DE2931861A1 - Underground water reservoir for heat pump - has foam insulating layer inside concrete layer with embedded heat exchange coil - Google Patents
Underground water reservoir for heat pump - has foam insulating layer inside concrete layer with embedded heat exchange coilInfo
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Abstract
Description
P A TE tMTA N V</Ä LT EP A TE tMTA N V </ Ä LT E
BRAUNSCHWEIG - 3 - MÜNCHENBRAUNSCHWEIG - 3 - MUNICH
Ludwig Reitmaier KG, 8261 MarktlLudwig Reitmaier KG, 8261 Marktl
Speisewaaserbehälter für WärmepumpenFeed water tanks for heat pumps
Die Erfindung betrifft einen als Erdtank ausgebildeten Speisewasserbehälter für Wärmepumpen eines die Sonnenenergie zur Aufwärmung des Speisewassers ausnutzenden Heizsystems, bei dem die Tankaußenseite mit einer Schicht aus wärmeisolierenden Material, insbesondere einem Hartschaum versehen ist.The invention relates to a feed water tank designed as an underground tank for heat pumps a heating system that uses solar energy to warm up the feed water, in which the The outside of the tank is provided with a layer of heat-insulating material, in particular a rigid foam.
Es ist bekannt, bei Heizsystemen mit Wärmepumpe das Speisewasser der Wärmeppmpe zur Aufwärmung über einen Solarkreis zu führen, wobei das aufgewärmte Hasser zur Erhöhung der Wärmekapazität und Heizungsdauer in einen Speisewasserbehälter geleitet wird, aus dem die Wärmepumpe das Speisewasser bei Bedarf ansaugen kann. Zur Verringerung des Wasserverbrauchses wird dabei das Rücklaufwasser von der Wärmepumpe zur erneuten Erwärmung durch den Solarkreis geleitet.It is known to result in heating systems with a heat pump, the feed water of the Wärmeppmpe to warm up over a solar circuit, wherein the heated hater for increasing the thermal capacity and heating time is fed into a feed water tank, from which the heat pump can suck in the feed water as needed. To reduce water consumption, the return water from the heat pump is fed through the solar circuit to be heated again.
Es ist auch bekannt, Wärmepumpen in Verbindung mit einem im Erdreich verlegten Speisewassersystem zu kombinieren, bei dem einIt is also known to use heat pumps in conjunction with one in the ground installed feed water system, in which a
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in frostsicherer Tiefe verlegtes Rohrsystem dafür sorgt, daß das der Wärmepumpe zugeführte Wasser die Erdwärme aufnimmt, während das abgekühlte Rücklaufwasser der Wärmepumpe -dem Rohrleitungssystem wieder zugeleitet wird.The pipe system laid in a frost-proof depth ensures that the water supplied to the heat pump absorbs the geothermal energy while the cooled return water from the heat pump - the pipeline system is fed back.
Es sind aucb bereits Hybrid-Systeme bekannt, bei denen je nach Wärmeanfall die Aufwärmung des Speisewassers für die Wärmepumpe über einen Solarkreis oder über andere wärmeabgebende Systeme erfolgen kann.Hybrid systems are also already known in which, depending on the amount of heat generated, the feed water for the heat pump is heated up via a solar circuit or other heat-emitting systems can be done.
Die die Erdwärme der Wärmepumpe zuführenden Systeme sind zwar zuverlässig und dauernd wirksam. Sie haben jedoch den Nachteil, daß großflächige Erdbereiche zur Verlegung des Rohrsystems bis zur Frosttiefe aufgegraben werden müssen. Sie haben weiter den Nachteil, in besonders strengen Wintern, daß das System nicht ausreichend gegen Frost gesichert ist, zumal das RUcklaufwasser der Wärmepumpe stark abgekühlt ist.The systems that supply the geothermal energy to the heat pump are reliable and permanently effective. However, they have the disadvantage that large areas of the earth for laying the pipe system up to Frost depth must be dug up. They also have the disadvantage, in particularly severe winters, that the system is insufficient is protected against frost, especially since the return water of the heat pump has cooled down considerably.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Speisewaeaerbehälter der ein·« gangs näher bezeichneten Art tu «chaffen, der in üblicher Weise das von einem Solarkreis aufgewärete Speisewasser aufnimmt und gleich ohne die bisher üblichen Nachteile die Möglichkeit bietet,! bei geringem Wärmeaufkommen aus dem Solarkreis der Wärmepumpe ' Erdwärme zuzuführen. jIt is the object of the invention to provide a dining water container that the way described in more detail, in the usual way absorbs the feed water heated by a solar circuit and offers the possibility without the usual disadvantages! to supply geothermal energy to the heat pump when there is little heat from the solar circuit. j
Diese Aufgabe wird erfindungsgeraäß dadurch, gelöst, daß.die wärme-j isolierende Schicht des Erdtankes eine von einem Fluid durch-This object is achieved according to the invention in that the heat-j insulating layer of the underground tank a fluid permeable
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strömte Lage umgeben ist und die Lage ihrerseits von einem Mantel aus einem mechanisch widerstandsfähigen Material mit gutem Wärmeleitvermögen eingehüllt ist, wobei die vom Fluid durchströmte Lage zwischen den Rücklauf der Wärmepumpe und den Speisewasserbehälter strömungsmäßig einschaltbar ist.streamed layer is surrounded and the layer in turn by a jacket made of a mechanically resistant material with good Thermal conductivity is encased, the fluid flowing through it Location between the return of the heat pump and the feed water tank can be switched on in terms of flow.
Der Speisewasserbehälter wird wie in üblichen Systemen als Vorratsbehälter für aufgewärmte Speisewasser, das der Wärmepumpe über längere Heizzeiten, in denen keine Wärme aus dem Solarkreis gewonnen werden kann, zur Verfügung steht. Um den Bedarf der Wärmepumpe an aufgewärmten Speisewasser auch dann noch zu befriedigen» wenn das Solarsystem aus bestimmten Gründen nicht ausreichende Wärmemengen liefert, sieht die Erfindung vor, daß das RUcklaufwasser der Wärmepumpe zunächst in innigen Wärmeübergangskontakt mit dem Erdreich gebracht wird, um sich auf Erdtemperatur aufzuwärmen, bevor das RUcklaufwasser in den Speisewasserbehälter zurückgeleitet wird. Die Anordnung ist dabei außerordentlich raumsparend und einfach ausgebildet und läßt sich fabrikmäßig vorfertigen. Das kalte Hücklaufwasser gelangt dabei nicht direkt in den Speisewasserbehälter. Es kann sich vielmehr durch Kontakt mit dem umliegenden Brdreich aufwärmen. Dieser Kontakt wird sichergestellt über eine mechanische Schutzschicht, die zugleich als guter Wärmeleiter den Wärmekontakt zwischen der durchströmten Lage und de* Erdreich elcherstellt. Dabei hat sich als sehr billiges und wirksames Material für den Schutzmantel Beton erwiesen. Dieser kann zusätzlich aufgerauht oder mit Rippen versehen sein, um die Übergangsflächen zum.Erdreich zu erhöhen. DerAs in conventional systems, the feed water tank is used as a storage tank for heated feed water, which is available to the heat pump over longer heating times during which no heat can be obtained from the solar circuit. In order to satisfy the heat pump's need for heated feed water even if the solar system does not provide sufficient amounts of heat for certain reasons, the invention provides that the return water from the heat pump is first brought into intimate heat transfer contact with the ground in order to warm up to the temperature of the earth before the return water is fed back into the feed water tank. The arrangement is extremely space-saving and simple and can be prefabricated in the factory. The cold return water does not get directly into the feed water tank. Rather, it can warm up through contact with the surrounding soil. This contact is ensured by a mechanical protective layer, which at the same time acts as a good heat conductor and creates thermal contact between the layer through which the air flows and the soil. Concrete has proven to be a very cheap and effective material for the protective jacket. This can additionally be roughened or provided with ribs in order to increase the transition areas to the earth. Of the
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Beton kann auch die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Beimischungen aufweisen. Die durchströmte Lage auf der Wärmeisolierungsschicht kann aus Metall oder aus einem ausreichend wärmeleitfähigen Kunststoff bestehen. Bevorzugt ist die Lage als Schlauch- oder Rohrbündel ausgebildet, das eng auf dem wärraeisolierenden Hartschaum aufgewickelt ist. Bei ausreichender Größe des Speisewasserbehälters und bei ausreichender Wicklungslänge kann sichergestellt werden, daß auch bei sehr kaltem Rücklaufwas3erf dieses sich auf Erdwärme in frostsicheren Tiefen aufwärmt, bevor das Rücklaufwasserbehälter gelangt. Auf diese Weise kann Erdwärme in den Wärmekreislauf der Wärmepumpe auf einfache und raumsparende Weise eingeführt werden. Hierbei ist es sogar möglich, in dem Speisewasserbehälter in sich geschlossene Behälter vorzusehen, welche hermetisch und druckfest eine nicht gegen Frost geschützte Flüssigkeit, wie Wasser, enthalten, während das eigentliche Speisewasser mit einem Frostschutzmittel versehen ist. Durch diese Ausbildung kann in Verbindung mit der vo« Fluid durchströmten Lage auf der Isolierschicht des Speisewasserbehälters der Wärmeentzug aus dem Speisewasserbehälter bis unter den Gefrierpunkt getrieben werden, wodurch eine bessere Ausnutzung der latent vorhandenen Wärme und somti eine bessere Effektivität der Wärmepumpe erzielt werden kann.Concrete can also have admixtures that increase thermal conductivity. The flow-through layer on the thermal insulation layer can consist of metal or a sufficiently thermally conductive plastic. The layer is preferably designed as a hose or tube bundle that is tightly wound onto the heat-insulating hard foam. With a sufficient size of the feed water container and with a sufficient winding length can be ensured that f even in very cold Rücklaufwas3er this warms up on geothermal in frost depths before the return water container passes. In this way, geothermal energy can be introduced into the heat circuit of the heat pump in a simple and space-saving manner. Here it is even possible to provide self-contained containers in the feed water tank, which contain a hermetic and pressure-tight liquid that is not protected against frost, such as water, while the actual feed water is provided with an anti-freeze agent. With this design, in conjunction with the layer on the insulating layer of the feed water tank through which the fluid flows, the heat extraction from the feed water tank can be driven to below freezing point, whereby better utilization of the latent heat and thus better effectiveness of the heat pump can be achieved.
Die Erfindung ist bei jeder Art von Speisewasserbehälter geeignet, sofern dieser Speisewaaserbehälter im Erdreich eingelassen ist. Es kann dabei besonders vorteilhaft sein, wenn der Speisewasserbehälter bis in den Grundwasserbereich versenkt eingebaut .The invention is suitable for any type of feed water tank, provided this food water container is embedded in the ground is. It can be particularly advantageous if the feed water tank is installed sunk into the groundwater area.
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ist, um dadurch den Wärmeübergang vom Erdreich auf die von dem Fluid durchströmte Lage zu verbessern.is in order to improve the heat transfer from the ground to the layer through which the fluid flows.
Statt Beton können auch andere wärmeleitende und mechanisch feste Materialien als Außenmantel vorgesehen sein. Beton hat sich aus Gründen der Festigkeit, des Wärmeleitvermögens, aus Kostengründen und aus Gründen der hohen Widerstandsfähigkeit gegen die physikalischen und chemischen Einflüsse im Erdreich als besonders geeignet erwiesen.Instead of concrete, other thermally conductive and mechanically strong ones can also be used Materials can be provided as the outer jacket. Concrete has proven itself for reasons of strength, thermal conductivity, for reasons of cost and for reasons of high resistance to the physical and chemical influences in the soil proved to be particularly suitable.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to a schematic drawing of an exemplary embodiment.
In der Fig. ist ein Abschnitt eines als Erdtank ausgebildeten SpeisewasserbehMltera gemäß der Erfindung mit den zugehörigen Einrichtungen schematisch angedeutet.In the figure is a section of a feedwater container designed as an underground tank according to the invention with the associated Facilities indicated schematically.
In der Fig. ist mit 1 ein Solarkreis angedeutet, der über eine Zulaufleitung 5 und eine Speisewasserleitung A direkt oder mittelbar nit der Speisewassersulaufleitung 7 bzw. der Speisewasserrücklaufleitung 6 einer Wärmepumpe 2 verbunden 1st, die über einen Motor 3 antreibbar ist. Die Verbindung kann durch umschaltbare Ventile 8 und 9 erfolgen. Die Zuführungsleitung 7 der Wär-■epuape 2 let durch den eine Wärmeisolierung 15 aufweisenden Deckel 14 des Domes 13 eines im Erdreich ausreichend tief versenkten Erdtanks 1o In da· Innere des Speisewasserbehälters geführt, wie dies bei 12 angedeutet ist. Die Wärmepumpe kann somitIn the Fig. Is indicated with 1 a solar circuit, which has a Feed line 5 and a feed water line A directly or indirectly connected to the feed water suction line 7 or the feed water return line 6 of a heat pump 2, which is connected via a motor 3 can be driven. The connection can be made by switchable valves 8 and 9. The supply line 7 of the heat pack 2 let through the heat insulation 15 Cover 14 of the dome 13 of an underground tank 1o sunk sufficiently deep into the ground, guided into the interior of the feed water tank, as indicated at 12. The heat pump can thus
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ihr Speisewasser direkt aus der Leitung 4 des Solarsystems 1 oder aus dem Speisewasserbehälter Io entnehmen. Entsprechend kann das Ventil 9 so geschaltet werden, daß die Rücklaufleitung A des Solarkreises statt mit dem Zulauf 7 der Wärmepumpe mit der in den Speisewasserbehälter "Io führenden Leitung 11 verbunden ist.their feed water directly from the line 4 of the solar system 1 or Remove from the feed water tank Io. Accordingly, the valve 9 can be switched so that the return line A of the solar circuit instead of being connected to the inlet 7 of the heat pump with the line 11 leading into the feed water tank "Io.
Der aus Metall oder Kunststoff bestehende Speisewasserbehälter 1o weist auf seiner Außenseite eine ausreichend dicke Schicht 16 aus wärmeisolierendem Material auf. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen Hartschaum, der direkt auf die Außenhaut des Speisewasserbehälters aufgeschäumt ist. Die Dicke der Hartschaumschicht ist so bemessen, daß die Wärmeverluste aus dem Speisewasserbhälter vernachlässigbar klein sind.The feed water container 1o made of metal or plastic has a sufficiently thick layer 16 on its outside made of heat-insulating material. This is preferably a rigid foam that is applied directly to the outer skin of the feed water tank is foamed. The thickness of the rigid foam layer is such that the heat losses from the feed water tank are negligibly small.
Unmittelbar auf die Außenseite der Hartschaumschicht 16 ist eine von einem Fluid durchströmbare Lage in Form von Rohr- oder Schlauchbündeln 17 aufgewickelt. Die Rohrbündel können aus Metall oder aus einem hinreichend wärmeleitfähigen Kunststoff be- ι stehen. Die Innen- und Außendurchmesser der Rohre oder Schläuche und die Wicklungsdichte der Rohrwindungen oder Schlauchwindungen sind so gewählt, daß sich ein möglichst intensiver Wärmeübergang der von dem Fluid durchströmbaren Lage 17 und dem umgebenden Erdreich ergibt. Die vom Fluid durchströmte Lage kann auch durch einen entsprechenden ringförmigen Hohlkörper gebildet werden, obwohl die Aufbringung von Wicklungen der gezeigten Art bevorzugt wird. Das eine Ende der von dem Fluid durchströmten Lage 17 istImmediately on the outside of the rigid foam layer 16 is a layer in the form of a pipe or pipe through which a fluid can flow Hose bundles 17 wound up. The tube bundles can be made of metal or a sufficiently thermally conductive plastic stand. The inside and outside diameters of the pipes or hoses and the winding density of the pipe turns or turns of the hose are chosen so that the most intensive heat transfer possible between the layer 17 through which the fluid can flow and the surrounding soil results. The layer through which the fluid flows can also be formed by a corresponding annular hollow body, although the application of windings of the type shown is preferred. One end of the layer 17 through which the fluid flows
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über das Ventil 8 und eine Zulaufleitung 19 mit dem Rücklauf 6 der Wärmepumpe 2 verbindbar, so daß das kalte Rücklaufwasser an dem einen Ende der Wicklungen 17 eintreten kann. Das Rücklaufwasser durchströmt sämtliche Windungen oder Wicklungen der äußeren durchströmbaren Lage, bevor es am Ende der Wicklung über eine Stichleitung 2o in die in den Behälter führende Einlaufleitung 11 gelangt. Während des Weges durch die vom Fluid durchströmbare Lage 17 erwärmt sich das Rücklaufwasser der Wärmepumpe 2 wieder an, bevorzugt bis etwa auf die Temperatur des umgebenden Erdreiches. Auf diese Weise kann der Wärmepumpe 2 Wärme aus dem Erdreich zugeführt werden, falls die vom Solarkreis 1 gewonnene Wärme in bestimmten Fällen nicht ausreichend ist.Via the valve 8 and an inlet line 19 to the return 6 the heat pump 2 connectable so that the cold return water to one end of the windings 17 can enter. The return water flows through all turns or windings of the outer permeable layer before it at the end of the winding via a branch line 2o into the inlet line leading into the container 11 arrives. During the way through which the fluid can flow through In position 17, the return water of the heat pump 2 is heated up again, preferably up to approximately the temperature of the surrounding soil. In this way, the heat pump 2 can be supplied with heat from the ground, if the heat obtained from the solar circuit 1 is insufficient in certain cases.
Um die vom Fluid durchströmbare Lage gegen mechainsche Beschädigungen, sowie gegen physikalische und chemische Einflüsse zu schützen, ist diese Lage außen durch einen ausreichend starken Mantel 18 aus mechanisch festem und aausreichend wärmeleitfähigen Material umgeben. Bevorzugt besteht der Mantel 18 aus Beton. Dem Beton können Füllstoffe zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zugemischt werden. Die Betonschicht 18 kann auch äußere Rauhigkeiten oder sogar Längs- oder Umfangsrippen aufweisen, um die Wärmeübergangsfläche zu erhöhen.To protect the layer through which the fluid can flow against mechanical damage, as well as to protect against physical and chemical influences, this situation is outside by a sufficiently strong one Sheath 18 made of mechanically strong and sufficiently thermally conductive material surrounded. The jacket 18 is preferably made of concrete. Fillers can be added to the concrete to improve the thermal conductivity. The concrete layer 18 can also be external Have roughness or even longitudinal or circumferential ribs in order to increase the heat transfer surface.
Der Speisewasserbehälter kann in der beschriebenen Form fabrikmäßig vorgefertigt und ausreichend tief im Erdreich versenkt eingebaut sein. Dabei ist ein Einbau in Grundwasserbereiche von besonderem Vorteil, um den Wärmeübergang dadurch zu verbessern.The feed water tank can be factory-made in the form described prefabricated and sunk sufficiently deep into the ground. Installation in groundwater areas is particularly important Advantage to improve the heat transfer.
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Bei dieser Ausbildung des Speisewasserbehälters kann die Wärmepumpe 2 auch so betrieben werden, daß dem Speisewasser Wärme bis unter den Gefrierpunkt entzogen wird. Das Speisewasser selbst wird gegen Gefrieren durch ein Frostschutzmittel geschützt. Jedoch kann ein Großteil des Volumens des Speisewasserbhälters mit hermetische verschlossenen Einzelbehältern, z. B. in Kugelform, wie sie in der Fig. bei 25 angedeutet sind, ausgefüllt werden, welche eine nicht frostgeschützte Flüssigkeit wie Wasser enthalten, so daß auch die beim Gefrieren frei werdende Wärme für die ERhöhung der Effektivität der Wärmepumpe 2 ausgenutzt werden kann,With this design of the feed water tank, the heat pump can 2 can also be operated in such a way that heat is extracted from the feed water to below freezing point. The feed water itself is protected against freezing by an anti-freeze agent. However, a large part of the volume of the feedwater tank can be used Hermetically sealed individual containers, e.g. B. in spherical shape, as indicated in the figure at 25, are filled, which contain a non-frost-protected liquid such as water, so that the heat released during freezing for the Increasing the effectiveness of the heat pump 2 can be used,
In der Praxis hat sich eine Hartschaumschicht von etwa 1o cm und eine Betonschicht von etwa 15 cm als ausreichend erwiesen.In practice, a hard foam layer of about 10 cm and a concrete layer of about 15 cm proved to be sufficient.
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