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Bauelement für Raumumschl ießungsflächen
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von Gebäuden Die Erfindung betrifft ein Bauelement für RaumumschlieBungsflächen
von GebAuten, bestehend aus einem durch einen Wärmeerzeuger aufheizb'ãren Wärmespeicherteil
mit einer dem Gebäuderaum zugekehrten uärmeabgabe£§higen Innenseite und aus einer
wärmeisolierenden Ummantelung wenigstens auf der dem Gebäuderaum abgekehrten Außenseite
des Wärmespeicherteils.
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In der neuzeitlichen Klima- und Heizungstechnik wird mit dem Ziel,
Primärenergie einzusparen, immer häufiger angestrebt, im Jahreslauf an möglichst
vielen Stunden und Tagen der üblichen Heizung mit fossilen Brennstoffen verfügbare
Umeeltwärme hinzuzufügen, beispielsweise durch Sonnenkollektoren, die aus Solarenergie
direkt nutzbare Wärme erzeugen, oder durch Wärmepumpen, die indirekt Solarenergie
oder Energie aus anderen natürlichen Wärmequellen auf ein brauchbares lemperaturniveau
anheben und für Raumheizungszwecke ausnutzen.
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Insbesondere bei der Nutzung von Solarenergie besteht das Problem,
daß die Verfügbarkeit der Solarenergie zur Raumheizung meistens nicht mit dem wärmebedarf
von Räumen zeitlich zusammenfällt; es stellt sich daher die Notwendigkeit, Solarenergie
zu Tageszeiten, an denen sie jeweils verfügbar ist, in geeigneten Wärmespeichern
zu speichern, um die gespeicherte Wärme mit zeitlicher Verschiebung an den zu beheizenden
Raum abzugeben. Für eine solche Speicherung von Solarenergie
für
Raumheizungszuecke ist aus der DE-OS 26 31 417 ein Bauelement der eingangs genannten
Art bekannt, bei dem auf der Außenseite einer wärmespeicherfähigen Speicherschicht
eine durch Sonnenbestrahlung ervärmbare Absorptionsschicht angeordnet ist und zvischen
der Absorptionsschicht und der Speicherschicht eine Wechselschicht liegt, die in
einen die Absorptionsschicht mit der Speicherschicht wärmeleitend verbindenden Zustand
oder in einen die Absorptionsschicht und die Speicherschicht gegeneinander wärmeisolierenden
Zustand veränderbar ist. Aufgrund der direkten Anordnung der als Wärme erzeuger
aus Solarenergie wirkenden kollektorartigen Absorptionsschicht auf der Außenseite
des Bauelementes eignet sich dieses Bauelement nur für Außenflächen von Gebäuden,
und zwar nur für solche Gebäudeaußenflächen, die einer möglichst großen Sonneneinstrahlung
ausgesetzt sind. Zwar kann mittels der Wechsel schicht, die im wärmeisolierenden
Zustand einen RUckfluß von Speichervärme aus der Speicherschicht in die Absorptionsschicht
verhindert, auch das Ausmaß der Wärmeableitung von der Absorptionsschicht in die
Speicherschicht und damit der Vorgang der Speicherung von Wärme durch Laden der
Speicherschicht gesteuert werden. Das Laden der Speicherschicht erfolgt jedoch immer
von der mit der Absorptionsschichtduich die Wechsel schicht wärmeleitend verbindbaren
Allßenseite der Speicherschicht her, wonach sich die gespeicherte Wärme von außen
nach innen durch die gesamte Dicke der Speicherschicht fortpflanzen muß. Von der
Güte der Speicherschicht, namentlich von der Wahl der Herstellungsdicke und des
Herstellungsmaterials, hängt es dann ab, ob das Tempera-
turmaximum
an der dem Gebäuderaum zugekehrten wärmeabgabefähigen Innenseite der Speicherschicht
beispielsveise eine halbe Stunde oder fünfzehn Stunden später auftritt als auf der
Außenseite des Bauelementes. Diese zeitliche Verzögerung zvischen dem Laden an der
Außenseite und dem Entladen an der Innenseite der Speicherschicht liegt durch die
Beschaffenheit-des Bauelementes fest. Deshalb kann mit diesem Bauelement noch nicht
der veitere Wunsch erfüllt werden, die jeweilige Verfügbarkeit von Umwe1twrme mit
dem jeweiligen@ Raumwärmebedarf in Einklang zu bringen.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein nicht nur für
Gebäudeaußenflächen, die der Sonne zugekehrt sind, sondern auch für andere RaumumschließungsflAchen
von Gebäuden verwendbares Bauelement zu schaffen, welches die von irgendeinem Wärmeerzeuger
zu bestimmten Zeiten des Tayesablaufs mit bestmöglichem Wirkungsgrad aus Umveltvärme
nutzbar gemachte Wärmeenergie dynamisch- speichert und an den zu beheizenden Raum
wieder abgibt, d. h. einen zeitlich veränderbaren Ablauf des Ladens und Entladens
eines möglichst großen teils von verfügbarer Umweltwärme ermöglicht. Diese Aufgabewird
ausgehend von einem Bauelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der
Wärmespeicherteil mehrere von einem Wärmeträgermedium des Wärmeerzeugers durchströmbare
und mit Kreislaufleitungen des Wärmeerzeugers verbindbare W.§rmetauscherelemente
aufweist, die den Wärmespeicherteil in von dessen Innenseite zur Außenseite hintereinander
liegen-
den Ebenen durchdringen und zum Hindurchleiten des Wärme
trägermediums durch das Wärmetauscherelement einer vorbestimmten Ebene separat ste«
bar sind. Dieses als dezentraler dynamischer Wärme speicher zur Raumbeheizung in
beliebiger Größe und Anzahl verwendbares Bauelement, welches beispielsweise über
kreisläufe von flüssigkeitsgekühlten Kollektoren oder von einer Wärmepumpe, die
Sonnenstrahlungswärme oder andere Umweltwärme ausnutzt, aufgeheizt werden kann,
ermöglicht es, den zeitlichen Verlauf und die Intensität der Aufnahme von nutzbar
gemachter Umweltwärme aus dem Wärmeerzeuger und Abgabe von Speicherwärme an den
Gebäuderaum in großer Variationsbreite zu verändern und den im Jahresablauf und
TagesablauP unterschiedlichen klimatischen Außenverhäl tnissen und Raumheizungsanforderungen
anzupassen. Beispielsveise kann Speicherwärme, die erst nach etlichen Stunden an
den Raum abgegeben werden soll, in den Wärmespeicherteil im Bereich seiner dem Gebäuderaum
abgekehrten Außenseite eingeleitet werden, oder kann Speichervärme, die schon kurze
Zeit nach der Aufnahme vieder abgegeben verden soll, in den Wärmespeicherteil im
Bereich seiner dem Gebäuderaum zugekehrten Innenseite eingeleitet werden. Durch
gesteuertes Einleiten von Speicherwärme in ausgewählte mehrere Ebenen des Wärme
speicherteils kann der zeitliche Verlauf des inneren ther mischen Ausgleichs im
Speicherteil und der zeitliche Temperaturverlauf an der wärmeabgabefähigen Innenseite
des Wärme speicherteils verschiedenartig beeinflusst werden. Beispielsveise kann
die Steuerung so erfolgen, daß in kürzerem Zeitabstand nach dem Laden des Speicherteils
eine Abgabe von
Speicherwärme, die an oder nahe seiner Innenseite
eingeleitet wurde, mit geringerer Intensität einsetzt und daß zeitlich nachfolgend
SpeichervArme, die in tiefere Ebenen bzv.
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Schichten des Speicherteils eingeleitet vurde und sich nach einem
längeren Zeitabstand zur Innenseite des Speicherteils fortgepflanzt hat, zur Raumbeheizung
mit z. B. gleicher oder höherer Intensität abgegeben uird Vorteilhafterweise weist
der Wärmespeicherteil mehrere von seiner Innenseite zur Außenseite hintereinander
liegende und in Abständen voneinander angeordnete, gut wärmeleitende Schichten auf,
die je von einem W§rmetauschertement, beispielsveise von gleichmäßig in der jeveiligen
Schicht verteilten Rohren durchdrungen sind. Diese Schichten ermöglichen einen intensiveren
Wärme austausch vom Wärmeträgermedium über das Wärmetauscherelement zu den Schichtgrenzen
der dazvischenliegenden weniger wärmeleitfähigen und höher värmespeicherfähigen
Schichten des Wärmespeicherteils, velche ggf. aus unterschiedlichen Werkstoffen
mit unterschiedlichen Wärme leiteigenschaften und Wärmespeichereigenschaften bestehen
können, beispielsveise aus festen oder zähflüssigen Werkstoffen. Eine besonders
vorteilhafte Ausgestaltungsform des Eauelementes besteht darin, daß auf der Innenseite
des Wrmespeicherteils ein Raumheizkörperelement angeordnet ist, das zum Aufheizen
durch den Wärmespeicherteil wärmeleitend mit dessen Innenseite verbunden ist sowie
zum direkten Hindurchleiten des Wärmeträgermediums mit einer Kreislaufleitung des
Wärmeerzeugers verbindbarb steuerbare Anschlüsse aufweist.
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Auf diese Weise ist es möglich, aus dem Wärmeerzeuger verfügbare Wärme
anstelle oder parallel zu einer Speicherung im Wärmespeicherteil direkt in das Raumheizkörperelement
einzuleiten und unmittelbar ohne zeitliche Phasenverschiebung zur Wärmeerzeugung
bereits zur Raumheizung auszunutzen. Vorzugsweise kann das Raumheizkörperelement
weiterhin Anschlüsse zum Hindurchleiten eines Heizmediums einer Primär-Heizungsanlage
besitzen, so daß mittels des Raumheizkörperelementes im Anschluß an oder in Ergänzung
zu einer Raumbeheizung durch nutzbar gemachte Umweltwärme eine Raumbeheizung durch
die Primär-Heizungsanlage, beispielsweise durch eine -anlage konventionelle blEeuerungsheizungs
stattfinden kann Das Raumheizkörperelement kann beispielsweise zwei voneinander
getrennte Hohlräume aufweisen, von denen ein Hohlraum von dem Wärmeträgermedium
und der andere Hohlraum von dem Heizmedium der Primär-Heizungsanlage durchströmbar
ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Bauelementes schematisiert
dargestellt, und zvar zeigt Figur 1 eine Seitenansicht im Schnitt und Figur 2 eine
Ansicht von oben im Aufriß. Das Bauelement besteht aus einem Wärmespeicherteil 1,
der eine einem Gebäuderaum zugekehrte rärmeabgabefähige Innenseite 2 hat, und einer
hochgradig wärmeisolierenden Ummantelung 3, die wenigstens die dem Gebäuderaum abgekehrte
Außenseite 4 des Wärmespeicherteils 1 bedeckt, zweckmäßigerweise auch die vier Seitenflächen
des Wärmespeicherteils 14 In mehreren von der Innenseite 2 zur Außenseite 3 hintereinander
liegenden Ebenen
ist der Wärmespeicherteil 1 von Wärmetauscherelementen
5 durchdrungen0 Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Wärmetauscherelemente
vorgesehen, die den Wärmespeicherteil 1 jeveils an oder in der Nähe der Innenseite
2, an oder in der Nähe der Außenseite 4 und im mittleren Bereich des Wärmespeicherteils
durchdringen. Die Wrmetauscherelemente 5, die je aus einer gleichmäßig in der jeweiligen
Ebene des W§rmespeicherteils verteilten Rohrschlange bestehen, sind von einem Wärmeträgermedium,
vorzugsweise einem flüssigen Wärmeträgermedium vie z. B. Wasser, eines Wärmeerzeugers
durchströmbar und mit treislauBleitungen 12 des Wärmeerzeugers verbindbar, der eine
Sonnenkollektoranlage oder eine Wärmepumpenanlage sein kann, die Solarenergie oder
Umveltwärme aus anderen natürlichen Wärmequellen ausnutzt. Zum Hindurchleiten des
Wärmeträgermediums sind die Wärmetauscherelemente 5 mittels Einrichtungen 13 separat
steuerbar, so daß das Wärmeträgermedium zvecks Speicherung in verschiedenen Tiefen
des Wärmespeicherteils 1 durch das W§rmetauscherelement 5 einer vorbestimmten Ebene
des Wärmespeicherteils geleitet werden kann. Um die Wärme des Wärmeträgermediums
intensiv aus den Wärmetauscherelementen abzuführen und zvecks Speicherung in den
Wärmespeicherteil einzuleiten, besitzt der Wärmespeicherteil bei dem dargestellten
AusfUhrungsbeispiel drei hintereinander liegende und in Abständen voreinander angeordnete
Schichten 6, die aus einem gut värmeleitenden Werkstoff bestehen und in denen je
ein W§rmetauscherelement 5 angeordnet ist. Zwischen diesen gut värmeleitenden Schichten
6 liegen die hoch wärmespeicherfähigen Schichten
des Wärmespeicherteils,
die je nach gewünschter Lade- und Entladecharakteristik des Wärmespeicherteils auch
aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmespeicher-und Wärmeleiteigenschaften
bestehen können.
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Auf der dem Gebäuderaum zugekehrten, wärmeabgabefähigen Innenseite
2 des Wärmespeicherteiln 1 ist ein Raumheizkörperelement 7 angeordnet, das zum Aufheizen
durch den W&rmespeicherteil 1 wärmeleitend mit dessen Innenseite 2 verbunden
ist. Das Raumheizkörperelement 7 besitzt einen Hohlraum 8, der von dem Wärmeträgermedium
des Wärmeerzeugers durchströmbar ist und mit der treislaufleitung 12 des Wärmeerzeugers
durch Anschlüsse 9 verbindbar ist, welche analog vie die Wärmetauscherelemente 5
mittels einer Einrichtung 14 separat zum Hindurchleiten des Wärmeträgermediums durch
den Hohlraum 8 steuerbar sind. Anstatt die Wärme des Wärmeträgermediums in dem Speicherteil
1 zu speichern, kann die terme des Wärmeträgermediums direkt und ohne zeitliche
Phasenverschiebung in das Raumheizkörperelement 7 eingeführt und von diesem an den
Gebäuderaum abgegeben werden. Das Raumheizkörperelement 7 besitzt ferner einen Hohlraum
10, der vorzugsweise außerhalb der Innenseite 2 des Wärmespeicherteils 1 den Hohlraum
8 des RaumheizkörpereLementes 7 umgibt und der steuerbare anschlüsse 11 besitzt,
um durch den Hohlraum 10 das Heizmedium einer Primär-Heizungsanlage, beispielsveise
das Heizwasser einer Ölfeuerungsanlage, hindurchleiten zu können und auf diese Weise
mit dem Raumheizkörperelement den Gebäuderaum auch mit Primärenergie beheizen zu
können.
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Das Bauelement ist in der beschriebenen Weise mit Wärmepumpen
in
verschiedenen 'Kombinationen anvendbar, die zu wirtschaftlichen und energiesparenden
Anlagenkonzepten führen können, beispielsweise wenn es gilt, mit dem Wärmepumpenprozess
gleichzeitig Kälte und Wärme zu erzeugen, wobei während eines kühlprozesses die
Wärme für eine sinnvolle Nutzung in dem Bauelement kurzzeitig gespeichert und dann
erst verbraucht wird.
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