DE3006612A1 - Windkraftwerk zur energieversorgung von gebaeuden - Google Patents

Description

• Windkraftwerk zur Energieversorgung von Gebäuden
• Die Erfindung betrifft ein Windkraftwerk zur Energieversorgung von Gebäuden, mit einem Winirad und einem von diesem gespeisten Generator für elektritche Energie.
• indkraftwerke sind in verschiedner Ausführung bekannt. In ler Regel ist ein Windrad mit zwei oder mehr radialen Flügelen an einer etwa horizontal angeordneten Welle angebracht, die mit einem Generator um eine lotrechte Achse schwenkeinstellbar vorgesehen ist-. Derartige Windkraftwerke sind sperrig und bilden eine sehr störende Beeinträchtigung der Landschaft und des Siedlungsgebietes. Ihre Errichtung wird daher oft behördlich untersagt.
• Die Erfindung verfolgt die Aufgabe, ein Windkraftwerk der eingangs geschilderten Gattung so zu gestalten, daß es einerseits die Landschaft möglichst wenig verändert, andererseits aber auch größere Windleistung in elektrische Energie umwandeln kann.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Welle des Windrades lotrecht im mittleren Bereich eines Gebäudes nit Flachdach bzw. nur wenig geneigtem Dach angeordnet und Sas Windrad dicht über dem Dach in waagerechter Ebene umlaufend gehalten.
• Hier können Windräder bekannter Konstruktionen zum Einsatz kommen, die insbesondere selbsttätig verstellbare Windflügel dergestalt aufweisen, daß sie ihre größte Fläche bei der Bewegung in Windrichtung bieten, während sie bei der Rückbewegung gegen den Wind in eine Stellung mit kleinstem Widerstand bewegt werden. Statt an einzelnen Armen angebrachte Windflügel können auch kurze verstellbare Flügel an einem zylinderartigen Käfig angebracht sein. Solange jedenfalls die Dachfläche nicht wesentlich vom Windrad überragt wird, kann das Gebäude mit dem oben im wesentlichen zentrisch angebrachten Windrad als Funktionseinheit aufgefaßt werden, weil das Traggerüst für das Windrad und dessen Welle nach außen praktisch nicht mehr in Er.scheinung tritt.
• Das Gebäude sollte nach Möglichkeit einen wenigstens annähernd kreisförmigen Grundriß bw. einen der Kreisform angenäherten Vieleck-Grundriß aufweisen, der dem Umlaufkreis des Windrades allseitig angepaßt,' ist. Bevorzugt wird stets, daß auch einzelne Windschaufeln nicht über den Rand des Daches nach außen greifen. Es kann jedoch zweckmäßig sein, das Dach nach außen über die Seitenwände des Gebäudes etwa pilzartig vorragen zu lassen, um einen möglichst großen Umlaufdurchmesser und bei begrenzter liöhc des Windrades auch entsprechend große Leistungsabnahme zu erreichen.
• Die Windradwelle kann in der Dachkonstruktion des Gebäudes abgestützt und mit ihrem unteren Ende an den tiefliegenden Generator angeschlossen sein. Wenn das Dach als verhältnismäßig starre Scheibe ausgebildet ist, können auf diese Weise erhebliche waagerechte Kräfte aufgenommen werden, ohne daß die Abstützung gegenüber dem Boden verstärkt werden muß.
• Wesentlich ist nur eine geräuscharme Lagerung der durch die Gebäudemitte nach unten herabgeführten Welle.
• Der Generator kann nun elektrische Energie für recht unterschiedliche Zwecke liefern,:er sollte insbesondere mit einem Wärmeerzeuger verbindbar sein, beispietsweise mit einem in einem Heizkessel angebrachten heizkörper.
• Zweckmäßigerweise wird in der Verbindung zwischen Generator und fleizkörper ein thermostatisch gesteuerttsr Umscll;lltcr angebracht, der selbsttätig einen weiteren, mit einem Wärmespeicher verbundenen Wärmeerzeuger steuert. Je nach Soll-und Ist-Temperatur wird dann das Heizwasser unmittelbar oder der Wärmespeicher erwärmt.
• Als Wärmespeicher eignet sich vorzüglich ein Flüssigkeitsbecken wie ein Swimming-Pool, der in geeigneter WeLse auf den Heizwasserkreislauf einwirken kann. Bei hoher Wassertemperatur im Speicher kann man unter bestimmten Betriebsbedingungen eine Niedertemperaturheizung wie eine Fußbodenheizung unmittelbar betreiben, im übrigen empfiehlt sich die Zwischenschaltung einer Wärmepumpe, die meist aber nur geringe Temperaturdifferenzen zu überwinden hat, also mit kleiner Leistung große Wärmeumladungen um iieizwasser bewerkstelligen kann.
• Es kann aber auch zusätzlich der Wärmeerzeuger eine lsärme--pump-e au-fveisen, die Wärme bei Außentemperatur der Umgebung entzieht. Die aus der Windkraft gewonnene Energie läßt sich dann ohne weiteres vervielfachen und anschließend im Flüssigkeitsbecken speichern.
• Da die abzunehmende Windkraftleistung meist zu unregelmäßig ist, um eine Wärmepumpe direkt antreiben zu können, wird zweckmäßigerweise zwischen dem Generator und dem ärmeerzeuger ein Speicher für elektrische Energie wie eine Batterie eingeschaltet, die einen kontinuierlichen Betrieb der Wärmepumpe ermöglicht.
• Die Zeichnung gibt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise wieder. Es zeigen Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Windkraftwerkes, an einem Bungalow verwirklict, Fig. 2 eine Ansicht des Wintlkraftwerkes von oben in Fig. 1 gesehen, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen waagerechten Schnitt durch das Kellergeschoß nach der Linie IV- IV in Fig. 3, Fig. 5 einen waagerechten Schnitt durch das Erdgeschoß entsprechend der Linie V-V in Fig. 3, Fig. 6 einen waagere4iten Schnitt durch die Fußbodenheizung etwa nach der Linie VI-VI in Fig. 3, Fig. 7 ein schematisches Schaltbild.
• Das als Bungalow ausgebildete Gebäude 1 ist von einem Flachdach 2 bedeckt, das als im weseatlichen starre Scheibe ausgebildet ist und die gleiche Form eines regelmäßigen Sechseckes hat wie das Gebäude 1.
• In der Mitte dieses Sechseckes ist eine lotrechte Welle 3 gelagert, die dicht über dem Dach 2 ein Windrad 4 trägt, das hier durch ein Kreuz von Speichen 5 gebildet wird, an deren Enden jeweils ein Windflügel 6 um eine oder zwei radial verlaufende Achsen derart schwenkbar gelagert ist, daß er sich bei Bewegung mit dem Wind aufstellt und bei der Bewegung in Windrichtung bis in die Stellung mit kleinstem Widerstand absenkt, wie dies die einzelnen Stellungen in Fig. 2 erkennen lassen. Bei einer Windrichtung entsprechend den Pfeilen 7 ergibt sich somit eine Drehrichtung gemäß Pfeil 8 entgegen dem Uhrzeigersinn.
• Die Welle 3 ist dicht an ihrem oberen Ende einmal in der tragenden Scheibenkonstruktion des Daches 2 gelagert und durch das Prdgeschoß 9 hindurch in den Keller 10 zum Gcnerator 11 geführt. In einem abgetrennten Raum des Kellers ist auch ein Schwimmbecken 12 angebracht.
• Der Keller erstreckt sich ebenso wie ein abgegrenzter Innenteil des Erdgeschosses über eine T-förmige Fläche, die von tragenden und wärmeisolierenden Wänden 13 unschlossen ist. Im Erdgeschoß sind in diesem Innenteil die auf höherer Temperatur zu haltenden Räume wie Wohnzimmer 14, Küche 15, Eßzimmer 16 und Bad 17 angebracht. Zwischen den Wänden 13 und denAußenwänden 18 sind weitere Räume wie Diele, -Schlafzimmer, Speisekammer, Abstellraum u.dgl. angebracht, die auf etwas niedriget7 Temperatur gehalten werden sollen.-Nur innerhalb der Wände 13 ist auch über der Kellerdecke 19 eine Fußbodenheizung 20 verlegt. Die Außenräume bilden demnach einen Wärmepuffer zwischen dem Innenbereich und außen, sie können auch ohne zusätzliche lleizelemente durch die vom Innenbereich abströmende Wärme hinreichend geheizt werden. Mit den isolierten Außenwänden und dem ebenflls isolierten Dach wird somit um den Innenbereich des 1 rilgeschosses eine wärmeisolierende Hülle gelegt.
• Die Fußbodenheizung 20 steht nach dem Schaltbild in Fig. 7 mit einem Heizkessel 21 in Verbindung, der durch eine Wärmepumpe 22 an das,4Schwimmbecken 12 angeschlossen ist. Im Heizkessel 21 und im Schwimmbecken 12 sind jeweils elektrische Heizkörper 23 bzw. 24 angebracht, die wechselweise durch eine von einem Kesselthermostat 24 gesteuerten Umschalter 25 an den Generator 11 anschaltbar sind. Es wird also mit der vom Generator gelieferten Energie entweder unmittelbar das Kesselwasser oder aber das Wasser des Schwimmbeckens aufgeheizt.
• Der Kompressor 26 der Wärmepumpe 22 wird von einem Elektromotor 27 angetrieben. Der Verdampfer 28 befindet sich im Schwimmbeckenr der Kondensator 29 im Heizkessel. Auf diese Weise läßt sich die im Schwimmbecken gespeicherte ärmemenge ins Heizwasser transferieren. Wegen des geringen Temperatursprunges ist die Antriebsleistung der Wärmepumpe gering, ggf. kann sie durch die vom Generator gelieferte Elektroenergie gespeist werden, wenn eine Batterie zwischengeschaltet wird.
• In der gleichen Weise kann auch eine Wärmepumpe zur Gewinnung von Wärmeenergie aus der Umgebung betrieben werden.
• Anstatt den elektrischen Heizkörper 24 unmittelbar zu betreiben, würde dann diese zweite Wärmenumpe betrieben werden, deren Kondensator im Schwimmbecken anzubringen wäre.
• Im Normalbetrieb wird bei der Schaltung nach Fig. 7 das Kesselwasser solange unmittelbar aufgeheizt, bis die vorgegebene Temperatur erreicht ist, woraufhin der Umschalter 25 den Heizkörper 24 oder auch die statt dessen installierte Itiärmeptmpe einschaltet wodurch das Wasser des Schwimmbeckens aufgeheizt wird. Bei Windflaute und absinkender Kesseltemperatur kann dann das tleizungswasser durch Einschalten der Wärmepumpe 22 durch Wärmeentnahme aus dem Schwimmbecken aufgeheizt werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß aus der Schwimmhalle bereits eine Heizung der Kellerdecke und damit des Erdgeschoßbodens erfolgt.
• Das umlaufende Windrad ist von schräg lunten kallm wahrzunehmen, kann also die Umgebung nicht nachteilig beeinflussen und wird praktisch als oberer Abschluß des Gebäudes aufgefaßt, mit dem es eine Einheit bildet. Anstelle der Vier-Flügel-Anordnung können Zwei- oder Dreiblattpropeller ebenso vorgesehen werden wie eine im wesentlichen zylindrische Windradkonstruktion.
• Es kann sich auch die Höhe des Windrades mit der Höhe des Gebäudes ändern. Da im übrigen die Windgeschwindigkeit mit der Gebäudehöhe zunimmt, lassen sich auf höheren und großvolumigen Gebäuden auch entsprechend leistungsfähigere Windräder anbringen.
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Claims (9)

1. Ansprüche Windkraftwerk zur Energieversorgung von (;Gebäuden, rilt einem Windrad und einem von diesem gespeisten (Generator für elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) des Windrades (4) lotrecht im mittleren Bereich eines Gebäudes mit Flachdach bzw. nur wenig geneigtem Dach (9) angeordnet und das Windrad dicht über dem Dach in waagerechter Ebene umlaufend geführt ist.
2. 2. Windkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebäude (1) einen wenigstens annähernd kreisförmigen Grundriß bzw. einen der Kreisform angenäherten Vieleck-Grundriß aufweist, der dem Umlaufkreis des Windrades (4) allseitig angepaßt ist.
3. 3. Windkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, durch gekennzeichnet, daß die Windradwelle (3) in der Dachonstrktion (2) des Gebäudes (1) abgestützt und mit ihrem unteren Ende an den tiefliegenden Generator (11) angeschlossen ist.
4. 4. Windkraftwerk nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (11) mit einem Wärmeerzeur ger (24) verbindbar ist.
5. 5. Windkraftwerk nach Anspruch A, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (11) mit einem in einem Heizkessel (27) angebrachten Heizkörper (23) verbindbar ist.
6. 6. Windkraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen Generator (11) und Heizkörper (23) ein thermostatisch gesteuerter Umschalter (25) angebracht ist, der selbsttätig einen weiteren mit einem Wärmespeicher verbundenen Wärmeerzeuger (24) steuert.
7. 7. Windkraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicherin Flüssigkeitsbecken wic einen Swimmingpool (12) aufweist, der mit dem Heizkessel (11) vorzugsweise durch eine Wärmepumpe (22) verbunden ist.
8. 8. Windkraftwerk nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeerzeuger eine Wärmepumpe aufweist, die Wärme bei Außentemperatur der Umgebung entzieht.
9. 9. Windkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekenneichnet, daß zwischen dem Generator (11) und dem Wärmeerzeuger ein Speicher für elektrische Energie wie eine Batterie eingeschaltet ist.