DE2621819A1

DE2621819A1 - Waermespeicher

Info

Publication number: DE2621819A1
Application number: DE19762621819
Authority: DE
Inventors: Artus Feist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1976-05-17
Publication date: 1977-12-01
Also published as: AT371584B; LU77327A1; DE2621819B2; NL7705247A; FR2352255A2; IT1117672B; GB1563076A; CH621621A5; BE854515R; ATA299977A; FR2352255B2

Description

Diving. E. BERKENFCLC · Dipping. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen ΙΌ I I O I^

zur Eingabe vom *f 5. Mai 1976 VA. Name d. Anm. ArtUS Feist

Wärmespeicher

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit einer im Erdreich angeordneten und eine W wärmespeicherfähige Masse von oben und den Seiten umschließende Glocke aus wärmeisolierendem Material, mit einem in die Glocke eingeführten und an den Wärmeenergieempfänger angeschlossenen primären Rohrkreis und mit einem ebenfalls in die Glocke eingeführten und an den Wärmeenergieverbraucher angeschlossenen sekundären Rohrkreis.

Im Zuge der Bemühungen um eine bessere Ausnutzung der Energiequellen und zum Erschließen von bisher nicht oder nur mit geringem Wirkungsgrad nutzbaren Energiequellen ist man erneut auf die von der Sonne abgegebene Strahlungsenergie gestoßen. Diese wird mit Sonnenkollektoren aufgefangen. Mit dieser Energie wird ein flüssiges Medium, im technologisch einfachsten Fall Wasser, aufgeheizt. Die Betriebskosten eines Sonnenkollektors liegen niedrig. Die Schwierigkeiten liegen jedoch darin, daß die Menge der einfallenden Sonnenenergie im täglichen und im jahreszeitlichen Rhythmus stark schwankt und sich nie mit dem jeweiligen Bedarf deckt. Damit benötigt man Wärmespeicher. Bekannt sind Wärmespeicher auf chemischer Grundlage, Wärmespeicher, in denen Energie in Form von Heißwasser gespeichert wird, und auch Wärmespeicher, bei denen einfaches Erdreich als Speichermedium verwendet wird. Erdreich bietet sich als Speichermedium an, da es praktisch kostenlos zur Verfügung steht und seine Wärmekapazität bei etwa dem 1,8-fachen der Wärmekapazität von Wasser liegt.

Solche für das Beheizen von Häusern bestimmte Erd-Wärmespeicher werden im Garten oder einfach in der Umgebung des zu beheizenden Hauses angelegt. Aus vielen Gründen, unter anderem wegen schlechter Isolation und wegen eines geringen Wirkungsgrades beim Übergang der Wärme in den Speicher und aus dem Speicher, verlangen die bekannten Erd-Wärmespeicher ein hohes Volumen. Entsprechend muß viel Erdreich zum Absenken und Einbauen der verschiedenen Installationen ausgehoben werden. Dies verlangt seinerseits hohe

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Kosten. Es kommt hinzu, daß die Fläche des ein Haus umgebenden verfügbaren Erdreiches bzw. das zu einem Haus gehörende Grundstück begrenzt ist. Mit den bekannten Erd-Wärmespeichern ist somit eine Speicherung der Sonnenenergie vom Zeitpunkt des größten Wärmeeinfalls im Sommer bis zum Zeitpunkt des höchsten Verbrauchs im Winter nur mit hohen Kosten oder überhaupt nicht möglich. Damit muß auf eine Beheizung eines Hauses mit Sonnenenergie vollständig verzichtet werden oder diese kann nur als Zusatz zu einer Beheizung mit anderen Energien, wie Kohle, Gas usw., verwendet werden.

Ein Wärmespeicher der im ersten Absatz beschriebenen Gattung wurde bereits vorgeschlagen. Zu seinem Bau werden der primäre und der sekundäre Rohrkreis in Schleifen gelegt. Diese Schleifen beider Rohrkreise werden auf einer gemeinsamen Trägerplatte nebeneinander angeordnet. Dann wird das Erdreich an mehreren das zu beheizende Haus umgebenden Stellen schlitzförmig ausgehoben. Vier solcher Schlitze sind in sich geschlossen. In sie wird das die Wände der Glocke bildende wärmeisolierende Material abgesenkt. Innerhalb dieser Glockenwand liegen unter gegenseitigem Abstand weitere Schlitze. In diese werden die die beiden Rohrkreise tragenden Trägerplatten abgesenkt. Das ganze wird mit dem die Decke der Glocke bildenden wärmeisolierenden Material abgedeckt und weiteres Erdreich aufgeschüttet. Zum Bau dieses Wärm·Speichers braucht man daher lediglich das Erdreich an mehreren Stellen von oben aufzuschlitzen und die Wärmeisolation und die Trägerplatten abzusenken. Dies ist ein einfaches Verfahren und mit Spezialbaggern leicht durchzuführen. Das Abdecken der mit dem wärmeisolierenden Material und den Trägerplatten gefüllten Schlitzen mit weiterem wärmeisolierenden Material bereitet überhaupt keine Schwierigkeiten. Dieser Einfachheit beim Bau steht als gewisser Nachteil die fehlende Isolation an der Unterseite der Glocke entgegen. Hier kann Wärme in das umgebende Erdreich abströmen. Hierzu muß die Wärme in Abwärtsrichtung über die unteren Enden der Glockwände hinaus nach unten wegflließen. Da sich Wärme nur nach oben fortpflanzt und dieser Wärmeabfluß nach unten nur bei einem thermisch vollgeladenen Wärmespeicher auftritt, ist der Wärmeabfluß gering. Trotzdem kann er in absoluten Zahlen gemessen merk-

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bare Beträge annehmen. Die hierdurch entstehenden Verluste glefcht man durch mehr oder größere Glocken aus. Der vorgeschlagene Wärmespeicher ist daher in allen solchen Fällen ideal, in denen genügend Fläche zum Bau von Glocken bzw. Ausheben von Schlitzen zur Verfügung steht und geringe Wärmeverluste während des Betriebes in Kauf genommen werden können.

Beim Bau eines Hauses in einem schon dicht besiedelten Gebiet steht jedoch nur wenig freie ft· Fläche zur Verfügung. Entsprechend sind die Zahl und das Volumen der Glocken begrenzt. Daraus folgt der Wunsch nach einem nur vernachlässigbar geringe Verluste aufweisenden Wärmespeicher. Beim Bau eines Hauses in einem dicht besiedelten Gebiet wird man häufig eine den unmittelbaren Grundriß des Hauses übersteigende Baugrube ausheben müssen, um Schutt und Mauerreste früherer Gebäude zu beseitigen. Damit stellt sich die Aufgabe, den vorgeschlagenen Wärmespeicher dahingehend weiter zu entwickeln, daß er gegebenenfalls unter Inkaufnahme größerer Ausschachtungsarbeiten bei seinem Bau im Betrieb einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei dem vorgeschlagenen Wärmespeicher nach der Erfindung dadurch, daß die Glocke an ihrem unteren Ende durch einen Boden aus wärmeisolierendem Material verschlossen und der primäre Rohrkreis über dem Boden der Glocke und der sekundäre Rohrkreis unter deren Decke durch diese durchgeführt ist.

Mit dem Boden aus wärmeisolierendem Material wird jegliche Wärmeabströmung nach unten vermieden. Daraus ergeben sich geringe Verluste und ein entsprechend hoher Wirkungsgrad. Das Verlegen dieses Bodens erfordert natürlich den Aushub einer entsprechend großen Grube. Wie ausgeführt, wird eine solche Grube schon aus anderen Gründen ausgehoben. Damit bedingt sie keinen zusätzlichen Arbeits- und Kostenaufwand.

Erfindungsgemäß befindet sich der primäre Rohrkreis im unteren und der sekundäre Rohrkreis im oberen Teil der Glocke. Damit wird die von unten eingeleitete Wärme naturgegeben nach oben bis zur

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Decke der Glocke wandern und dort stauen. Entsprechend liegt der sekundäre Rohrkreis immer im wärmsten Bereich der Glocke. Damit wird auch die letzte zum Beispiel am Ende einer Winterperiode gespeicherte Wärme sicher aus dem Wärmespeicher abgeführt.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Wärmespeichers ist somit sichergestellt, daß die Wärme ohne zusätzlichen Bauaufwand sowohl ohne Verluste gespeichert als auch bis zum letzten Rest aus dem Wärmespeicher abgeführt werden kann.

Zum Vereinfachen &r Konstruktion ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen, daß sowohl der primäre als auch der sekundäre Rohrkreis in je einer Ebene scheibenförmig in der Glocke verlaufen. Dabei sind der primäre und der sekundäre Rohrkreis auf Je einer Trägerplatte angeordnet. Hierzu können die beiden Rohrkreise jeder für sich auf Baustahlgewebematten, Maschendraht oder andere Träger aufgebracht und gegebenenfalls in Beton vergossen werden. Ebenso kann auch ein Gerüst aus Latten oder Leisten gebildet und die die Rohrkreise bildenden flexiblen Rohre oder Schläuche an diesen mit Klemmbügeln oder Clips befestigt werden.

Erfindungsgemäß sind beide Rohrkreise spiralförmig gewickelt und in dieser Form auf, mit oder in der Trägerplatte befestigt.

Diese Spiralform der beiden Rohrkreise ermöglicht ein eindeutiges räumliches Zuordnen des heißen Vorlaufes und kalten Rücklaufes zu einer bestimmten Stelle innerhalb der Glocke. Dabei ist davon auszugehen, daß eine zentrisch in der Glocke liegende Stelle stärker als die Bereiche am Umfang der Glocke isoliert sind. Während die Umfangsbereiche lediglich durch das den Glockenmantel bildende wärmeisolierende Material von dem umgebenden Erdreich isoliert werden, kommt für die zentrisch in der Glocke liegenden Stellen noch die Isolation durch die in dieser befindliche wärmespeicherfähige Masse hinzu.

Zum Ausnutzen dieses Effektes ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen, daß der vom Wärmeenergieempfänger kommende heiße Strang des primären Rohrkreises in die Mitte der spiralför-

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migen Wicklung einläuft und deren äußere Wicklung zum kalten Einlaufende des Wärmeenergieempfängers führt. Damit wird die kostbare Wärme an der Stelle größter Isolierung eingeführt. Von einer mittleren Stelle über dem Boden ausgehend wird die Wärme nach oben wandern und die wärmespeicherfähige Masse dort am stärksten aufheizen. In Richtung auf die weniger isolierten Umfangsbereiche fällt die Temperatur ab. Damit sinkt die vom Temperaturunterschied abhängige Wärmeabströmung durch den Mantel der Glocke. Damit ä sinken die Verluste und steigt der Wirkungsgrad des Wärmespeichers.

Zum weiteren Ausnutzen des genannten Effektes wird auch der sekundäre Rohrkreis in bestimmter Weise mit dem Wärmeenergieverbraucher verbunden. Im einzelnen ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der zum Vorlauf des Wärmeenergieverbrauchers führende heiße Strang des sekundären Rohrkreises von der Mitte von dessen spiralförmiger Wicklung ausgeht und dessen äußerer' Wicklung mit dem kalten Rücklaufende des Wärmeenergieverbrauchers verbunden ist. Damit wird dieser von der warmen Mitte aus beschickt,und er erhält immer die maximal verfügbare Temperatur.

Erfindungsgemäß kann die Glocke mit jeder wärmespeicherfähigen Masse angefüllt sein. Hierzu bieten sich das beim Ausschachten gewonnene Erdreich, hierbei anfallender Schutt, Mauerreste, Betonbrocken, neu anzusetzender Mörtel, Sand, Kies und jegliches Material an, das niedrige Kosten mit hoher Wärmespeicherfähigkeit verbindet.

Die Glocke kann jede geometrische Form aufweisen. Zweckmäßig sind eine quadratische oder eine zylindrische Form. Unter Umständen wird man sich auch an den Grundriß der aus anderen Gründen ausgehobenen Baugrube richten.

Das Volumen der Glocke hängt von der gewünschten Speicherfähigkeit und dem verfügbaren Raum ab. Als Anhalt sei gesagt, daß der Durchmesser oder die Kantenlänge einer Glocke bis zu etwa 6 bis 7 m betragen kann und ihre Höhe im Bereich von etwa 2,80 bis 8 m liegen mag.

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Im Betrieb des erfindungsgemäßen Wärmespeichers wird die zum Beispiel mit einem Sonnenkollektor aufgefangene Strahlungsenergie der Sonne bei einer Temperatur irgendwo im Bereich von 50° bis zum Siedepunkt des Wassers über den primären zum Beispiel von Wasser durchflossenen Rohrkreis in die Wärmespeicherfähige Hasse eingeleitet. Entlang des primären Rohrkreises geht die Wärme in die wärmespeicherfähige Hasse über und heizt diese auf. Die Aufheizung erfolgt innerhalb des von der Glocke umschlossenen Volumens. Dieses liegt in der Größenordnung von wenigen bis zahlreichen Kubikmetern. Im Idealfall wird die wärmespeicherfähige Hasse bis auf die höchste Temperatur des primärren Rohrkreises aufgeheizt. Die dabei gespeicherte Energie wird von dem sekundären Rohrkreis bei Bedarf abgenommen. Beide Rohrkreise weisen Hähne oder Ventile auf und werden Je nach Sonneneinfall und Wärmeverbrauch geöffnet oder geschlossen. Am Ende einer Heizperiode in den späten Wintermonaten ist die Temperatur innerhalb der Glocke stark abgesunken. Bei einer nur gering über der Umgebungstemperatur liegenden Temperatur läßt sich Energie über eine Wärmepumpe entnehmen.

Am Beispiel der in der Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein Querschnitt durch den Wärmespeicher mit Aufsicht auf den spiralförmig gewickelten primären Rohrkreis und

Fig. 2 ein Vertikalschnitt durch den Wärmespeicher.

Fig. 1 zeigt den aus wärmeisolierendem Haterial bestehenden Hantel 12 der Glocke. Im gezeigten Beispiel hat er quadratischen Grundriß. Er wird von Erdreich 14 umgeben. Im Hantel 12 verläuft in einer Ebene der spiralförmig gewickelte primäre Rohrkreis 16. Sein zentrisch liegeneder Einlauf 18 ist an das heiße Vorlaufende 20 des Wärmeenergieempfängers 22 angeschlossen. Die außen- ; liegende Wicklung 24 des primären Röhrkreises 16 führt zum kalten Einlaufende 26 des Wärmeenergieempfängers 22.

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Nach der Darstellung in Fig. 2 ist der Mantel 12 unten durch einen Boden 28 und oben durch eine Decke 30 abgeschlossen. Innerhalb der dadurch gebildeten Glocke befindet sich die wärmespeicherfähige Masse 32. Die Figur 2 zeigt weiter den schon erläuterten primären Rohrkreis 16. Dessen Wicklungen werden durch die kleinen Kreise angedeutet, die jeweils den Schnitt durch ein flexibles Rohr oder einen Schlauch darstellen. Im gezeigten Beispiel liegt dieser Schlauch in einer Betonplatte. In den Mittelpunkt dieser Platte läuft der Einlauf 18 ein. Kurz unterhalb der Decke 30 befindet sich der ebenfalls spiralförmig gewickelte sekundäre Rohrkreis 34. Von seiner Mitte geht der zum Vorlauf 36 des Wärmeenergieverbrauchers führende heiße Rohrstrang 38 ab. Nach der Darstellung in Fig. 2 liegt der Wärmespeicher unter einer Erdschicht 14, die ihrerseits mit Gras 40 bewachsen ist oder auch betoniert, geplattet oder auf andere Weise abgedeckt oder auch frei verbleiben kann.

Patentansprüche ;

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

)Wärmespeicher mit einer im Erdreich angeordneten und eine wärmespeicherfähige Masse von oben und den Seiten umschließende Glocke aus wärmeisolierendem Material, mit einem in die Glocke eingeführten und an den Wärmeenergieempfänger angeschlossenen primären Rohrkreis und mit einem ebenfalls in die Glocke eingeführten und an den Wärmeenergieverbraucher angeschlossenen sekundären Rohrkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke an ihrem unteren Ende durch einen Boden (28) aus wärmeisolierendem Material verschlossen und der primäre Rohrkreis (16) über diesem Boden (28) und der sekundäre Rohrkreis (34) unter der Decke (30) der Glocke durch diese durchgeführt ist.
2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre und der sekundäre Rohrkreis (16, 34) in je einer Ebene scheibenförmig in der Glocke verlaufen.
3. Wärmespeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre und der sekundäre Rohrkreis (16, 34) auf je einer Trägerplatte angeordnet sind.
4. Wärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre und der sekundäre Rohrkreis (16, 34) spiralförmig gewickelt und in dieser Form auf, mit oder in der Trägerplatte befestigt sind.
5. Wärmespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Wärmeenergieempfänger (22) kommende heiße Strang (18) des primären Rohrkreises (16) in die Mitte von dessen spiralförmiger Wicklung einläuft und deren äußere Wicklung zum kalten Einlaufende (26) des Wärmeenergieempfängers (22) führt.
6. Wärmespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Vorlauf des Wärmeenergieverbrauchers führende heiße Strang (38) des sekundären Rohrkreises (34) aus der Mitte von

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ORIGINAL INSPECTED

dessen spiralförmiger Wicklung abgeht und deren äußere Wicklung mit dem kalten Rücklaufende des Wärmeenergieverbrauchers verbunden ist.
7. Wärmespeicher nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke mit Erdreich gefüllt ist.
8. Wärmespeicher nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke mit einer Masse (32) mit hoher Wärmekapazität gefüllt ist.
9. Wärmespeicher nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke zylindrische Form hat.
10. Wärmespeicher nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke quadratische Form hat.
11. Wärmespeicher nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke einen Durchmesser oder eine Kantenlänge von etwa 6 bis 7 m hat.
12. Wärmespeicher nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke eine Höhe von etwa 2,50 bis etwa 8 m hat.

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