DE2803458A1

DE2803458A1 - Vorrichtung zur solaren erwaermung eines waermetraegermediums

Info

Publication number: DE2803458A1
Application number: DE19782803458
Authority: DE
Inventors: Uwe Hansen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-27
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1979-08-02

Description

Vorrichtung zur solaren Erwärmung eines Wärme träger-
mediums.
Die Erfindun betrifft eine Vorrichtung zur solaren Erwärmung eines Wärmeträgermediums, welche aus einer Anordnung von Rohrleitungen in frostfreier Tiefe im Erdreich besteht (Erdkollektor), welcher Erdkollektor über eine Wärmepumpe mit einem Verbraucher verbunden ist.
Es werden z.Z. zwei verschiedene Arten der Sonnenwärmegewinnung praktiziert. Die eine Art besteht in dem direkten Auffangen von Sonnenwärme durch Sonnenkollektoren, die dann von diesen in einen Wärmespeicher geleitet wird, wo sie bei Bedarf von dem Verbraucher abgerufen werden kann. Das Abrufen der so gewonnenen sonnenwärme kann überwiegend ohne Zwischenschaltung einer Wärmepumpe erfolgen, da die hier erzielbaren Temperaturen die Verbraucherbetriebstemperaturen über schreiten. Ein problem hierbei ist die möglichst verlustarme Speicherung der Wärme in den Speichern.
Die andere Art besteht darin, mittels Erdkollektoren die durch Sonnenenergie bedingte Wärme des Erdreiches zu Prewinnen, welches einerseits durch direkte Sonnenbestrahlung der Erdoberfläche erwärmt wird, und andererseits durch das von Sonnenstrahlun; und Umgebungstemperatur während des Niederschla'es erwärmte Regenwasser, welches die aufgenommene Wärme beim Einsickern in das Erdreich an dieses abgibt.
Da dies Erdreich selbst eine sehr gute Wärmespeichermasse bildet, ist zwar kein zusätzlicher Wärmespeicher erforderlich, aber da die sonnenbestrahlung das Erdreich bei weitem nicht so stark erwärmt, daß die Verbraucherbetriebstemperaturen erreicht werden, ist die Zwischenschaltung einer Wärmepumpe, die ja Betriebsenergie benötigt, unerläßlich.
Die bekannten Erdkollektoren bestehen aus einem in frostfreier Tiefe im Erdreich waagerecht nnd flächenartig verlegten Rohrsystem.
Da die Temperaturen im Erdreich relativ niedrig und darüberhinaus die Wärmeleitfähigkeit des Erdreiches ja bekanntlich sehr gering ist, mußte zur Gewährleistung einer möglichst großen Wärmeaufnahme die Durchflußgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums durch die Rohrleitungen des Erdkollektors sehr gerin gewählt werden, und andererseits mußten die flächenartigen Ausmaße des grdkollektors so groß gewählt werden, daß bis auf wenige Einzelfälle die Anwendung dieser Erdkollektoren an dem benötigten Elächenbedarf scheiterte.
Aufgabe der Erfindun war es daher, einen rrdkollektor zu schaffen, der bei gleichem Wirkungsgrad mit geringerem @lächenbedarf ausk@mmt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohrleitungen des Erdkollektors in einem bestimmten Abstand Zueinander so E-ewickelt sind, daß sie, vorzuesweise einlagig, einen Innenraum schalenartig umgeben, und daß dieser Innenraum mit einer Wärmespeichermasse, vorzugs weise Erde, ausgefüllt ist. tNan verlegt also um den Erdoberflächenbedarf zu verriniern, einen Teil der Erdkollektorrohrleitun in tieferes Erdreich, und zwar so, daß oftmals der untere Teil der rrdkollektorschale in den Grundwasserbereich eindringt. Da das Grundwasser eine Temperatur aufweist, die oberhalb der niedrigsten Nutztemperatur der Wärmepumpe liegt, kann dieses bei dem erfindungsgemäßen Speicheraufbau zusätzlich zur Wärmegewinnung verwendet werden. Hinzu kommt, daß Grundwasser in der Regel fließt, so daß die untere Erdkollektorschale in einem Grundwasserstrom liegt, der ständig frisches Grundwasser zui Erdkollektor führt, unci das Grundwasser, dem die Wärme bereits entzogen ist, weitertransportiert.
Wünschenswert wäre jedoch darüberhinaus die ideale Anlage zur Sonnenwärmegewinnung, also eine Anlage, die ohne Verluste arbeitet, d.h. daß die Wärmespeicherverluste bei einer Sonnenkollektoranlage, und die Betriebsenergie für eine Wärmepumpe bei einer Erdkollektoranlage-vermieden werden. Zur weitgehenden Vermeidung der Verluste sowohl bei der Sonnenkollektoranla@e mit einem Wärmeerdspeicher als auch bei der erfindungsgemäßen Erdkollektoranlage wird in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Wärmeerdspeicher im Innenraum, vorzugsweise im Zentrum des Erdkollektors angeordnet ist, und daß dre Wärmeerdspeicher über eine separate Verbindungsleitung ebenfalls mit dem TTerbraucher verbunden ist.
Auf diese Weise ergibt sich einerseits die Möglichkeit aus dem Wärmeerdspeicher der Sonnenkollektoranlage solange - und zwar ohne Wärmepumpe - Wärme zu entnehmen, wie die Speicherwärmetemperatur oberhalb der Verbrauchernutzwärme temperatur liegt. Andererseits werden die entstehenden Wärmeverluste des Wärmeerdspeichers von dem diesen umgebenden Erdkollektor aufgenommen, und über die Wärmepumpe als Nutzwärme dem Verbraucher zugeführt. Darüberhinaus ergibt sich noch der Vorteil, daß die Speicherwärme des Wärme erdspeichers in den Jahreszeiten, in denen sie die Temperatur der Verbrauchernutzwärme nicht erreicht, und daher nicht als Nutzwärme direkt entnommen werden kann, als "Speicherverlustwärme" abgegeben und zusätzlich von dem Erdkollektor aufgefangen unn so indirekt als Nutzwärme über aie ärmepumpe dem Verbraucher zugeführt werden kann. Die Temperatur dieser Speicherverlsutwärme liegt höher als die Temperatur des Erdreiches und des Grundwassers und wird zudem ständig dem Erdreich über den Sonnenkollektor und dem Wärmeerdspeicher neu zugeführt, so daß dadurch der Wirkungsgrad der Wärmepumpe verbessert wird.
Die Erfindung wird anhand des gezeichneten Ausführungsbeispiels erläutert.
In der Figur ist mit 1 der Erdkollektor bezeichnet, dessen RohrleitunD 2 so gewickelt ist, daß der Innenraum 3 vollständig umschlossen ist. Der Erdkollektor 1 ist über die Verbindungsrohrleitung 4 mit der Wärmepumpe 5 und diese wiederum über eine weitere Verbindungsrohrleitung 6 mit dem Verbraucher 7 verbunden.
Der Sonnenkollektor 8 ist strömungsmäßig durch die Rohrleitungen 9 mit dem Wärmeerdspeicher 1o verbunden, der in dem Innenraum 3 des Erdkollektors 1 angeordnet ist. Der übrige Raum zwischen dem Wärmeerdspeicher 1o und dem Erdkollektor 1 ist mit Erdreich als Wärmespeichermasse ausgefüllt. Der Wärmeerdspeicher 1o ist über die Verbindungsrohrleitungen 11 mit dem Verbraucher 7 verbunden.
Mit 12 ist die Erdoberfläche und mit 13 die Sonne bezeichnet.
Bei der Erdkollektoranlage wird das Erdreich, das als Wärmespeichermasse dient, durch Bestrahlen der Erdoberfläche 12 durch die Sonne 3, direkt erwärmt, während bei der Sonnenkollektoranlage von der Sonne 13 in dem Sonnenkollektor 8 ein Wärmetransportmedium erwärmt wird, das die Wärme dann an die Wärmespeichermasse des Wärmeerdspeichers 1o abgibt.
Aus beiden Anlagen wird die Wärme stets nacheinander entnommen. Da ja über die sonnenkollektoranlage höhere Temperaturen gespeichert werden können, wird zunächst von dem Wärmeerdspeicher lo so lange Wärme dem Verbraucher 7 zugeführt, bis die Temperatur der in dem Wärmeerdspeicher lo gespeicherten Wärme unter die Nutztemperatur des Verbrauchers 7 absinkt. In diesem Moment wird auf die Erdkollektoranalge umgeschaltet, die dem Erdreich über den Erdkollektor 1 Wärme entzieht und über die Wärme pumpe 5 dem Verbraucher 7 zuführt, und zwar nur so lange, bis die Temperatur der in dem Wärmespeicher 1o gespeicherten Wärme die Nutztemperatur des Verbrauchers 7 wieder übersteigt.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur solaren Erwärmung eines Wärmeträgermediums, welche aus einer Anordnung von Rohrleitungen in frostfreier Tiefe im Erdreich besteht (2rdkollektor), welcher Erdkollektor über eine Wärmepumpe mit einem Verbraucher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (2) des Erdkollektors (1) in einem bestimmten Abstand zueinander so gewickelt sind, daß sie, vorzugsweise einlagig, einen Innenraum (3) schalenartig umbebens und daß dieser Innenraum (3) mit einer Wärmespeichermasse, vorzugsweise rde, ausgefüllt ist.
2) Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem außerhalb des Erdreiches befindlichen Sonnenkollektor, welcher mit einem Wärmeerdspeicher strömungsmäßig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeerdspeicher (lo) im Innenraum (3), vorzugsweise im Zentrum des Erdkollektors (1) angeordnet ist, und daß der Wärmeerdspeicher (10) über eine separate Verbindungsleitung (11) ebenfalls mit dem Verbraucher (7) verbunden ist.