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Anlage zum wenigstens teilweisen Decken
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des Energiebedarfes (Wärme) von Räumen Die Erfindung betrifft eine
Anlage, so wie diese im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben ist.
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Anlagen zur Deckung oder Ergänzung des WM.rmeenergiebedarms, insbesondere
zum Erwärmen von Räumen oder Aufheizen von gasförmigen bzw. flüssigen Wärmeträgern,
sind vielfältig bekannt. Im allgemein verwendet man Solarzellen und nutzt die damit
eingefangene Sonnenenergie aus. Man heizt auch Wärmeträgerflüssigkeit auf und führt
sie einem Wärmespeicher zu. Außerdem ist es bekannt, Erdwärme auszunutzen, indem
man ein Rohrsystem mit einem erheblichen Kostenaufwand in die Erde verlegt, einen
durchfließenden Wärmeträger aufheizt und die so gewonnene Energie über eine Wärmepumpe
nutzbar macht.
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Bekannt sind auch normale Wände als Wärmespeicher.
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Ferner kann man Luft, Zu-/Abwasser, Niederschlag (Regenrinnen) als
Wärmespender nutzen.
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Nachteilig bei diesen bekannten Anlagen ist, daß bei deren Erstellung
(Herstellung und Einbau) der Kostenaufwand so hoch ist, daß sich dieser erst ausgezahlt
hat, wenn die Anlage erneuert werden muß.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zu schaffen die alle vorhandenen
Energiequellen (Wärmeenergieträger) nutzt, wobei die die Wärme aufnehmenden (Wärmeträger)
bzw. die die Wärme weiterleitenden (feste, flüssige, gasförmige) Mittel anwendbar
sind bzw. sich z.B. aus einfachen Materialien (z.B. bekannte Baustoffe oder dgl.)
billigst und wenig raumaufwendig herstellbar sind.
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Gelöst wird die gestellte Aufgabe insbesondere durch die kennzeichnenden
Merkmale der Ansprüche 1, 8, 9, 10, 11, 15, 21 sowie die aller weiteren Unteransprüche.
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Durch die erfindungsgemäße Anlage, die insbesondere auch für Fertighäuser
aber auch für Fabrikanlagen anwendbar ist, wird insbesondere optimal die Strahlungsenergie
der Sonne ausgenutzt. Außerdem werden die sonst mit dem Abwasser abgeleiteten Wärmemengen
wenigstens teilweise ausgenutzt und außerdem kann die Erdwärme eingefangen und nutzbar
gemacht werden. Damit ist eine optimale
Energieeinsparung erreicht,
so daß es in vielen Fällen keiner sonstigen Wärmequellen bedarf, die beispielsweise
mit festen oder flüssigen Brennstoffen beschickt werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
und der Zeichnung und zwar zeigt: Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein schematisch
angedeutetes Wohnhaus mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen, nämlich Anordnung einer
Mehrfachverglasung als Verlängerung des Daches, Anbringen einer Wand mit Wärmerückhaltvermögen
sowie eine z.B. Warmluft auffangende Kammer und eine Wärmetauscheranlage, Fig. 2
einen Längsschnitt aus Rohren gebildete Wand mit einer Wärmeisolierung, Fig. 3 im
Horizontalschnitt (z.B. auf halber Höhe) eine Wand mit einer Solar-Jalousie, Fig.
4 rein schematisch die Anordnung einer Linse vor einem einen Wärmeträger führenden
Rohr, Fig. 5 rein schematisch eine endlose Solar-Jalousie, Fig. 6 bis 9 schematisch
ein Fundament mit Wärmespeichermitteln der unterschiedlichsten Art, Fig.10 Grundriß
eines Hauses mit Luftkanälenund Fig.11 und 12 Ausführungsformen von reflektierenden
Blechen.
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*durch eine
Das in Fig. 1 dargestellte Haus ist in
Verlängerung der Dachfläche 8 auf einer Seite mit z.B. einer Doppelverglasung 1
versehen. Durch diese Glasschicht 1 können Sonnenstrahlen (s. die angedeuteten Pfeile)
hindurchtreten. Sie treffen auf eine Wand 2, in der wahlweise nur Rohre 14 oder
Kanäle 3a bzw. Schlitze 4 vorgesehen sind; in diesen vorbeschriebenen Anordnungen
fließen ärmeträgermittel wie Luft oder Wärmeträgerflüssigkeiten wie Öl, Wasser,
mit Frostschutzmitteln durchsetztes Wasser usw. Durch die Wärmeeinstrahlung werden
die Wärmeträgermittel aufgeheizt und strömen unter Verwendung einer Pumpe, eines
Ventilators oder dgl. an eine gevrünschte Stelle. Beispielsweise könnten flüssige
Wärmeträger unmittelbar in die Radiatoren gelangen. Verwendet man Luft als Wärmeträger,
dann könnte diese z.B.
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/in durch Luftschächte, ähnlich einer LuStheizung,/die jeweiligen
Räume verbracht werden. Oder man sammelt die Luft in der Kammer 6, die isoliert
ist und fördert sie je nach Bedarf an die gewünschten Stellen.
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Es ist aber auch möglich, die aufgeheizten Medien einem \ärmetauscher
7 zuzuleiten, der über ein angedeutetes Abflußrohr 15 das z.B. erwärmte Wasser den
Radiatoren zuleitet.
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Der Wand 2 ist im gezeigten Beispiel ein Speicherrohr 5 vorgeschaltet.
Auch hier entwickelt sich z.B. Warmluft, die mittels eines Ventilators 13 an die
gewünschte Stelle geleitet werden kann.
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Das gesamte System ist hier oberhalb der Decke 11 unter gebracht.
Es ist verständlich, daß alle Räume im erforderlichen Sinne isoliert werden; beispielsweise
werden an sich bekannte Isoliermaterialschichten 9 dort angebracht.
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Angedeutet ist eine Anstrahlfläche 22a, d.h. die Wand 2 muß nicht
senkrecht, sondern kann auch schräg stehen.
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Die auftreffenden Sonnenstrahlen haben bei der Anstrahlfläche 22a
einen größeren Wirkungsgrad als beim Anstrahlen der senkrecht stehenden Anstrahlfläche
22 der Wand 2.
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Es sind noch die Stützwände 10, 10a erkennbar.
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Die Glaswand 1 sollte möglichst steil aufgestellt werden, damit sich
Schnee nicht festsetzen kann.
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Die gezeigten Kanäle 3a, Rohre 14 und Schlitze 4 können auch eine
andere Querschnittsform haben. Zweckmäßig sind sie mehr nach vorn in Richtung zu
den einfallenden Sonnenstrahlen
gelenkt. Nicht dargestellt sind
die Fördermittel für die Wärmeträger.
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Die Anstrahiflächen 22, 22a können erfindungsgemäß auch gewölbt sein;
sie können zwecks Erhöhung der Oberfläche mit Rippen versehen sein. Sie können auch
dreieckförmig ausgerichtet werden bzw. wellig sein.
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Statt der in Fig. 1 gezeigten Wand kann auch eine aus Rohren bestehende
Wand nach Fig. 2 Verwendung finden.
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Dabei muß diese Wand nicht aus liegenden Rohren bestehen.
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Die Rohre können auch senkrecht angeordnet sein. Sie müssen sich nicht
unbedingt berühren. Im den Sonnenstrahlen abgekehrten Teil wird man zweckmäßig einen
Isolierrahmen 24 vorsehen. Zwischengefügt werden kann Isoliermaterial 25.
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Durch den Pfeil 29 soll angedeutet werden, daß man die Wand auch verschieben
kann. Dies kann dadurch geschehen, daß man diese Wand im oberen Bereich aufhängt
und im unteren Bereich z.B. über einen bogenförmigen Zahnkranz mit bogenförmiger
Zahnstange verschwenkt oder sonst bekannte Mittel anwendet.
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In Fig. 3 ist eine Wand 17 gezeigt, bestehend aus einer starken Wand
19 (gut isoliert) und einer schwachen Wand 20, die als Wärmeaufnahmewand bezeichnet
werden soll und durch die die Sonnenstrahlen in Wärme umgesetzt werden, wodurch
ein z.B. flüssiger Wärmeträger 21 aufgeheizt wird. Der Aufnahmeraum 33 kann auch
in mehrere Räume unterteilt werden. Auch die Querschnittsform kann eine andere sein.
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Der Wand 20 ist eine Solar-Jalousie vorgeschaltet, die in senkrechter
Richtung auf- und zugemacht werden kann.
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Im gezeigten Zustand ist sie heruntergelassen und deckt die Wand 20
ab, so daß keine Sonnenstrahnen eindringen können. Aus diesem Grunde kann die Außenfläche
weiß gestrichen sein. Wird die Jalousie aufgerollt, treffen die Sonnenstrahlen auf
die Wand 20 und der Aufheizprozeß beginnt.
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Eine solche Solar-Jalousie 16 könnte man aber auch z.B.
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schwarz einfärben oder aus dunklem Material herstellen, so daß sie
einen Wärmerückhalt bedeutet; liegt diese Solar-Jalousie 16 nun an der Wand 20 an
(kann ein dünnes Blech sein), ergibt sich ein besonders intensiver Aufheizungseffekt.
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An einzelnen Stellen - 5. Fig. 4 - kann man auch linsenähnliche Körper
(Sammellinseu3JZ vorschalten und die ent-*intensiversprechenden Kammern oder Räume
- hier ein Rohr 23 - aufheizen, wodurch das sich im Rohr 23 befindliche Medium ebenfalls
aufgeheizt wird. Es fließt oder strömt dann, wie vorbeschrieben, unmittelbar in
die Räume oder in eine Kammer 6 oder in einen Wärmetauscher 7, der Brauch-oder Heizwasser
erwärmt.
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Eine Solar-Jalousie 34 ist schematisch in Fig. 5 gezeigt.
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Zwischen antreibbaren Walzen 28 (Führungsrollen) ist ein Endlosband
gespannt. Es kann mit einer schwarzen Schicht 27 und einer weißen Schicht 26 versehen
sein. Befindet sich die weiße Schicht 26 im Sonneneinstrahlbereich, werden die Sonnenstrahlen
reflektiert. Der Innenraum 30 wird kaum aufgeheizt. Er dient zum Unterbringen z.B.
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einer Wand oder Teilenvon Wänden bzw. von Rohren usw.
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In diesen Rohren strömt wieder das Wärmeträgermedium, es wird aufgeheizt
und gibt die Wärme mittel- oder unmittelbar an die zu heizenden Räume ab.
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ssird die Dunkelfläche 27 angestrahlt, ist die Erwärmung intensiver,
als wenn man die Fläche 26 verwendet. Man kann natürlich die Solar-Jalousie auch
so stellen, daß z.B.
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die halbe Länge mit einer schwarzen Fläche und die andere tTalEte
mit einer weißen Fläche abgedeckt ist. Dazu treibt
man die Walzen
28 mit an sich bekannten Mitteln an. Das Antreiben dieser Walzen 28 kann auch automatisch
gesteuert werden, und zwar unter Verwendung der Sonneneinstrahlung, wobei bei intensiver
Sonneneinstrahlung der Antrieb der Walzen 28 solange erfolgt, bis z.B. ein Teil
der weißen Fläche auf scheint, wodurch der Aufheizprozeß im Innenraum 30 gemindert
wird. Abgedeckt werden kann die Solar-Jalousie 34 rundherum (bis auf den Teil, der
von der Sonne bestrahlt wird) aus Gründen einer Isolation.
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Fig. 6 zeigt schematisch ein Fundament 37; darin eingebracht ist ein
Kanal 40, in dem ein WärmeträgermediUm fließen kann. Außen ist im Erdreich 38 ein
Kanal 36 vorgesehen; einfängt die Erdwärme auf und gibt sie an den Kanal 40 ab.
Dabei kann der Kanal 36 unmittelbar am Fundament 37 anliegen oder eine Wand des
Kanals 40 sein.
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Rohre 35, die gebündelt oder im Abstand zueinander angeordnet sein
können, zeigt Fig. 7. Diese Rohre können unmittelbar einen Wärmeträger führen oder
geben die Wärme ähnlich ab, wie in Fig. 6 gezeigt. Im übrigen könnte auch der Kanal
37 einen Wärmeträger führen.
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In Fig. 8 ist eine ähnliche Anordnung gezeigt wie in Fig. 6; hier
wird aber ein Abwasserrohr39(oder eine Vielzahl
) durch den Kanal
36 geführt. der Wärmeträgermedien führt, so daß auch die Abwärme des Schmutzwassers
nutzbar gemacht werden kann.
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In Fig. 9 ist noch einmal eine ähnliche Anordnung gezeigt.
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Nur ist der Kanal 40 hier - ähnlich wie in Fig. 6 - im Fundament 37
untergebracht und die Abwasserrohre liegen im Kanal 40.
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Dieser Kanal 40 kann als Ringkanal ausgebildet sein und zieht sich
durch das gesamte Fundament des Hauses. Die gestrichelte Linie 41 soll andeuten,
daß sich der Kanal 40 auch oder nur in senkrechter Richtung erstrecken kann, und
zwar wiederum gegebenenfalls durch das gesamte Fundament.
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Zur Fig. 1 sei noch erläutert, daß die zweckmäßig isolierte Kammer
6 nicht nur ein Luftreservoir sein muß; es kann sich auch um ein Reservoir für flüssige
Medien (Wasser, Öl usw.) handeln bzw. können beide Arten also eine Kammer als Luftreservoir
und eine weitere Kammer als Reservoir für flüssige Medien angeordnet werden.
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Alle vorstehend gemachten Ausführungen sind sinngemäß anwendbar auch
für solche Häuser, Werkstätten usw., die ohne Keller gebaut werden, d.h. die Anordnung
der Kanäle wird dann verlagert in die Stützsäulen usw.
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In Fig. 10 ist schematisch an dem Grundriß eines Hauses angedeutet,
wie die Warmluftverteilung erfolgen kann.
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Die Luft kommt beispielsweise aus der Kammer 6, wie in Fig. 1 dargestellt
ist. Sie wird durch einen Sammelkanal 42 zu den einzelnen Verteilerstellen geleitet,
d.h. gabelt sich danach und gelangt durch Schächte 43, 44 in die einzelnen Räume,
wie dies im Prinzip bei sogenannten Luftheizungen bekannt ist. Diesen Schächten
43, 44 können wiederum bekannte Drosselklappen zugeordnet sein, so daß eine Temperaturregulierung
möglich ist.
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Sollten die Medien zu stark erhitzt sein, so besteht die Möglichkeit,
an bestimmten und gewünschten Stellen Frischluft zuzuführen, so daß eine angemessene,
wohltemperierte Luft bereits dem Sammelkanal 42 zugeführt wird.
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Als Materialien mit hohem Wärmerückhaltvermögen kommen z.B. Beton,
Asbestbeton, Ziegel, Schamott, isolierte Metallrohre und dgl. in Frage. Die aus
den vorgenannten Materialien hergestellten Fundamente, Wände und dgl.
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weisen entsprechende Hohlräume auf, in denen die Wärmeträger z.B.
Wärmeträgerflüssigkeiten wie Öl, Wasser, flssiger Kunststoff usw. geleitet werden.
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Bei allen Ausführungsformen wird man insbesondere Luft als Wärmeträger
verwenden, doch sind auch andere geeignete Gase hierfür denkbar.
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In Fig. i1 ist eine zu einem Trapezblech 47 im Abstand vorgesehene
Glaswand erkennbar. Dieses Trapezblech 47 kann im Abstand oder unmittelbar auf die
Wand gebracht werden, beispielsweise auf eine Betonvand 2 oder man ordnet Isoliermaterial
46 dahinter an und nachfolgend kann man wiederum eine Wand vorsehen oder auch nicht.
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Ein solches Trapezblech kann auf der zur Glaswand 1 weisenden Seite
geschwärzt sein und nach innen z.B.
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isoliert durch Isoliermaterial 46 wie Schaumstoff, Glaswolle usw.
oder man verwendet eine Betonwand 2 als Oberfläche für das Trapezblech 47. Zwischen
der Glaswand 1 und den Trapezblechen 47 entsteht ein Kanal und die dort erwärmte
Luft kann unmittelbar in Räume oder in ein Reservoir abgesaugt werden.
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Statt des hier gewählten Trapezbleches könnenBleche jeder anderen
Form Verwendung finden auch Halbschalen usw.
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Halbschalen sind beispielsweise in Fig. 12 gezeigt.
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Diese können aus Aluminiumblech bestehen oder ver-*abgedeckt sein
chromtes
Stahlblech usw. bzw. kann eine Silberschicht aufgebracht sein. Im Brennpunkt ist
ein Rohr 45 (z.B.
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Kupferrohr, Aluminiumrohr usw.) vorgesehen und in diesem Rohr befindet
sich ein Medium 21. Es ist verständlich, daß bei Sonneneinstrahlung die einzelnen
Rohre und damit das Medium stark erwärmt werden0 Eine solche Anordnung kann mit
einer Isolierschicht 46 auf der Rückseite versehen sein.
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Die Medien können auch hier einem Wärmetauscher zugeführt werden.
Solch einen Wärmetauscher wird man vor zugsweise frostunabhängig anordnen (am besten
das ganze System), beispielsweise hinter einer Speicherwand oder ähnlich.
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Man kann weiter das Medium, das bei Sonneneinstrahlunga aufgeheizt
ist, über Lüfter in die Innenräume bringen.
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Bei Nacht wird Wärme wieder abgegeben, ohne daß es zu großen Wärmeverlusten
kommt.
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Interessant ist auch eine Jalousie z.B. aus Kunststoff.
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Eine solche Jalousie läßt Licht- und Wärmestrahlen vorzugsweise in
einer Richtung durch. Diese Jalousie kann am Tage heruntergelassen werden und stellt
somit einmal einen Wärmeschutz, zum anderen eine Lichtquelle für die Räume dar.
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Weiter gehört es zur Erfindung, die Abwässerrohre im Durchmesser sehr
stark zu erweitern oder Behälter vorzusehen, so daß ein Wärmespeicher entsteht.
Um einen Rückstau zu verhindern, schaltet man entsprechende Ventile zwischen, die
beim Erreichen einer bestimmten Stauhöhe öffnen oder man verwendet einen bekannten
Überlauf.
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Die erfindungsgemäße Anlage zur monovalenten Beheizung von Räumen
über Luft/Luft oder Luft/Wasser-Wärmepumpe benötigt praktisch nur zusätzlich Strom
zu der vervendeten Sonnenenergie. Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang
auch, daß hier eine Wärmepumpe eingesetzt werden kann, was sonst nur von praktischer
Bedeutung ist, wenn ein fließendes Wasser oder ein Brunnen zur Verfügung steht.
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Erfindungsgemäß wird also bei der monovalenten Beheizung z.B. eines
Hauses jede Abwärme primär zur Versorgung einer Wärmepumpe genutzt, d. h. die Wärme
gelangt nicht nach außen,sondern wird gespeichert oder zurückgeführt.
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Dazu gehört erfindungsgem§ß auch die Ab luft im Hause, Zwangsbeluftung,
alle Arten von Abwässern, wobei selbst das normale Leitungswasser für eine Wärmepumpe
eine Nutzungsquelle darstellt; dieses Wasser zu verwenden, gehört ebenfalls zur
Erfindung. Des weiteren kann man alle Verlustwärmen aus elektrischen Geräten (KUhlaggregate
usw.) der Wärmepumpe zufi»iren.
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Die aus den Materialien (s. Seite 18 letzer Absatz) hergestellten
Bauteile können also Innen- oder Außenbauteile sein. Sie könnten auch in einem besonderen
Raum (Glashaus, Gewächshaus usw.) isoliert untergebracht werden.
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Soweit es sich um Rohrsysteme(z.B. Fig. 3) handelt, brauchen diese
nicht - wie in Fig. 2 dargestellt - von Isoliermaterial oder Wänden umgeben sein.
Dies wird man dann nicht tun, wenn die Wärme möglichst unmittelbar übernommen wird,
eine Wärmerückhaltung also nicht unbedingt erforderlich ist. Andererseits können
die Rohre natürlich auch dort, wo die Wärmeeinstrahlung nicht vorgenommen wird,
im Sinne nach Fig. 2 umkleidet sein und man könnte hier auch eine Jalousie vorsetzen,
die nach beendeter Wärmeaufnahme verhindert, daß die Wärme schnell abgestrahlt wird.
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Stückliste (Bestandteil der Anmeldung) 1 = Glas, Plexiglas, Kunststoff
oder dgl.
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2, 2a = Wand mit Wärmerückhaltvermögen 3 = Kanal, in dem Medien (Wärmeträger)
z.B. Luft hindurchströmen 4 = Schlitz, in dem Medien (Wärmeträger) z.B. Luft hindurchströmen
5 = Speicherrohr 6 = Kammer 7 = Wärmetauscher 8 = Dach, Dachfläche 9 = Isoliermaterialschicht
10,10a = Stützwand 11 = Decke 12 = Luftkanal 13 = Ventilator (Luftförderer) 14 =
Rohr, Durchtrittsöffnung, wo Medien (Wärmeträger) z.B.
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Luft hindurchströmen 15 = Verbindung (Rohr) zum Heizungssystem (Radiatoren
usw.) 16 = Solar-Jalousie 17 = Wand 18 = Führung für Jalousie 19 = Jalousiewand
20 = wärmeaufnehmende bzw. wärmedurchlässige Wand 21 = Medium (= Wärmeträger wie
Luft, Öl, Wasser, Wasser mit Frostschutzmittel oder eine sonstige Wärmeträgerflüssigkeit)
22, 22a = Anstrahlfläche der Wand 2 (Sonneneinstrahlung) 23 = Rohr beliebiger Querschnittsform
wie rund, mehreckig, oval usw.
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24 = Isolierrahmen 25 = Isoliermaterial 26 = weiße Deckschicht (oder
insgesamt weißes Material) 27 = schwarze Deckschicht (oder insgesamt schwarzes Material)
28 = Führungsrolle 29 = Pfeil = Kipprichtung 30 = Innenraum, verwendbar zum Unterbringen
einer Wand oder Teile einer Wand 31 = Isolierschicht 32 = linsenähnlicher Körper
(Sammellinse) 33 = Aufnahmeraum 34 = Solar-Jalousie 35 = Rohr 36 = Kanal 37 = Fundament
38 = Erdreich 39 = Abwasserrohr 40 = Kanal 41 = gestrichelte Linie 42 = Sammelkanal
43 = Schacht 44 = Schacht 44a = reflektierende Schicht z. B. Aluminium, Silberfolie
usw.
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45 = Rohr, Kanal 46 = Isolierschicht, Isoliermaterial, Schaumstoffschicht
47 = reflektierende Bleche z.B. in Trapezform, Halbbogenform, wellig usw.
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L e e r s e i t e