist, in welcher weitere Soleleitungen 15 angeordnet sind. Unmittelbar auf der Speichermasse 5 ist ein Sand- oder Splittbett als obere Sauberkeitsschichte 14 vorgesehen, auf welcher ein Geotextil 18 mit einem Flächengewicht von etwa 300 g/m2 angeordnet ist. Auf dem Geotextil 18 sind Abdichtungsbahnen als Abdichtungsschicht 19 lückenlos verklebt, welche einen sd-Wert von 400 m aufweisen. Der sd-Wert gibt eine diffusionsäquivalente Luftschichtdicke an. Oberhalb der Abdichtungsschicht 19 ist ein Hohlraum 17 vorgesehen, in welchen Leitungen des Gebäudes geführt werden können. Weiter ist oberhalb der Leitungen die Massivholzdecke angeordnet, welche über die den Erdwärmespeicher 1 seitlich dämmenden und dichtenden Verbundelemente 2 getragen wird. Ferner ist in 7 eine Seitenwand 12 des Gebäudes dargestellt, welches über den Verbundelementen 2 positioniert ist. Für einen geringen Energieverbrauch des Gebäudes ist die Seitenwand 12 mit einer außenseitigen Seitenwanddämmung 4 versehen.
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8 zeigt ein Detail eines erfindungsgemäßen Erdwärmespeichers 1 in einer Schnittdarstellung. Wie ersichtlich ist die Holzdecke mit einer oberen Betonlage 8, welche das Dämmelement 10 an einer Oberseite 25 bedeckt, des Verbundelementes 2 durch ein als Befestigungsschraube 22 ausgebildetes Befestigungsmittel verbunden. Weiter ist ersichtlich, dass vertikal direkt über dem Verbundelement 2 eine Seitenwand 12 des Gebäudes vorgesehen ist, sodass eine Gewichtskraft der Seitenwand 12 direkt in das Verbundelement 2 eingeleitet und von diesem an einen Untergrund übertragen werden kann. Dies ermöglicht eine günstige Kraftübertragung, wodurch eine hohe Stabilität erreicht wird. Weiter ist die als Perimeterdämmung 23 dienende äußere Dämmung ersichtlich, welche das Verbundelement 2 in einem oberen Bereich sowie die als Holzdecke ausgebildete Decke 3 überdeckt. Die Seitenwand 12 des Gebäudes weist ebenfalls eine Seitenwanddämmung 4 auf. Zur Erhöhung einer Stabilität des Verbundelementes 2 ist in einem oberen Bereich des Verbundelementes 2 im Beton eine Bewehrung vorgesehen.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Erdwärmespeichers 1 wird in einem ersten Schritt eine Grube ausgehoben, wonach gegebenenfalls Soleleitungen 15 verlegt werden, welche in der unteren Sauberkeitsschicht 13 angeordnet sind. Anschließend wird die untere Sauberkeitsschicht 13, sofern eine solche vorgesehen ist, durch Einbringen von Kies, Splitt oder dergleichen in die Grube und Verdichtung dieses Materials gefertigt, wonach die vorgefertigten Verbundelemente 2 auf der unteren Sauberkeitsschicht 13 positioniert werden. Dabei werden die Verbundelemente 2 derart angeordnet, dass diese einen Raum seitlich einschließen, in welchem anschließend ein Erdreich 6 als Speichermasse 5 eingebracht wird, welches bei Bilden der Grube aus derselben entnommen wurde. Üblicherweise wird die Speichermasse 5 in einer horizontalen Richtung von Verbundelementen 2 eingefasst, sodass die wärmedämmende Schicht des Erdwärmespeichers 1 aus Verbundelementen 2 besteht.
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In einem nächsten Schritt wird ein Geotextil 18 auf die Speichermasse 5 gelegt, wonach eine dampfundurchlässige Abdichtungsschicht 19 durch Aufbringen von Abdichtungsbahnen auf das Geotextil 18 aufgebracht wird. Dadurch ist ein Feuchtigkeitstransport von der Speichermasse 5 in die Holzdecke vermieden. Gegebenenfalls wird eine obere Sauberkeitsschicht 14 und/oder eine obere Dämmschicht 16 gefertigt, wonach beispielsweise Rohre für spätere Installationen im Gebäude in einem Hohlraum 17 angeordnet werden.
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Abschließend wird die Decke 3, welche üblicherweise als Holzdecke ausgebildet ist, beispielsweise durch mehrere Massivholzplatten gefertigt, welche über die Verbundelemente 2 gelagert sind.
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Ein erfindungsgemäßer Erdwärmespeicher 1 ist besonders einfach herstellbar, da ein Betonieren vor Ort entfällt, weil vorgefertigte Verbundelemente 2, welche lastabtragenden Beton sowie ein Dämmelement 10 aufweisen, eingesetzt werden. Dadurch ist eine Herstellung des Erdwärmespeichers 1 auch bei einer kalten Außentemperatur möglich. Weiter ist dadurch eine schnelle Herstellung möglich. Darüber hinaus weist ein erfindungsgemäßer Erdwärmespeicher 1 einen geringen Betonanteil auf, wodurch eine günstige CO2-Bilanz erreicht wird. Eine Verbindung einzelner Verbundelemente 2 untereinander kann beispielsweise über Stahlstäbe erfolgen, sodass auch an Kontaktflächen zwischen zwei Verbundelementen 2 eine Dämmung und Abdichtung gewährleistet ist. Wenn die Decke 3 als Holzdecke ausgebildet wird, können besonders hohe Dämmstandards sowie eine günstige Oberflächentemperatur der Decke 3 auf einfache Weise erreicht werden, da im Erdwärmespeicher 1 Wärme im Wesentlichen nur in vertikaler Richtung übertragen werden kann, zumal die Speichermasse 5 seitlich durch Verbundelemente 2 gegenüber einem den Erdwärmespeicher 1 umgebenden Erdreich 6 gedämmt ist. Dadurch wird ein Wärmesee gebildet, welcher sich auch in ein unter der Speichermasse 5 angeordnetes Erdreich 6 erstreckt. In diesem sogenannten Wärmesee kann während der heißen Jahreszeit Wärme gespeichert werden, welche bei kalten Temperaturen aus dem Erdwärmespeicher 1 entnommen und in das Gebäude transportiert werden kann. Üblicherweise wird für eine Entnahme und/oder für eine Speicherung der Wärme eine Wärmepumpe eingesetzt, da die Speichermasse 5 in der Regel eine Temperatur von etwa 19°C aufweist.
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Durch ein Montieren von Verbundelementen 2 anstatt eines Betonierens einer entsprechenden Wand vor Ort ist eine Herstellung eines erfindungsgemäßen Erdwärmespeichers 1 auf einfache Weise, in kurzer Zeit sowie weitgehend von Außentemperaturen unabhängig möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013104365 U1 [0002]
