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Vorrichtung zur Gewinnung nutzbarer garne aus der natür-
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lichen unã/oder k rstlichen elt Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Gewinnung nutzbarer Wärme mittels Wärmepumpe aus der Tageserwärmung
infolge von der Umweltwärme, insbesondere aus der Sonneneinstrahlung ausgesetzten
Bereichen der natürlichen und/oder künstlichen Umwelt mit einem mit Zu- und Abfluß
versehenen Leitungsgebilde, in dem sich an in wärmeleitender Berührung mit den Bereichen
der Umwelt befindliches strömungsfähiges Wärmeträgermedium befindet.
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Zur Gewinnung von Wärme aus der Sonnenstrahlung, der die Erde in
Abhängigkeit von der geographischen Länge in unterschiedlichem Maße ausgesetzt ist,
sind sogenannte Solarkollektoren
bekannt, in denen eine schwarze
Fläche eines Trägers unmittelbar mit einem Wärmeträgermedium in wärmeleitender Berührung
steht. Vergleichsweise geringere Warmemengen werden mit verhältnismäßig großem Aufwand
mittels Wärmepumpen aus dem oberflächennahen Erdreich, aus Wasserläufe, Seen und
der Luft über Gebläse gewonnen. Sowohl die Anlage, als auch die Unterhaltung solcher
Wärmegewinnungssysteme ist nicht nur relativ aufwendig, was den entsFrechenden Grundstücksbesitz
bzw. -erwerb anlangt, sondern auch mit Unsicherheiten behaftet, was die Brunnenbohrun£en&ianc-t.
Der hohe Luftdurchsatz der Gebläse bewirkt Geräuschbelästigungen; aus der Gefahr
der Vereisung äer Wärmetauscher resultiert eine weitere Verringerung des Wirkungãgraoes.
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Aufgabe der Erfindung ist es, neben dieser Form der Wärmegewinnung
aus dcr natürlichenU^,vzelt eine wirtschaftlichere Möglichkeit zur Wärmegewinnung
aus der Umweltwärme infolge der Sonnenstrahlung zu finden.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs
angegebenen Art dadurch gelöst, daß das Leitungsgebilde unmittelbar in den der direkten
oder in direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzten Teilen von Bauwerken, wie Mauern,
Wänden, Dächern oder dergleichen angeordnet ist.
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Der Vorteil der Erfindung wird im wesentlichen darin gesehen, daß
die der Umweltwärme infolge von Sonnenstrahlung ausgesetzten Bereiche der künstlichen
Umwelt, also künstliche Massivbauwerke, die im allgemeinen eine verhältnismäßig
große Wärmeübertragungsfläche haben, zur Wärmegewinnung herangezogen werden. Die
erfindungsgemäße Anordnung eines Leitungsgebildes in Mauern, Wänden, Dächern oder
dergleichen hat den Vorteil, daß das Wärmegewinnungssystem weitgehend
unsichtbar
in den auf konventionelle Weise hergestellten Bauwerksteilen untergebracht werden
kann. Anders als bei Wärmegewinnungssystemen, die im Erdboden, in Gewässern, Brunnen
oder dergleichen oder in Bauwerks räumen (Luftaustauschanlagen), untergebracht werden
müssen, sind hierzu,abgesehen von der Anordnung der Leitungsbahnen selbst, keine
zusätzlichen Aufwendungen erforderlich.
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Der besondere Vorteil der Erfindung liegt auch darin, daß sich das
Leitungsgebilde ohne jede Beeinträchtigung der architektonischen Gestaltung von
Bauwerken diesen eingliedern läßt, was ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Verwendung
von Solarkollektoren und Luftaustauschanlagen ist. So kann die er~intln scem.äße
Anordnung beispielsweise als alleiniges Dachsystem, z.B. beim Un,dechen von Altbauten
oder als alleinics ,-a--sTsçc-m, z.3. bi Stützwänden, Garten;-twuern oder dergleichen
erstellt werden. Damit kann ein weiter Bereich zwischen Altbauerneuerung, Umbau,
Anbau und Neubau abgedeckt werden. Von besonderem Vorteil ist dabei die Unsichtbarkeit
des Systems von außen, was die volle Beibehaltung bisheriger architektonischer Gestaltungsmöglichkeiten
bei Neu- und Altbauten, insbesondere bei historischen Bauten ermöglicht. Dabei liegt
die Sostenstruktur nur geringfügig über der der ersetzten Bauteile.
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Steigerungen des Wirkungsgrades können über die gewohnte Raumform
der Bauelemente hinaus durch Oberflächenvergrößerung, z.B. mittels noppen- oder
rippenartiger Oberflächengestaltung erreicht werden. Bei Dachziegeln ist es auch
möglich, Regenwasserauffangtaschen vorzusehen, um ein zu schnelles Abfließen des
Regenwassers zu verhindern, bevor ihm Wärme entzogen wurde. Aus der Verwendung derart
ausgebildeter Bauelemente allein oder in Verbindung mit konventionellen Bauelementen
ergeben sich neue gestalterische Möglichkeiten.
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Ein weiterer Vorteil der waagerecht oder senkrecht zur Konstruktionsebene
geführten Rohist ein gewisser Bewehrungseffekt,
der z.B. beim Dach
zu erhöhter Sturmsicherheit, Sicherheit gegen Dachlawinen (Unterkühlung) oder beim
Mauerwerk zu verringerten Verankerungsansprüchen der Außenschale an der Innenschale
führt. Durch den Wärmeabtransport zur Wärme pumpe und zur Brauchwassererwärmung
können im Sommer Temperaturspitzen abgefangen werden, was eine wesentlich verminderte
Wärmebelastung ausgebauter Dachräume im Sommer zur Folge hat und im Winter die durch
die Wärmedämmung hindurchgedrungene Wärme in den Heizkreislauf zurückführt. Bei
zweischaligem Außenr:uerwerk führt eine Verringerung der maximalen TemperaturdifLerenz
durch Wärmeableitung zu geringeren temperaturbedingten Bewegungen, was wiederum
Dehnfugen und Bauschäden einspart.
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Snhließlich können die erLindunssge.!äß vorzusehenden Leitungsbahnen
nicht nur in verschiedenen Bauteilen eines Bauwerks, wie z.B. Dächern und Wänden
angeordnet, sondern in den betreffenden Bauteilen unter Umständen auch kombiniert,
also z.B. in lotrechter und waagerechter Richtung angeordnet werden. Es ist auch
möglich, diese einzelnen Leitungssyste, nach der Himmelsrichtung bzw. dem Expositionsgrad
der Sonneneinstrahlung zu trennen und diese durch elektronisch-thermostatisch gesteuerte
Regelungen optimal dem jeweils besten Wirkungsgrad der Wärmepumpe anzupassen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch
eine zweischalige Außenwand mit vertikalen Leitungsbahnen,
Fig.
2 einen vertikalen Schnitt durch den Ortgangbereich eines Gebäudes, Fig. 3 einen
Vertikalschnitt durch eine zweischalige Wand mit horizontal geführten Leitungsbahnen,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den Fußpunkt der Wand gemäß Fig. 3, Fig. 5 einen
Horizontalschnitt durch eine Mauerecke, Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Dachziecel
zur Verwendung nach der Erfindung, Fig. 7 eine Untersicht des DachzIegels nach Fig.
6, Fig. 8 einen Längsschnitt durch die Rohrführung des Dachziegels, Fig. 9 einen
Querschnitt durch den Dachziegel, Fig. 10 einen Mauerstein zur Verwendung nach der
Erfindung mit horizontaler Rohrführung und Fig. 11 einen für einen Blockverband
geeigneten Mauerstein mit vertikaler Rohrführung.
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In Fig. 1 ist ein Horizontalschnitt durch ein zweischaliges Mauerwerk
dargestellt. Das Leitungssystem ist erfindungsgemäß in der Außenschale 1 der Wand
angeordnet, die durch einen Luftzwischenraum 2 und eine an sich bekannte Wärmedämmschicht
3 von der Innenschale 4 getrennt ist. Die Innenschale 4 ist an der Innenseite mit
einem Verputz 5 versehen.
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Die Außenschale 1 besteht im vorliegenden Fall aus Mauersteinen 6,
von denen einer in Schrägansicht in Fig.11 dargestellt ist. Der Mauerstein 6 hat
im wesentlichen quaderförmige Gestalt; er besitzt von den Stirnseiten ausgehend
zwei vertikale Ausnehiaungen 7, die als Führungsrinnen für die Rohre 8 des Leitungssystems
dienen. In Fig. 11 ist auch dargestellt, wie der Mauerstein 6 an der Außenfläche
mit einer pyramidenstumpfförmigen Ausbildung 9 versehen sein kann, die eine Vergrößerung
der Oberfläche und demgemäß eine Vergrößerung des Wärmeaufnahme- und -speichervenmögens
bringt, dabei aber gleichzeitig ein handwerkgerechtes Verfugen des Mauerwerks zuläßt.
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Die Mauersteine 6 sind im Beispiel der Fig. 1 im Verband verlegt.
Aus dieser Grund sind die stirnseiten Ausnehmungen 7 so ausgebildet, daß die dadurch
gebildeten vertikalen Hohiräure in jedem Fall die Rohre 8 in geradlinigem Verlauf
aufnehmen können. Die verbleibenden Hohlräume sind mit einer Mörtelfüllung 10 versehen,
die den Wärmeübergang von dem betreffenden Bauteil zum Wärmeträgermedlum möglichst
wenig beeinträchtigt.
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In den Fig. 2 bis 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Anordnung
des erfindungsgemäßen Leitungssystems ebenfalls in einer zweischaligen Wand dargestellt.
Hier zeigt Fig. 2 aenOrtgangbereich, Fig. 3 den normalen Wandbereich und Fig. 4
den Anschluß der Wand an eine Stockwerksdecke.
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Die in Fig. 2 angedeutete Dachdeckung besteht aus Dachziegeln 11,
die im einzelnen in den Fig. 6 bis 9 dargestellt sind. Die einzelnen Ziegel 11 sind
jeweils im Falzbereich mit etwa halbkreisförmigen Ausnehmungen 12 bzw. 13 versehen,
die in der fertig verlegten Dachfläche einen im Querschnitt kreisförmigen Kanal
bilden. In diesen Kanal ist wiederum ein Rohr 8
eingelegt. Der
Hohlraum zwischen dem Rohr und der Aussparung ist mit einer Füllmasse 14, z.B. Mörtel,
ausgefüllt. Durch diese Füllmasse, die ebenfalls aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit
bestehen muß, werden gleichzeitig die produktionsbedingten Toleranzen und Unebenheiten
der Bauelemente überbrückt und der erforderliche Wärmeübergang sichergestellt.
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Die Fig. 6 bis 8 zeigen im einzelnen die Anordnung der Aussparungen
12 bzw. 13 in Draufsicht und Untersicht sowie eine Durchführungsöffnung 15 für den
jeweiligen Anschluß der Rohrleitung an Zu- oder Abfluß.
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Die in Fig. 3 dargestellte Wand ist, wie auch die entsprechenden
Anschlußteile in den Fig. 2 und 4, mit horizontal anceordneten Rohrleitungen 8 versehen.
Die Außenschale 21 der Wand besteht hier aus Mauersteinen 22, die in der in Fig.
10 dargestellten Weise ausgebildet sind. Die Mauersteine 22 haben in der Oberfläche
und in der Unterfläche rinnenförmige Ausnehmungen 23, in welche die Rohre 8 eingelegt
werden können. Auch hier kann wieder ein pyramidenstumpfförmiger Ansatz 9 zur Oberflächenvergrößerung
vorgesehen sein.
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Von den Rohrleitungen 8, die wiederum in einem Mörtelbett liegen,
führen in Abständen voneinander Stichleitungen 24 nach innen in den Luftraum 2 der
Wand, wo sie durch vertikale Sammelleitungen 25 verbunden sind. Entsprechende Sammelleitungen
26 bzw. 27 sind auch im Traufbereich des Daches bzw. am Fuß der Wand im Bereich
einer Geschoßdecke 28 vorgesehen. In den Gebäudeecken befinden sich vertikale Sammelleitungen
29 (Fig. 5).