DE3132757A1

DE3132757A1 - Verfahren und anordnung zum gewinnen von heiz- und/oder kuehlenergie aus der umwelt

Info

Publication number: DE3132757A1
Application number: DE19813132757
Authority: DE
Inventors: Horst 7900 Ulm Glaser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-08-19
Filing date: 1981-08-19
Publication date: 1983-03-03

Description

18.08.1981/3 23 G 2536 VNR: 100 986

Verfahren und Anordnung zum Gewinnen von Heiz- und/ oder Kühlengergie aus der Umwelt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von Heiz- und/oder Kühlenergie aus der Umwelt, wobei mehrere, vorzugsweise an Grenzflächen eines Gebäudes entlang und stromabwärts zusammengeführte und vermischte Primärluftströme einem gemeinsamen Wärmetauscher zugeführt werden.

Bei dem Bemühen, frei verfügbare Umweltenergie zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden zu verwenden, gewinnt die Luft als Primär-Wärmeträger wegen der geringen Investitionskosten immer größere Bedeutung. In der Regel wird die Luft lediglich durch ein Gebläse von außen angesaugt, durch eine Wärmepumpe hindurchgeleitet und wieder nach außen abgeführt. Man geht dabei von der gegebenen Außentemperatur aus, die für den Betrieb der Wärmepumpe als maßgeblich angesehen wird.

Ferner ist es bekannt, die an den Grenzflächen eines Gebäudes nach außen entweichende Wärme dadurch wiederzugewinnen, daß man außerhalb einer Isolierung einer Gebäudeumhüllung Strömungswege für einen Primär-Wärmeträger verlegt und die dort aufgenommene Wärme entweder unmittelbar oder über einen Wärmetauscher wieder nutzbar macht bzw. dem verwendeten Strömungsmedium die Wärme durch eine Wärmepumpe entzieht. Besondere Bedeutung hat in diesem Zusammenhang das Engergiedach gewonnen, da es einmal eine verhältnismäßig große und meist gleichförmige Fläche bildet und zudem für den größten Teil der Wärmeverluste

eines Gebäudes maßgeblich ist.

Nun ist in der Regel die "Sonnenseite" oder die südliche Außenwandung eines Hauses nicht groß genug, um in der Übergangszeit hinreichende Heizenergie zu liefern. Man muß also Wärme von unterschiedlich angeordneten Gebäudeflächen oder Bereichen beziehen, beispielsweise von beiden Dachseiten und/oder verschiedenen Außenwandflächen. Damit werden aus unterschiedlichen Primär-Wärmetauscher-

1Q elementen einzelne Strömungen des Wärmeträgermittels mit recht verschiedenartiger Temperatur zusammengeführt, wobei sich zudem das Verhältnis der Temperaturen bzw. Wärmepotentiale der einzelnen Strömungen im Tagesverlauf ebenso wie bei Wetteränderungen wandelt. Zwar wird durch das Zusammenführen auf dem weiteren Strömungsweg stets irgendein Mischvorgang erzielt, und die mittlere Temperatur der Strömungen hält auch eine begrenzte Konstanz, aber die aus der Umwelt verfügbare Wärme wird so nur unzulänglich ausgenutzt, da die Heizleistung der Wärmepumpe und die von dieser gelieferte Sekundärtemperatur maßgeblich bestimmt sind durch die Temperatur des zugeführten Primär-Wärmeträgers.

Die Erfindung verfolgt dagegen die Aufgabe, das eingangs geschilderte Verfahren so weiterzubilden, daß die aus allen Primärluftströmen zu gewinnende Wärmemenge besser ausgenutzt, insbesondere dem gemeinsamen Wärmetauscher ständig Luft mit möglichst hoher Temperatur zugeführt wirri.

3Q Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die Primärluftströme vor Eintritt in den Wärmetauscher durch unterschiedliche Mengenregelung in Abhängigkeit ihrer Temperaturen bzw. Wärmemengen gemischt. Dabei.hat die Mischung naturgemäß so zu erfolgen, daß auch die mögliche Höchsttemperatur am Eingang des Wärmetauschers bzw. einer Wärmepumpe erreicht wird. Wenn beispielsweise die Sonne

voll auf eine bestimmte Dachfläche scheint, wird man, sofern die Strömungsquerschnitte ausreichen, wohl nur durch diesen Teil des Daches hindurchgeleitete Primärluft zur Wärmegewinnung verwenden, die übrigen Strömungswege im Extremfall völlig absperren. Die Regel ist jedoch, daß bestimmte Mengen aller Strömungen zusammengeführt werden, man also' mit einer Mischtemperatur arbeitet, die aber nur dicht unter der maximal in einem Strömungsweg erreichbaren Temperatur liegt. Nach Veränderung des Sonnenstandes wird man die Mischverhältnisse immer wieder ändern müssen, auch wenn bei Änderung der Außentemperatur zeitweilig ein positives oder negatives Temperaturgefälle von der Umgebungsluft zur Wand- oder Dachtemperatur besteht. Ist die Lufttemperatur höher, wird oftmals auch lediglich durch Ansaugen der Luft aus einem Bereich mit Abstand vom Gebäude die maximale Primärtemperatur erreicht.

Brauchbare Ergebnisse lassen sich bereits erzielen, wenn Temperatur- und Wärmeenergie der einzelnen Primärluftströme getrennt ertastet und unabhängig voneinander zur Regelung ihres Strömungsquerschnittes verwendet werden, d.h. wenn man mit einer ganzen Reihe selbsttätiger Regelsysteme arbeitet. Dabei ändert sich natürlich die Gesamtmenge der gesteuerten Primärluft generell mit der Außentemperatur, bis schließlich die Gesamtströmung beispielsweise für den Betrieb einer Wärmepumpe oder zum Erbringen einer bestimmten Heiz- oder Kühlleistung nicht mehr ausreicht und auf ein anderes Heizsystem umgeschaltet werden muß. Auf der Sonnenseite wird dagegen die Strömung stets größer gehalten als auf der Schattenseite, so daß sich ohne weiteres die Mischtemperatur der von der Sonnenseite abgenommenen Maximaltemperatur annähert.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich dadurch optimieren, daß die Temperaturen der einzelnen Primärluftströme miteinander verglichen und nach dem Vergleichswert

bzw. den Vergleichswerten die Einzelmengen der zugeführten Primärluftströme eingeregelt werden. Dies kann nach vorgegebenen Regeln oder festen Gesetzen erfolgen. Für jede Anlage mit jeder Art und Anzahl von Primärluftströmen lassen sich . die Primärluftströme so kombinieren, daß tatsächlich die optimal mögliche Mischlufttemperatur erreicht wird.

Zur Mengenregelung kann man natürlich die einzelnen Primärluftströme durch Einsatz besonderer Fördermittel wie Injektordüsen anregen oder die Strömungsgeschwindigkeit auf andere Weise steigern. Als zweckmäßig hat sich .jedoch die Einregelung durch Drosseln der Strömungsquerschnitte erwiesen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Gewinnen von Heiz- und/oder Kühlenergie aus der Umwelt, mit mehreren, vorzugsweise an Grenzflächen eines Gebäudes entlanggeführten und vor einem Wärmetauscher zusammengeführten Strömungswegen für einzelne Primärluftströme. Diese Anordnung ist erfindungsgemäß vor allem dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher eine in Abhängigkeit von Temperatur- und/oder Wärmemenge der einzelnen Primärluftströme steuerbare Mischanordnung zum Einregeln einer angestrebten optimalen Mischtemperatur des resultierenden Primärluftstromes vorgeschaltet ist.

Dabei kommt nun keineswegs dem Mischeffekt als solchem die größte Bedeutung zu, zumal wenigstens vor Eintritt in eine Wärmepumpe in der freien Strömung hinreichende Mischvorgänge auftreten. Wesentlich ist in erster Linie, daß man die einzelnen Ströme in bestimmten Mengenverhältnissen so zusammenführt, daß man über längere Zeitdauer hinweg die jeweils erreichbare möglichst hohe Zur führtemperatur für die Wärmepumpe bzw. einen Wärmetauscher und naturgemäß die möglichst niedrige Temperatur für eine

Kühlanlage erreicht. Im Prinzip kann man also die gleiche Anordnung mit einem geänderten Steuerprogramm für Heiz- und Klimatisierungszwecke einsetzen.

Maßgeblich für das Mischergebnis ist im Prinzip die Wärmemenge der aus den einzelnen Strömungswegen zusammengeführten Primärluft. Bei dem gleichen Medium Luft und gleichem Druck ist diese Wärmemenge maßgeblich bestimmt durch Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsquerschnitt und Temperatur. Bei gegebenem Querschnitt würde zur Temperatur mindestens die Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden müssen, was unnötige Komplikationen mit sich bringt. Verhältnismäßig einfach ist es dagegen, wenn am Auslaß einzelner Strömungswege der Primärluft in Abhängigkeit von der im jeweiligen Strömungsweg ertasteten Temperatur selbsttätig verstellbare Drosselorgane angebracht werden, wobei sich jeder Strömungsweg selbst einregelt.

Solche Drosselorgane, insbesondere Drosselklappen, lassen sich dann unmittelbar an ein temperaturempfindliches Stellorgan wie ein Bimetall *anschließen. Beispielsweise kann das Drosselorgan nach Art einer Diermeierschen Abgasklappe durch ein Bimetallblatt an seinem Träger angelenkt sein. Der Vorzug solcher Drosselanordnungen liegt in ihrer Unkompliziertheit, ihren geringen Kosten und ihrer nahezu beliebigen Ausbildung und Anordnung. Zudem lassen sich lediglich "durch das einfach auszubildende und möglicherweise auszuwechselnde Bimetallelement der Schwenkweg und das Öffnungsprogramm in Abhängigkeit von der Temperatur fest vorgeben. Unter dem Begriff "Bimetallelement" sollen auch andere aus mehreren Metallen mit unterschiedlichem Dehnungsverhalten zusammengesetzte Steuerelemente wie Trimetallelemente verstanden werden. Es können auch andere, z.B. pneumatische Steuerelemente zum Einsatz kommen, die irgendeine Abmessung mit der Temperatur ändern.

* element

Ι Vor allem für den Einsatz bei Wärmepumpen kann es von Bedeutung sein, daß das Drosselorgan in seiner Schließstellung auf die untere Temperaturgrenze eines nachgeschalteten Heizaggregates eingestellt ist. Man braucht also nur die Ausgangsstellung einzujustieren und ist dann sicher, daß bei Gesamttemperaturen um ca. 3° C alle Strömungswege abgeschlossen sind und die Wärmepumpe selbsttätig schon wegen mangelnder Saugleistung abschaltet.

Um jedoch eine genauere Einregelung der Mischtemperatur zu ermöglichen und eine hinreichende öffnung wenigstens einiger Strömungsquerschnitte unabhängig von der Temperatur sicherzustellen, empfiehlt es sich, Temperaturtaster in einzelnen Strömungswegen und ggf. der Mischströmung an ein gemeinsames Steuergerät anzuschließen, das mittels einer Vergleichsanordnung die Mengen der einzelnen Primärluftströme wenigstens annährend optimal einregelt. Geeignete Temperatur-Auswertgeräte, Mischkammerregler und dgl. sind dem Fachmann ebenso bekannt wie der Einsatz von Rechnern zur Erzielung größter Regelgenauigkeit.

Wenn bei scharfer Aussteuerung nach Temperaturwerten nur ein oder zu wenige Strömungswege geöffnet bleiben, könnte es vorkommen, daß ein nachgeschaltetes Sauggebläse unnötig gedrosselt wird. Dies läßt sich ohne weitere Steuervorgänge dadurch beheben, daß zwischen einzelnen Strömungswegen Differenzdruck-Ventileinrichtungen geschaltet werden, die selbst ein zusätzliches Anschalten weiterer Strömungswege bewirken können.

Es empfiehlt sich, mehrere Einzelkanäle für Primärluftströme jeweils an eine Sammelleitung anzuschließen, die mittelbar oder unmittelbar zu einer Mischkammer führt bzw. ■ eine solche bildet und eingangs- und/oder ausgangsseitig mit Regelvorrichtungen bestückt ist. Auf diese Weise

■^32757

O i - 11 -

wird die Steuerung und die Führung der Luftströme vereinfacht. Man kann auch mehrere Steuerungen hintereinander schalten, etwa eine erste beim Eintritt in die zugehörige Sammelleitung und die zweite beim Austritt aus dieser in einen nachgeschalteten Mischraum oder eine Hauptleitung. An beiden Steuerstellen vorgesehene unterschiedliche Regelvorrichtungen können dabei eine Vergleichmäßigung des Gesamtregelvorganges bewirken.

Für ein Energiedach mit quer zum First unter der Dachhaut ansteigend verlegten Einzel-Kanälen lassen sich erfindungsgemäß die Einzel-Kanäle an wenigstens eine zum Dachfirst längslaufend verlegte Sammelleitung anschließen. Die Sammelleitung bildet dann selbst einen Mischraum, dessen Mischintensität mit der Länge des Strömungsweges steigt.

Vorzugsweise werden längs des Firstes wenigstens zwei getrennte Sammelleitungen für die zu dessen beiden' Seiten angebrachten Einzelkanäle verlegt, um etwa Sonnenseite und Schattenseite voneinander zu trennen. Es kann aber auch die ig_ngslaufende Sammelleitung wenigstens einmal quer unterteilt werden, wenn man etwa von der Mitte der Sammelleitung die Luft abführt und die beiden Zweige durch gesonderte Regelelemente anschließt.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Sammelleitung bzw. die Sammelleitungen in einer außen auf dem Dachfirst längslaufenden Haube unterzubringen. Man muß dann nur eine dort ohnehin vorhandene Firsthaube in besonderer Weise ausgestalten.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, am Ende der Einzelkanäle unabhängig von den anderen, insbesondere durch Bimetalle verstellbare Drosselvorrichtungen anzubringen und die Sammelleitungen auslaßseitig an. eine Vergleichssteuerung anzuschließen. Auf diese Weise wird bereits von

den Einzelkanälen her vordosiert und am Ausgang' der Sammelleitungen dann mit größerer Exaktheit eingeregelt.

Die Zeichnung gibt die Erfindung beispielsweise wieder. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein mit einem Energiedach versehenes Haus mit einer Wärmepumpe, der eine erfindungsgemäße Anordnung vorgeschaltet ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Strömungswege,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit

einer abgewandelten erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 4 eine räumliche schematische Darstellung einzelner Strömungswege der Ausführung Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Dachfirst mit am Ende der Einzelkanäle angeordneten Bimetallgesteuerten Drosselklappen und

Fig. 6 eine schematische fäumliche Darstellung mit mehrerer durch Bimetallblätter an einer gemeinsamen Tragleiste angeschlossener Drosselklappen.
■ " '

Nach Fig. 1 ist das teilweise im Querschnitt gezeigte Gehäuse 1 durch ein Energiedach 2 überdeckt, dessen Dachsparren 4 auf den Auflagebalken 5 der Seitenwände und dem Firstbalken 3 aufliegen. Unmittelbar auf den Dachsparren liegen großflächige tragende Isolierplatten 7, die homogen aus einem entsprechend verformungssteifen und

und widerstandsfähigen Isolierstoff bestehen oder auch durch eine Verbindung mehrerer Stoffe gebildet sein können, In die Oberseite der Isolierplatten 7 sind quer zum Dachfirst verlaufende Einzelkanäle 8 bzw. 81 in Form rechteckiger Nuten mit einem Querschnitt in der Größenordnung 20 bis 100 cm² eingeformt und durch die aus gut wärmeleitendem Werkstoff bestehende Dachhaut 9 überdeckt, die beispielsweise durch einzelne Dachplatten aus Kupfer gebildet sein kann.

Zum unteren Ende des Daches hin sind.im Bereich der nutenförmigen Einzelkanäle 8 der in Fig. 1 linken Dachhälfte bzw. 81 in der rechten Dachhälfte in den Isolierplatten Durchbrechungen 11 vorgesehen, durch welche hindurch erwärmte bzw. angesaugte Luft etwa entsprechend den Pfeilen 12 in die Einzelkanäle 8, 81 aufsteigen kann. Am oberen Ende münden die Einzelkanäle 8,81 in eine, längslaufende Firsthaube 13, die in ihrem Innenraum an ihren Enden, aber auch an ihren Längsrändern mit der Umgebungsluft auf der Dachhaut 9 in Verbindung stehen kann.

Parallel zum Firstbalken 3 sind unter dem Dach zwei Sammelleitungen 14,15 angebracht, die jeweils über erste Anschlußleitungen 16 mit jedem der Einzelkanäle 8 bzw.ßi in Verbindung sind. Ober Zwischenleitungen 17, 171 sind die beiden Sammelleitungen mit einem Vorschaltaggregat 18 in Verbindung, das über eine Hauptleitung 19 an eine Wärmepumpe 20 angeschlossen ist.

Das Vorschaltaggregat 18 weist zwei Einlaßkammern 21,22 auf j eine ggf. mit statischen Mischerelementen besetzte ' Mischkammer 23 und einen Wärmetauscher 24 auf. Zwischen den Einlaßkammern 21,22, die verbindungsmäßig den Sammelleitungen 14,15 zugerechnet werden, und der Mischkammer 23 sind Schwenkklappen-Auslaßventile 25, 251 angebracht, die über Stellmotoren 26, 261 nach Vorgabe durch ein

- 14 -

Steuergerät 27 eingestellt werden, das Informationen aus den Temperaturtastern 28, 281 der Vorkammern 21,22 und 29 der Hauptleitung 19 erhält. Durch eine hier nicht weiter geschilderte elektrische Vergleichsanordnung, die auch einen Rechner umfassen kann, werden zunächst die Informat ionen der Temperaturtaster 28 verglichen und danach die Stellmotoren 26, etwa durch eine Abgleichsteuerung, so gesteuert, daß die Öffnungsquerschnitte zwischen den Einlaßkammern 21,22 einerseits und der Mischkammer 23 andererseits entgegengesetzt zur Temperatur in den beiden Einlaßkammern bzw. in Sammelleitungen 14,15 eingestellt werden. Eine weitere Kontrolle erfolgt durch den Temperaturtaster 29, der eine Nachregelung der beiden Ventile bewirken kann, um der Wärmepumpe 20 einen Primärluftstrom möglichst gleichbleibender Temperatur zuführen zu können.

15

Die hier gewählte.Regelung ausschließlich nach der Tempe-. ratur der einzelnen Luftströme ist verhältnismäßig einfach. Sie kann jedoch ergänzt werden durch Messung anderer Faktoren wie der in der Zeiteinheit geförderten Wärmemenge, was dann allerdings wenigstens die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten voraussetzt.

Das Steuergerät 27 steuert auch die Wärmepumpe 20 mit ihrem Wärmetauscher 31 und dem Sauggebläse 32, das auch 5 unabhängig vom Pumpenbetrieb in Gang gesetzt werden kann, um in der wärmeren Jahreszeit ohne sonstigen Wärmepumpenbetrieb der durchgeförderten Luft im Wärmetauscher 24 unmittelbar Wärme entziehen zu können. Dieser Wärmetauscher muß nicht unbedingt in der dargestellten Weise im Haupt-' Stromkreis angeordnet sein, sondern läßt sich auch im Nebenkreis, etwa parallel' zur Wärmepumpe anbringen und beispielsweise imSommer zur Warmwasserbereitung verwenden.

Im normalen Heizbetrieb mit Wärmepumpe 20 saugt das Gebläse 32 aus der Hauptleitung 19 Primärluft an und drückt

sie durch den Wärmetauscher 31 der Wärmepumpe 20 in den Auslaßschacht 34, der auch durch das Dach oder an änderen Stellen nach außen geführt sein kann, um den Saugbereich der Primärluft nicht zu beeinflussen.

Das Sauggebläse 32 saugt die gemäß den Pfeilen 12 aufsteigende Luft durch die Aussparungen 11 in die Einzelkanäle 8,81 ein und durch diese hindurch unter der wärmeleitenden Dachhaut 9 nach oben. Da bei Temperaturen über Null gemäß der durch die Pfeile 33 angedeuteten Einstrahlung Wärme aus dem Umweltbereich an die Dachhaut abgegeben wird, wirken die Einzelkanäle 8 in Verbindung mit den sie überdeckenden Elementen der Dachhaut 9 als Wärmetauscher, die eine begrenzte Wärmemenge aufnehmen. Diese Wärmeaufnahme kann aber örtlich unterschiedlich sein, jenachdem, ob die Sonne auf die linke oder auf die rechte Dachhälfte in Fig. 1 scheint bzw. ob der eine oder andere Teil des Daches mehr als der andere im Schatten liegt.

Wenn beispielsweise die Luft in den Einzelkanälen 8 stärker erwärmt wird als in den Einzelkanälen 81 , so ist auch die Temperatur in den Anschlußleitungen 16, der Sammelleitung 14, der Zwischenleitung 17 und dem Einlaßraum 21 größer als in den anderen, von den Einzelkanälen 81 ausgehenden Strömungswegen. Da das Steuergerät 27 bestrebt ist, der Wärmepumpe möglichst stark vorgewärmte Luft zuzuführen, wird normalerweise, wie sich das am besten an. Hand von Fig. 2 verfolgen läßt, das Auslaßventil 25 der Einlaßkammer 21 voll geöffnet werden, während das Auslaßventil 251 der Einlaßkammer 22 zunächst ganz geschlossen bleibt. Wenn dann durch den Saugbetrieb die Temperatur in der Einlaßkammer 21 absinkt, die Temperaturdifferenz zwischen beiden Einlaßkammern also verringert, kann allmählich das Auslaßventil 251 stärker geöffnet wurden. Dieses Regelverhalten kann durch Vorprogrammierung eingegeben werden, erfolgt also selbsttätig.

Diese selbsttätige Nachregulierung erfolgt auch stets dann, wenn sich die Aufheizungsverhältnisse zwischen den beiden Dachseiten ändern, die Sonne also bei ihrer Tageswanderung von einer Dachseite zur anderen gelangt, bis die Luft in den Einzelkanälen 81 und der Sammelleitung 15 stärker erwärmt wird als in den Einzelkanälen 8 und der Sammelleitung 14 und schließlich das Auslaßventil 251 ganz geöffnet ist, während das Auslaßventil 25 ganz geschlossen hat.

' Wie vor allem Fig. 2 erkennen läßt, können grundsätzlich die beiden Zweige der Sammelleitungen 14 und 15 gesondert durch selbsttätig temperaturabhängig gesteuerte Ventilelemente an die Zwischenleitunge_n1 7, 171 angeschlossen werden. Dies hat Bedeutung für den Fall, daß die beiden Dachhälften unterschiedlicher Wärmeeinwirkung ausgesetzt sind, wenn beispielsweise der Schatten eines Baumes oder eines Hochhauses auf einen Teil der beiden Dachhälften fällt.

Ebenso zeigt Fig. 2, daß man Regelvorrichtungen grundsätzlich zwischen allen Einzelkanälen 8,81 und den Sammelleitungen 14,15 einschalten kann, wobei sich zweckmäßigerweise die Metall-Regelelemente einsetzen lassen, wie sie in brauchbarer Ausführung die Fig. 4 und 6 zeigen. Je länger die nachgeschaltete Leitung ist, um so besser ist die Durchmischung. Gesonderte Mischerelemente sind daher nur dort erforderlich, wo die Wegstrecke bis zum anschließenden Meßpunkt, etwa dem Temperaturtaster 29 bzw. bis zum Eintritt in die Wärmepumpe etwa so kurz ist, wie dies in Fig. 1 dargestellt wird.

Eine abgewandelte Ausführung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung zeigen die Fig. 3 und 4, wo einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dort ist die schalenförmige Firsthaube 131

-M-

einmal nach außen wärmeisoliert und zum anderen zur Bildung der beiden Sammelleitungen 141,151 durch eine mittlere längslaufende Trennwand 35 unterteilt.

Die Zwischenleitung3n17,171 sind als Schächte mit langgestrecktem Rechteckquerschnitt ausgebildet, deren obere, geöffnete Enden so zahnförmig ausgebildet sein können,, daß sich Bodenöffnungen der Sammelleitungen für die Zwischenleitungen 17,171 mit den oberen Verbindungsöffnungen für die Einzelkanäle 8,81 in Firstlängsrichtung abwechseln.

Man kann allerdings dort auch die Einzelkanäle unmittelbar in die Seitenwände der Zwischenleitungen 17,171 einmünden lassen, so daß deren ganzer oberer Querschnitt für die Zuführung aus den Sfunnelleitungen 141,151 geöffnet bleibt. * .

15

Die wiederum als Schwenkklappenventile ausgebildeten Aus-, laßventile 25 sind hier am unteren Ende der Zwischenleitungen 17,171 angebracht, und eine vergrößerte Mischkammer 23 ist nur im unteren Teil durch Mischerelemente 231 und /oder ein Luftfilter angefüllt.

Dem Vorschaltaggregat ist hier ein nachgeschalteter Ventilator 36 zugeordnet, der die Mischungen der verschiedenen Luftströme verbessert, die Temperatur der Primärluft vergleichmäßigt, dadurch die Regelgenauigkeit steigert und es schließlich ermöglicht, der Wärmepumpe schon die Primärluft mit angemessenem Zuführdruck zuzuleiten. Dies hat besondere Bedeutung für den Fall, daß die Wärmepumpe entfernt angeordnet ist oder daß man dem gleichen Vorschaltaggregat mehrere Wärmepumpen nachschaltet, die in unterschiedlicher Entfernung angeschlossen sind, so daß sich nach Belieben die eine oder andere Wärmepumpe in Betrieb nehmen läßt. Ebenso ist hier der Ventilator 36 für den Betrieb des Wärmetauschers 24 von wesentlicher Bedeutung.

Bei ungünstiger Temperaturverteilung, wenn also nur eine der beiden Sammelleitungen 141,151 oder nur ein Zweig dieser Sammelleitungen angeschlossen ist, kann sich in dieser Leitung ein zu starker Unterdruck bilden und auf den eingeschalteten Strömungswgen die Luftgeschw^indigkeit zu groß werden. Um hier einen selbsttätigen Ausgleich zu schaffen, läßt sich in der Trennwand 35 ein Überströmventil 37 vorsehen, etwa eine schwenkbare Klappe, die durch Federn in ihre Mittellage vorgespannt wird und bei einer bestimmten Druckdifferenz eben zur Seite ausweicht und einen Durchströmquerschnitt öffnet.. Bei der Ausführung Fig. 3 und 4 muß zum Unterschied von der erstbeschriebenen Ausführung die Firsthaube 13 an ihren Stirnenden sowie zu ihren Sgitenrändern dicht abgeschlossen sein. Eskönnen jedoch auch in den Stirnwänden entsprechende Ausgleichselemente vorgesehen sein.

Wie Fig. 5 zeigt, lassen sich die oberen Enden der Einzelkanäle 8 und 81 durch Ventilklappen 38 verschließen, die durch ein temperaturempfindliches Element selbsttätig derart gesteuert werden, daß sie bei einer Temperatur von ca. + 3°C, also der wirtschaftLichern Betriebsgrenze einer Luft-Wärmepumpe, die links in der Zeichnung dargestellte Schließstellung für die Einzelkanäle 8 einnehmen, aber bei Erwärmung gemäß Pfeil 39 allmählich in die rechts dargestellte Öffnungsstellung für die Einzelkanäle 81 aufgeschwenkt wer-" den. Im Zwischenbereich erfolgt dann selbständig eine verhältnisgleiche Einregelung der verschiedenen Luftströme.

Wenigstens eine begrenzte Anzahl der Klappen 38 läßt sich gemäß Fig.oaneiner gemeinsamen Tragleiste 41 schwenkbar lagern. Auch diese Lagerung kann zudem ein Bimetall- oder Trimetallstreifen 42 übernehmen, wie dies in ähnlicher Form bei der Diermeierschen Abgasklappe' bekannt ist.

Es muß auch die Klappe 38 nicht unbedingt am Ende der Ein-

zelkanäle 8,81 angebracht sein. Man kann beispielsweise die Leiste 41 in eine Nut 43 einstecken, die im übrigen zum Einhängen metallischer Dachplatten 44 dient. Dabei ist der Abstand zum Kanalende von untergeordneter Bedeutung.

Abweichend von den dargestellten Ausführungen können der Ventilator 36 und der Wärmetauscher 24 in größerem Abstand stromabwärts von der Ventil- oder Mischeinrichtung angebracht sein. Es läßt sich auch der Wärmetauscher 31 der Wärmepumpe aus deren Gehäuse herauslösen und an geeigneter Stelle in der Hauptleitung 19 anordnen, die dann verhältnismäßig kurz ausgebildet sein kann, so daß sich der Auslaßkanal 34.direkt durch das Dach hindurch nach außen führen läßt.

Mit der Primärluft läßt sich in der Wärmepumpe nach Belieben Sekundärluft oder Heizflüssigkeit -aufheizen. Sie kann ebensogut zum Betrieb der Kühlanlage einer Klimaeinrichtung, im Prinzip auch unmittelbar zur Heizung oder Kühlung von Räumen herangezogen werden.

Anstelle der gezeigten Klappenventile lassen sich andere geeignete Ventilelemente verwenden, die nach Bedarf elektronisch, thermisch oder pneumatisch gesteuert werden. Man kann auch die Stautemperatur an irgendeiner geeigneten Stelle im First messen und dadurch den Ventilator oder die Ventilelemente steuern.

Die Erfindung ist auch keineswegs auf die Anwendung in Verbindung mit Energiedächern beschränkt, sondern läßt sich überall dort einsetzen, wo aus der Umgebung abgezogene oder durch die Umgebungstemperatur erwärmte Luft als Primärluft benützt wird. Beispielsweise kann man Einzelkanäle in ähnlicher Weise, wie dies für das Dach gezeigt ist, auch an den Außenwänden eines Gebäudes anbringen oder die Luft durch irgendwie im Garten verlegte Leitun-

gen oder Kanäle hindurchfördern, und zwar kommen hier unter und über der Erde und unter Wasser verlegte.Leitungen in Betracht. Wie groß auch die Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Luftströmungen sein mögen, in aller
Regel läßt sich durch Steuerung von Auslaßventilen eine
solche Mischtemperatur erzielen, daß optimale Wärmemengen gewonnen werden können.

Claims

-y-

18.08.1981/3 23 G 2536 VNR: 100 986

Horst Glaser

Söflinger Str. 208

7900 Ulm/Donau

Verfahren und Anordnung zum Gewinnen von

Heiz- und /oder Kühlenergie aus der Umwelt

Ansprüche

_n

/1./Verfahren zum Gewinnen von Heiz- und/oder Kühlenergie aus der Umwelt, wobei mehrere^, vorzugsweise an Grenz-* flächen eines Gebäudes entlang und stromabwärts zusammengeführte und vermischte Primärluftströme einem gemeinsamen Wärmetauscher zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluftströme vor Eintritt in den Wärmetauscher durch unterschiedliche Mengenregelung in Abhängigkeit ihrer Temperaturen bzw. Wärmemengen gemischt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatur und/oder Wärmeenergie der einzelnen Primärluftströme getrennt ertastet und unabhängig voneinander zur Regelung ihres Strömungsquerschnittes verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der einzelnen Primärluftströme miteinander verglichen und nach dem Vergleichswert bzw. den Vergleichswerten die Einzelmengen der zusammengeführten Primär luftströme eingeregelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen der einzelnen Primärluftströine durch Drosseln ihrer Strömungsquerschnitte eingeregelt werden.
5. Anordnung zum Gewinnen von Heiz- und/oder Kühlenergie aus der Umwelt, mit mehreren, vorzugsweise an Grenzflächen eines Gebäudes entlanggeführten und vor einem Wärmetauscher zusammengeführten Strömungswegen für einzelne Primärluftströme, insbesondere zum Ausüben des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher (24,31) eine in Abhängigkeit von Temperatur- und/ oder Wärmemenge der einzelnen Primärluftströme steuerbare Mischanordnungen (25,251,23) zum Einregeln einer angestrebten optimalen Mischtemperatur des resultierenden Primärluftstromes (19) vorgeschaltet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaß einzelner Strömungswege (8,81) der Primärluft in Abhängigkeit von der im jeweiligen Strömungsweg ertasteten Temperatur selbsttätig verstellbare Drosselorgane (38) angebracht sind (Fig. 5,6).
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselorgane (38), insbesondere Drosselklappen, unmittelbar an ein temperaturempfindliches Stellorgan wie ein Bimetallelement (42) angeschlossen ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (38) nach Art einer Diermeierschen-Abgasklappe durch ein Bimetallblatt (42) an seinem Träger (41) angelenkt ist.
9. Anordnung nach Anspruch 6,7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (38) in seiner Schließstellung auf die untere Temperaturgrenze eines nachgeschalteten Heizaggregates wie eine Wärmepumpe eingestellt ist.

32757
10. Anordnung.nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturtaster (28,281,29) in einzelnen Strömungswegen (14,15) und ggf. der Mischströmung (19) an ein gemeinsames Steuergerät (27) angeschlossen sind, das mittels einer Vergleichsanordnung die Mengen der einzelnen Primärluftströme wenigstens annährend optimal einregelt.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, mit einem gemeinsamen Sauggebläse (32,36), gekennzeichnet durch zwischen einzelnen Strömungswegen eingeschaltete Differenzdruck-Ventileinrichtungen (37) .
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Primärluftströme für Einzelkanäle (8,81) jeweils an eine Sammelleitung (14,15,141; 151) angeschlossen sind, die mittelbar oder unmittelbar zu einer Mischkammer (23) führt bzw. eine solche bildet und eingangs- und/oder ausgangsseitig mit Regelvorrichtungen (38,25) bestückt ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, für ein Energiedach mit quer zum First unter der Dachhaut ansteigend verlegten . Einzel-Kanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkanäle (8,81) an wenigstens eine zum Dachfirst längslaufend verlegte Sammelleitung (14,15, 141, 151) angeschlossen sind.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Firstes (3,13) wenigstens zwei getrennte Sammelleitungen (14,15) für die zu dessen beiden Seiten angebrachten Einzelkanälen (8,81) verlegt sind.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine längslaufende Sammelleitung (14,15) wenigstens einmal querunterteilt ist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung bzw. Sammelleitungen (14,15) in einer außen auf dem Dachfirst längslaufenden Haube (131) untergebracht ist bzw. sind.
17. Anorndung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Einzelkanäle (8,81) unabhängig von den anderen, insbesondere durch Bimetalle (42) verstellbare Drosselvorrichtungen (38) angebracht und die Sammelleitungen (14,15, 141,151) auslaßseitig an eine Vergleichs-Steuerung (25,251,27) angeschlossen sind.