DE3335191A1 - Heizungsanlage - Google Patents

Description

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Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe

- 3 - Dipl.-lng. B. Pellmann

Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 3335191 8000 München 2

Tel.: 0 89-539653 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münc

28. September 1983

DE 3354

case R 19502,R

Josef Freund Seyring/Österreich

Heizungsanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage für Gebäude, welche mit einem im Niedertemperaturbereich arbeitenden Wärmespeicher versehen ist.

Energie, welche zur Beheizung von Gebäuden verwendet werden kann, steht häufig in zeitabhängig sehr schwankendem Ausmaß zur Verfügung. Hiezu kann beispielsweise auf den im Winter sehr stark schwankenden Einfall der Sonnenstrahlung, auf die durch Erzeugungs- und Verteilungskapazitäten bedingte Verfügbarkeit von Stadtgas und elektrischem Strom, sowie auf die in Abhängigkeit von der in der Heizperiode meist stark schwankenden Temperatur der die Wärme liefernden Quelle gleichfalls schwankende Leitungsfähigkeit von Wärmepumpen hingewiesen werden. Man sieht .deshalb Wärmespeicher vor, denen bei größerem Energieangebot Wärme zugeführt wird, welche dann in Zeitabschnitten, in denen ein nur geringes Energieangebot vorliegt, zur Beheizung der Gebäude entnommen werden kann. Im Hinblick auf die speziellen Eigenschaften verschiedener Energieformen bzw. Energieaufbereitungen, die für·die Beheizung von Gebäuden Verwendung finden, werden dabei in vielen Fällen im Niedertemperaturbereich arbeitende

Wärmespeicher eingesetzt. Hiebe! ergibt sich aber, bedingt durch die im Niedertemperaturbereich stattfindende Wärmespeicherung, ein großes Volumen der zur Speicherung der Wärme eingesetzten Masse, und es müssen demgemäß beim bisher üblichen Aufstellen solcher Wärmespeicher entsprechende Aufstellungsräume im Gebäude bereitgestellt werden, wodurch der Einsatz solcher Speicherzusätzlich zu den Gestehungskosten des Speichers selbst eine weitere Belastung durch die erforderliche Bereitstellung des Aufstellungsraumes erfährt. Darüberhinaus steht in vielen Fällen der für eine Aufstellung eines entsprechend leistungsfähigen Niedertemperatur-Wärmespeichers erforderliche Aufstellungsraum nicht zur Verfügung, sodaß von den Vorteilen einer Wärmespeicherung gar· nicht Gebrauch gemacht werden kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsanlage eingangs erwähnter Art zu schaffen, welche konstruktiv einfach konzipiert und einfach herstellbar ist und bei der Nachteile, wie sie vorstehend angeführt sind, nicht mehr vorliegen und auf einfache Weise eine Möglichkeit für die Wärmespeicherung vorgesehen ist.

Hierzu ist bei der.Heizungsanlage der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß als Wärmespeicher eine tragende Decke des Gebäudes, in der Leitungen zur Führung von Wärmeträns-

portmedium angeordnet sind und die im wesentlichen allseitig von Isolierschichten umgeben ist, und gegebenenfalls eine oder mehrere mit Leitungen zur Führung von Wärmetransportmedium versehene und gleichfalls im wesentlichen allseitig von Isolierschichten umgebene tragende Wände des Gebäudes vorgesehen ist bzw. sind, wobei vorzugsweise oberhalb der als Wärmespeicher ausgebildeten tragenden Decke eine mit der durch das Wärmetransportmedium dem genannten Wärmespeicher entnehmbaren Wärme betreibbare Fußbodenheizung angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Heizungsanlage kann der vorstehend angeführten Zielsetzung gut entsprochen werden, und man kann eine große Speicherkapazität erzielen, ohne daß es eines besonderen Raunaufwandes für die Unterbringung des Speichers im Gebäude bedarf; außerdem fallen die Gestehungskosten einer eigenen wärmespeichernden Masse und die Kosten für den Einbau einer solchen weg. Die erzielbare

Speicherkapazität ist verhältnismäßig groß, und man kann bei guter Isolierung der als Wärmespeicher eingesetzten tragenden Teile des Gebäudes und guter Isolierung des Gebäudes selbst erreichen, daß die gespeicherte Wärme im Winter mehrere Tage den Wärmebedarf des Gebäudes decken kann, sodaß durch den Wärmespeicher sowohl Perioden mit tiefer Außentemperatur als auch Perioden, in denen ein erheblich vermindertes Energieangebot vorliegt, wirksam überbrückt werden können.

Eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Heizungsanlage, welche sowohl hinsichtlich einer einfachen Herstellbarkeit als auch hinsichtlich guter Speichereigenschaften von Vorteil ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die den Wärmespeicher bildende tragende Decke und/oder die gegebenenfalls zur Wärmesoeicherung vorgesehene tragende Wand aus Beton bestehen.

Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Speicherkapazität und hinsichtlich einer guten Wärmeleitung in der Speichermasse zu den für die die Ein- und Ausbringung der Wärme vorgesehenen Leitungen, die das Wärmetransportmedium führen, ist es, wenn man vorsieht, daß das der Wärmespeicherung dienende Material der tragenden Decke und/oder der tragenden Wand Metallschmelzschlacke, insbesondere Stahlwerkschlacke, enthält.

Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizungsanlage ist die als Wärmespeicher vorgesehene tragende Decke bzw. auch die gegebenenfalls als Wärmespeicher vorgesehene Wand mit Luftkanälen ausgestattet, sodaß durch Hindurchleiten erwärmter Luft durch diese. Kanäle dem Speicher Wärme zugeführt werden kann; es ergibt sich dabei ein konstruktiv einfaches und günstiges Konzept, wenn man die tragende Decke bzw. die tragende Wand als Hohlsteindecke bzw. Hohlsteinwand ausbildet. Die vorgenannte Ausführungsform, welche mit Luftkanälen ausgestattet ist, kann vorteilhaft mit einem Solarlufterhitzer, an den die Luftkanäle angeschlossen sind, kombiniert werden.

Mit einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizungsanlage, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß in die als Wärmespeicher vorgesehene tragende Decke bzw. Wand ein elektrisches Heizelement eingebettet ist, wird eine erweiterte Möglichkeit der Nutzung von günstigen Energieangeboten zu Zeiten eines Energieüberschusses mit der vorhandenen Anlage geschaffen.

Die Erfindung wird nun anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Reispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer e'rf indungsgemäßen Heizungsanlage;

Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der über einer als Wärmespeicher ausgebildeten tragenden Decke eine Fußbodenheizung angeordnet ist;

Fig. 3 eine Ausführungsform, bei der in einer als Wärmespeicher dienenden tragenden Decke Luftkanäle vorgesehen sind, welche an einen Solarlufterhitzer angeschlossen sind; und

•Fig. 4 eine Ausführungsform, bei der sowohl tragende Decken als auch tragende Wände des Gebäudes als Wärmespeicher vorgesehen bzw. ausgebildet sind.

Bei der in Fig. 1 schematisch im Schnitt dargestellten Heizungsanlage ist eine tragende Decke 1 eines Gebäudes 2, welche aus massivem Vollbeton besteht, mit Rohrleitungen 3 versehen, welche in die Decke 1 eingefügt sind, und es ist die Decke 1 weiter im wesentlichen allseitig von Isolierschichten 4, 5, 6, 7 umgeben. Diese Isolierschichten unterbinden weitestgehend eine Wärmeabgabe von der Decke Ϊ an die Umgebung.

Die Leitungen 3 bilden miteinander einen durchgehenden Durchflußweg für ein Wärmetransportmedium, als welches z.B. Wasser dienen kann, und es sind diese Leitungen 3 über Verbindungsleitungen 8, 9, in welche auch steuerbare Ventile 10, 11 eingefügt sind, mit einer Wärmequelle 12 verbunden, welche z.B. ein Heizkessel, eine Wärmepumpe oder ein Solarkollektor sein kann.

Die Heizungsanlage weist weiter einen oder mehrere Heizkörper 14 auf, welche z.B. in Form von Radiatoren oder Konvektoren oder auch in Form einer Fußbodenheizung ausgebildet sein können. Diese Heizkörper 14 sind gleichfalls, und zwar über Leitungen 15, 16, in welche ein steuerbares Ventil 17 eingefügt ist, an die Wärmequelle 12 angeschlossen.

Die Wärmequelle 12 kann gegebenenfalls auch aus mehreren funktionsgleichen oder funktionsverschiedenen Wärmequellen aufgebaut sein, z.B. aus einer Wärmepumpe und einem ergänzenden Heizkessel.

Durch entsprechende Betätigung der Ventile 10, 11 und 17 sowie eines Ventiles 18, das die Leitungen 8 und 9 über eine Verbindungsleitung 20 in Verbindung zu setzen erlaubt, sowie durch entsprechende Steuerung einer Pumpe 21, welche in die Leitung 8 eingefügt ist, kann je nach Wunsch die Wärmequelle 12 mit den Leitungen 3 und/ oder den Heizkörpern 14 in Verbindung gesetzt werden oder bloß ein Kreislauf des Wärmetransportmediums durch die Leitungen 3 und die Heizkörper 14 herbeigeführt werden; so kann die von der Wärmequelle 12 gelieferte Wärme dem Wärmespeicher 1 und den Heizkörpern 14 entweder alternativ oder gleichzeitig zugeführt werden und damit z.B. bei einem für die Gebäudebeheizung ausreichenden Wärmeangebot die für die Beheizung erforderliche Wärme direkt den Heizkörpern 14 zugeführt werden und gegebenenfalls bei einem den Wärmebedarf übersteigenden Wärmeangebot zusätzlich zur Beheizung des Gebäudes mit den Heizkörpern 14 noch eine Aufladung des Wärmespeichers 1 vorgenommen werden; analog kann bei einem für eine ausreichende Beheizung des Gebäudes zu geringen Wärmeangebot zusätzlich zur Wärmezufuhr von der Wärmequelle 12 zu den Heizkörpern 14 eine Wärmeentnahme aus dem Speicher 1 vorgenommen werden und die so entnommene Wärme zusätzlich den Heizkörpern 14 zugeführt werden, um an diesen eine größere Wärmemenge zur Verfügung zu haben; weiter ist es auch möglich, die Beheizung des Gebäudes nur durch Wärmeentnähme aus dem Speicher 1, welche über die Leitungen 3 erfolgt, wobei die solcherart dem Speicher entnommen Wärme den Heizkörpern 14 zupe-■ führt wird, vorzunehmen, wenn die Wärmequelle 12 keine nennenswerte Wärmemenge abzugeben in der Lage ist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die den Wärmespeicher der Heizungsanlage bildende tragende Decke 1 in Form einer aus Beton bestehenden Deckenplatte ausgebildet, wobei die in der Platte angeordneten Leitungen 3 in Form von in diese Platte eingegossenen Kunststoff- oder Metallrohren realisiert sind. Die Isolierschicht 6, welche sich auf der Unterseite der

tragenden Decke 1 befindet, und die Isolierschichten 5 und 7, welche an den Seiten der tragenden Decke 1 angeordnet sind, enthalten eine Strahlungsreflektierende Metallfolie 22, welche einen Wärmeverlust durch Strahlung weitgehend hintanhält. Die die Oberseite der tragenden Decke 1 bedeckende Isolierschicht 4 kann mit geringerer Isolierwirkung ausgebildet werden, wenn man einen im wesentlichen durchgehenden Betrieb der Heizungsanlage annimmt, da der zur Beheizung des oberhalb der Decke 1 befindlichen Raumes des Gebäudes dienende Heizkörper in diesem Fall in Form einer Fußbodenheizung 23 ausgebildet ist; ist diese Heizung in Betrieb, ergibt sich über die Isolierschicht 4 ein vermindertes Temperaturgefälle, sodaß mit einer geringeren Isolierwirkung im Bereich der Isolierschicht 4 das Auslangen gefunden werden kann. Die Isolierschicht 4 kann gleichzeitig auch zur Herstellung einer wirksamen Trittschalldämmung zwischen der aus Heizungsrohren 24 und einer Estrichschicht 25 bestehenden Fußbodenheizung 23 und der tragenden Decke 1 genützt werden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die als Wärmespeicher vorgesehene tragende Decke 1 des zu beheizenden Gebäudes in Form einer Hohlsteindecke ausgebildet, wobei die einzelnen Hohlsteine 27 auf Deckenträgern 28 aufliegen und der Zwischenraum zwischen den Hohlsteinen 27 und den Deckenträgern 28 mit Beton 29 ausgegossen ist. Die Hohlräume 30, welche in den Hohlsteinen 27 vorgesehen sind, bilden ein System durchgehender Luftkanäle, welche an einen Solarlufterhitzer 31 angeschlossen sind. Es wird dabei der durch die tragende Decke 1 gebildete Wärmespeicher, welcher wieder durch Isolierschichten 4, 5, 6, 7 gegen einen unerwünschten Wärmeverlust geschützt ist, durch die im Solarlufterhitzer 31 erwärmte Luft, welche mit einem Gebläse 32 durch die Luftkanäle 30 gefördert wird, aufgeheizt. Zur Wärmeentnahme aus diesem Wärmespeicher kann man entweder Leitungen 3 in den Beton 29 einbetten und in diesen Leitungen 3 ein der Entnahme der Wärme dienendes Wärmetransportmedium zirkulieren lassen, welches die dem Speicher entnommene Wärme Heizkörpern zuführt, wobei gegebenenfalls über die Leitungen 3 dem Speicher 1 auch Wärme zugeführt werden kann, oder man bewerkstelligt auch die Wärmeentnahme über die Luftkanäle 30, wobei man entweder für

Wärmezufuhr und Wärmeentnahme getrennte Luftkanäle vorsehen kann, oder dieselben alternativ betreibt; ein sehr einfaches Konzept ergibt sich dabei, wenn man die zu erwärmende Raumluft unmittelbar durch die Kanäle 30 eines aufgeheizten Speichers hindurchleitet.

Elektrische Heizelemente 33, welche in die den Wärmespeicher bildende tragende Decke eingefügt sind, erlatiben die Ausnützung überschüssiger oder tarifmäßig günstig zur Verfügung stehender elektrischer Energie im Rahmen einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage. Derartige elektrische Heizelemente 33 sind in den Fig. 2 und 3 eingezeichnet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind nicht nur tragende Decken des zu beheizenden Gebäudes, sondern auch tragende Wände desselben als Wärmespeicher ausgebildet. Die zur Wärmezufuhr und zur Wärmeentnahme vorgesehenen Leitungen 3 verlaufen dabei sowohl durch die tragenden Decken 1 als auch durch die tragenden Wände 35, und es bestehen sowohl die tragenden Decken 1 als auch die tragenden Wände 35 aus Beton, dessen Zuschlag teilweise oder zur Gänze aus Metallschmelzschlacke, insbesondere aus Stahlwerkschlacke, gebildet ist. Ebenso wie die tragenden Decken 1, die von Isolierschichten 4, 5, 6, 7 umgeben sind, sind auch die Wände 35 mit Isolierschichten 36, 37, 38, 39 ummantelt, um eine unerwünschte Wärmeabgabe hintanzuhalten.

Bei hinreichend qualitativer Ausführung der Isolierung der zu beheizenden Gebäude kann in den bei einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage vorgesehenen Wärmespeichern eine den Wärmebedarf mehrerer Tage bis ca. 1 Woche entsprechende Wärmemenge ohne Schwierigkeiten untergebracht werden. Man kann auf diese Weise eine Wärmereserve für Zeiträume besonders niedriger Außentemperatur bereitstellen oder bei Solarheizung Perioden mit geringerer oder fehlender Sonneneinstrahlung überbrücken.

Claims (9)

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1.1 Heizungsanlage für Gebäude, welche mit einem im Nie- ^-dertemperaturbereich arbeitenden Wärmespeicher versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeicher eine tragende Decke (1) des Gebäudes, in der Leitungen (3) zur Führung von Wärmetransportmedium angeordnet sind und die im wesentlichen allseitig von Isolierschichten (4, 5, 6, 7) umgeben ist, und gegebenenfalls eine oder mehrere mit Leitungen (3) zur Führung von Wärmetransportmedium versehene und gleichfalls im wesentlichen allseitig von Isolierschichten (36, 37, 38, 39) umgebene tragende Wände (35) des Gebäudes vorgesehen ist bzw. sind.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der als Wärmespeicher ausgebildeten tragenden Decke (1) eine mit der durch das Wärmetransportmedium dem genannten Wärmespeicher entnehmbaren Wärme betreibbaren Fußbodenheizung (23) angeordnet ist.

3. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch .gekennzeichnet, daß die den Wärmespeicher bildende tragende Decke

(1) und/oder die gegebenenfalls zur Wärmespeicherung vorgesehene tragende Wand (35) aus Beton bestehen.

4. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3/ dadurch gekennzeichnet, daß das der Wärmespeicherung dienende Material der tragenden Decke (1) und/oder der tragenden Wand (35) Metallschmelzschlacke, insbesondere Stahlwerkschlacke, enthält.

5. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten (4, 5, 7) eine Strahlungsreflektierende Metallfolie (22) enthalten.

6. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Wärmespeicher vorgesehene tragende Decke (1) bzw. auch die gegebenenfalls als Wärmespeicher vorgesehene Wand (35) mit Luftkanälen (30) ausgestattet ist bzw. sind.

7. Heizungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Wärmespeicher vorgesehene tragende Decke (1) bzw. auch die gegebenenfalls als Wärmespeicher vorgesehene Wand (35) als Hohlsteindecke bzw. Hohlsteinwand ausgebildet ist bzw. sind.

8. Heizungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (30) an einen Solarlufterhitzer (31) angeschlossen sind.

9. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die als Wärmespeicher vorgesehene tragende Decke (1) bzw. Wand (35) ein elektrisches Heizelement (33) eingebettet ist.