DE3643668C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung ent­ sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 29 16 799 C2 ist ein Bauteil zum Heizen oder Kühlen von Raumluft bekannt, welches zur Energiegewinnung im Rahmen von Wand- und/oder Dachflächen von Gebäuden Verwendung findet. Die aus diesen Bauteilen gefertigten Wand- und Dachteile werden von mäanderförmigen Leitungen durchzogen, in welchen ein Wärmeträgermedium strömt. Die Bauteile bestehen im wesentlichen aus einem keramischen Schaumwerkstoff, wobei durch besondere Maßnahmen, nämlich Verdichtung des Schaumwerkstoffs die Außenwandbereiche eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die keramische Masse dient hierbei gleichzeitig der Speicherung von Wärme. Es ist dieses Bauteil aufgrund seiner werkstofflichen Beschaffenheit jedoch als ver­ hältnismäßig unelastisch anzusehen, so daß bauseitige Anpassungsmöglichkeiten an unterschiedliche Wandungsformen kaum möglich sind.

Aus der DE 32 09 520 C2 ist ein Betonbauelement mit integrierten Heizkanälen bekannt, bei welchem die Heiz­ kanäle durch in den Beton eingeformte Hohlräume oder durch ein entsprechendes Rohrleitungsnetz gebildet werden können. Dem Beton sind zur Herstellung einer hinreichenden Elastizität Partikel eines offen­ porig geschäumten Kunststoffs aus Polyurethan, Polyäthylen oder Polyester beigemengt, so daß unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen dem Beton einerseits und dem Rohrleitungsnetz andererseits durch elastische Verfor­ mung des Betons ohne Rißbildung aufnehmbar sind. Die genannten Hohlräume des Bauelements können im Bedarfs­ fall mit Wärmedämmstoffen ausgefüllt werden und es ist zumindest der die Heizkanäle umgebende Beton unter Verwendung der bezeichneten Schaumkunststoffpartikel elastisch eingestellt. Dieses bekannte Bauelemente ist jedoch hauptsächlich als vergleichsweise starres Beton­ fertigteil anzusehen, da es zum Errichten von Gebäuden dient, so daß gewisse statische Mindestfestigkeiten vorausgesetzt werden müssen. Auch dienen die, dem Beton beigegebenen besonderen Zuschlagstoffe lediglich der Einstellung einer gewissen Elastizität, wohingegen bei dieser werkstofflichen Zusammensetzung sonstige, die Funktionen des Bauelements als Heizkörper betreffende Eigenschaften außer Betracht bleiben.

Schließlich ist aus der DE 28 27 382 C2 ein Bindemittel auf der Basis eines hydraulischen Bindemittels wie z. B. Zement bekanntgeworden, dem in gelöster oder dispergierter Form Kunststoff, Bitumen und/oder Teer beigemengt sind. Ein mit diesem Bindemittel und den üblichen Zuschlagstoffen hergestellter Beton zeichnet sich durch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Abrieb, durch eine hohe Beständigkeit und insbesondere eine hohe Elastizität auch bei hohen und tiefen Temperaturen aus.

Das Problem unterschiedlicher Wärmedehnungen von Beton einerseits und in diesen eingebundenen Rohrleitungs­ sytemen andererseits sowie die damit verbundene Rißbildung ist auch deshalb problematisch, da auf diese Weise insbesondere metallische Rohrleitungen korrosiven äußeren Angriffen ausgesetzt sind, wodurch die Lebensdauer dieser Bauteile erheblich beeinträchtigt werden kann. Man hat aus diesen Gründen zur Verbesserung des Korro­ sionsschutzes die Betonummantelung der Rohrleitungs­ systeme verhältnismäßig dickwandig ausgebildet, wodurch jedoch der Wärmeübergang von der Umgebung auf das in dem Rohr strömende Wärmeträgermedium entsprechend ver­ schlechtert wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einfach herstellbar ist, einen zuverlässigen Schutz gegenüber äußeren agressiven Einflüssen bietet und im Bauwesen vielseitig zur Übertragung und/oder Speicherung von Wärme einsetzbar ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Wesentlich ist, daß die, der Führung eines Wärmeträger­ mediums dienende Leitung in eine betonartige Schicht eingebunden ist, wobei dieser Beton jedoch einen hohen Polymer­ anteil aufweist, bzw. mindestens teilweise polymer gebunden ist und auf diese Weise gummielastisch eingestellt werden kann. Es weist dieser Beton somit die zum Aus­ gleich unterschiedlicher Wärmedehnungen zwischen diesem einerseits und den eingebundenen Leitungen andererseits erforderliche Elastizität auf. Durch den polymeren Anteil kann dieser Werkstoff auch als hinreichend wasserdicht angesehen werden, wobei durch spezifische Zuschlagstoffe ein hohes Wärmespeichervermögen gegeben ist. Aus der erstgenannten Eigenschaft ergibt sich die Möglichkeit, die in den Beton eingebundenen Leitungen auch durch in diesen Stoff eingeformte Hohlräume zu bilden, so daß insbesondere Meerwasser als Wärmeträger­ medium eingesetzt werden kann. Bei Verwendung von metal­ lischen Leitungen kann über diesen Beton beispielsweise durch einen hohen Zementanteil ein guter Korrosions­ schutz für die Leitungen hergestellt werden. Schließlich weist dieser Werkstoff auch eine hinreichende Wärmeleit­ fähigkeit auf, so daß über diesen ein großflächiger Kontakt mit einem Wärmeträgermedium, beispielsweise der Umgebungsluft möglich ist, wobei diese Wärme über die genannte Leitung abführbar ist. Umgebungswärme kann auch in der Form einfallender Wärmestrahlung in der beton­ artigen Schicht aufgenommen, zwischengespeichert und über das in der Leitung strömende Wärmeträgermedium abgeführt werden. In letzterem Fall ist die die Leitung enthal­ tende Schicht, insbesondere deren Außenseite mit Hin­ blick auf die zu absorbierende Wärmestrahlung besonders ausgestaltet, beispielsweise dunkel eingefärbt, reflexionsmindernd ausgebildet usw. Schließlich weist der genannten betonartige Werkstoff noch den weiteren Vorteil auf, daß die aus diesem gebildeten Bauteile in einfachster Weise miteinander verbindbar, insbesondere verkleb­ bar sind, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung als Bauelement im Bauwesen Verwendung finden kann, wobei durch Zusammenstellung mehrerer derartiger Bauelemente komplette Wandungen bzw. Dächer, Böden oder sonstige Gebäudeteile gebildet werden können. Die Leitungen der einzelnen Bauelemente werden hierbei an einer geeigneten Stelle zusammengefaßt, wobei die gewonnene Wärme an einer Stelle entnommen wird und das Wärmeträgermedium anschließend wieder dem System der Bauelemente zugeführt wird. Ein derartiger Kreislauf kann beispielsweise unter auschließlicher Ausnutzung einer konvektiven Strömung betrieben werden - vorteilhafter ist jedoch der Einsatz einer Umwälzpumpe. Auf diese Weise kann in heißen Klima­ zonen Umgebungswärme gewonnen und einer Nutzung zuge­ führt werden. Es kann darüber hinaus jedoch die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung auch als Heiz- bzw. Kühlelement in vielfältiger Weise Anwendung finden, welches jeweils von der Steuerung der Temperatur des in den Leitungen strömenden Wärmeträgermediums im Vergleich zur Außen­ temperatur abhängt. Aufgrund der günstigen Klebbarkeit ergibt sich schließlich der weitere Vorteil, daß die genannte Schicht auch mit Fliesen überzogen werden kann.

Das erfindungsgemäß in dem betonartigen Werkstoff einge­ setzte Bindemittel sowie die genannten Zuschlagstoffe dienen der Verbesserung der Wärmeleitung und Wärme­ speicherung, wobei gleichzeitig ein Beton bereitgestellt wird, der zwar wasserdicht ist, gleichzeitig jedoch eine hinreichende Wasserdampfdiffusionsfähigkeit gewährleistet. Bei Verwendung eines hydraulischen Bindemittels wie z. B. Zement ergibt sich ein guter Korrosionsschutz metallischer Leitungen, da sich in deren Grenzbereich eine alkalische Atmosphäre einstellt. Über die Wahl der Zuschlagstoffe können auch die Oberflächeneigenschaften der die Leitung enthaltenden Schicht beeinflußt werden, beispielsweise mit Hinblick auf die weitere Verbesserung der Absorption von Wärmestrahlung. Bei der wickelfähigen Ausbildung des erfindungsgemäßen Grund­ körpers sind die in diesen integrierten Leitungen vor­ zugsweise aus einem Kunststoff entsprechender Elastizi­ tät ausgebildet. Der Beton ist auch hier auf seiner, der Umwelt zugekehrten Seite mit einer Beschichtung aus wärmeabsorbierenden Materialien versehen, z. B. Basalt­ sand. Diese Schicht schützt nicht nur vor der Einwirkung saurer Medien, sondern auch vor der UV-Strahlung, welch letzterer Gesichtspunkt für den im Rahmen des Binde­ mittels eingesetzten Kunststoffanteil von großer Bedeutung ist. Von besonderem Vorteil ist es auch, die Bahnen auf einer Seite gewellt auszubilden, und zwar auf ihrer, auf einer Bedachung aufliegenden Seite. Es ergibt sich auf diese Weise die Möglichkeit, bereits bestehende Dächer mit einer aus diesen Bahnen gebildeten Beschichtung zu überziehen und diese Dachflächen zur Energiegewinnung nutzbar zu machen. Da die genannten Bahnen wasserun­ durchlässig sind, ist durch diese gleichzeitig ein Beitrag zur Abdichtung des Daches gegeben. Es ist somit die gesamte Dachfläche flächendeckend mit einem System aus Leitungen überzogen, durch welche ein Wärmeträger­ medium strömt, wobei aufgrund der gewellten, auf dem Dach aufliegenden Fläche der Bahnen deren Rückseite einwand­ frei belüftet ist. Die Dimension der Bahnen kann in Abstimmung mit den Abmessungen der Dachflächen gewählt werden - es kann jedoch auch die gesamte Dachfläche als große Matte - quasi vorgefertigt - hergestellt werden. Es entfällt hierbei die Notwendigkeit, die in den Bahnen enthaltenen Leitungen der Dachfläche miteinander zu verbinden. Die Verbindungen der Leitungen können in den Bereich des Dachüberstandes bzw. der Dachrinne oder auch in den Firstbereich verlegt werden. Die auf der Unter­ seite der aus diesen Bahnen gebildeten Dachabdeckung aufgrund des Wellenprofils gebildeten Kanäle können als reine Luftströmungskanäle benutzt werden, durch welche der Wärmeaustausch mit der in den Leitungen der Bahnen zirkulierenden Wärmeträgermedium abgewickelt wird. Es können jedoch diese unterseitig angeordneten Luftströmungs­ kanäle gleichzeitig auch als wasserführende Kanäle benutzt werden, beispielsweise im Falle der Kühlung des Daches und der Brandbekämpfung, bei welcher über diese unterseitigen Kanäle ein Feuerlöschmedium geführt wird, welches über eine auf dem First des Daches befindliche Druckleitung eingespeist wird.

Die Merkmale des Anspruchs 2 dienen der Vergrößerung der für eine Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Außen­ fläche. Hierbei können anstelle einer gewellten Ausge­ staltung auch Rippen oder vergleichbare Vorsprünge vor­ gesehen sein.

Die Merkmale des Anspruchs 3 sind auf alternative Formen der Ausbildung innerhalb des betonartigen Werkstoffs verlaufenden Leitungen gerichtet. Hier bestehen somit zahl­ reiche werkstoffliche und geometrische Anpassungsmöglich­ keiten, so daß die jeweils zur Verfügung stehenden wärmeübertragenden Flächen in vielfältiger Weise fest­ legbar sind. Aufgrund der hohen Elastizität des beton­ artigen, vorzugsweise gummielastisch eingestellten Werk­ stoffs ist die Gefahr der Bildung von wärmebedingten Rissen weitestgehend vermieden, so daß die Betonschicht im Bedarfsfall verhältnismäßig dünnwandig gehalten werden kann. Hieraus ergibt sich der weitere Vorteil einer elastischen Anpaßbarkeit der Vorrichtung an unter­ schiedliche Wandungsformen eines Gebäudes.

Die äußere Beschichtung einer der Wärmeübertragung dienenden Fläche durch Metall, Keramik oder dergleichen entsprechend dem Anspruch 4 dient hauptsächlich deren Schutz vor der Einwirkung aggressiver Medien.

Die Merkmale des Anspruchs 5 dienen der Anpassung der Vorrichtung insbesondere an eine Verwendung als Be­ dachungs- oder Außenwandelement. Es wird durch diese besondere Ausgestaltung die Gewinnung von Umgebungswärme begünstigt. Die entsprechende Grenzschicht aus einem die einfallende Wärmestrahlung absorbierenden Material kann in einfacher Weise in die Gießform für den betonartigen Werkstoff eingebracht werden, so daß nach dem Abbinden des Betons diese Schicht in fester Verbindung zu dem übrigen Beton steht. Die Verwendung von Basalt oder einem ähnlichen feinkörnigen mineralischen, optisch dunkel erscheinenden Stoff hat sich in diesem Zusammen­ hang als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch eine dem Basaltsand in werkstofflicher Hinsicht entsprechende äußere Beschichtung wird gleichzeitig die mechanische und chemische Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren aggressiven Medien und damit die Eignung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung als in eine Wandung oder ein Dach integriertes Bauteil verbessert.

Es ist die innerhalb des Grundkörpers verlaufende Leitung endseitig vorzugsweise mit steckbaren Verbindungs­ elementen ausgerüstet, so daß in einfacher Weise größere Verbundsysteme herstellbar sind. Die Verbindungselemente sind vorzugsweise mit gummiartigen Dichtelementen ausge­ rüstet und somit bauseitig sehr leicht handhabbar.

Die geometrische Grundform kann entsprechend dem Anspruch 6 in einem weiten Rahmen abgewandelt werden. Grundsätzlich dient der Grundkörper im wesentlichen als Stütz- bzw. Tragstruktur für die ein Wärmeträgermedium führende Leitung.

Der Grundkörper kann gemäß dem Anspruch 7 als Vollkörper, jedoch auch als Hohlkörper ausgebildet sein, wobei letztere Ausführungsform aus Gewichtsgründen der Vorzug zu geben ist. Durch den Schichtenaufbau des Grund­ körpers, dessen Stützstruktur durch einen Kunststoff gebildet wird, auf den außenseitig eine Leitung enthaltende Schicht aus dem betonartigen Werkstoff aufgebracht ist, ist sichergestellt, daß eine Wärmeabfuhr der in der äußeren Schicht absorbierten Wärme im wesentlichen lediglich über das in der Leitung strömende Wärmeträger­ medium erfolgt, wohingegen ein Wärmefluß in Richtung auf das Innere des Grundkörpers hin weitestgehend unterbunden ist. Bei dem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um einen Schaumkunststoff, beispielsweise auf der Basis von Polyurethan, Polyester oder auch Polyäthylen.

Es kann in manchen Fällen die gesamte Außenseite des Grundkörpers zur Aufnahme von Wärmestrahlung ausgebildet sein, so daß die gesamte Außenfläche des Grundkörpers von schraubenlinienförmig bzw. angenähert schrauben­ linienförmig verlaufenden Windungen einer ein Wärmeträger­ medium führenden Leitung überdeckt wird.

Es kann die genannte Leitung unmittelbar in den Werk­ stoff der äußeren Schicht des Grundkörpers eingebunden sein. Es ist jedoch auch möglich, die genannte Schicht mit außenseitigen Rillen zu versehen, in welche eine Rohrleitung eingelegt ist. Es ist darüber hinaus auch möglich, die Rohrleitung in außenseitig offene Rillen der Stützstruktur des Grundkörpers einzulegen und diese außenseitig mit einer Schicht aus dem betonartigen, gummielastisch eingestellten Werkstoff zu überziehen, um den Wärmeübergang von der Umgebung auf das Wärmeträger­ medium zu verbessern.

Das Leitungsnetzwerk kann gemäß Anspruch 8 die gesamte Außenfläche des Grundkörpers überziehen - es ist jedoch auch denkbar, lediglich einen Teil der Außenfläche mit einem Leitungsnetzwerk zu belegen, wohingegen der übrige Teil der Außenseite mit einem Wärmedämmstoff überzogen ist.

Die Erfindung ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 grundsätzlich auch zur wärmeleitungsmäßigen Zusammen­ fassung unterschiedlicher Wärmeträgermedien geeignet. Es kann somit der betonartige Werkstoff von unterschiedlichen Wärmeträgermedien beheizt werden, die sämtlich in Leitungen bzw. Leitungssystemen innerhalb desselben geführt sind, und zwar zusätzlich zu der über die äußere Oberfläche der Vorrichtung geführten Wärme. Die inner­ halb des betonartigen Werkstoffs geführten Leitungs­ systeme können räumlich nahezu beliebig zueinander ange­ ordnet werden. Diese Anordnung wird hauptsächlich durch die zu übertragende bzw. die zwischen den Leitungssystemen auszutauschende Wärme bestimmt. Eine besonders einfache und praktische Ausführungsform der räumlichen Anordung zweier, in den betonartigen Werkstoff geführter Leitungs­ systeme ergibt sich dann, wenn eine Leitung durch einen innerhalb des Grundkörpers verlaufenden Hohlraum und eine andere Leitung durch ein diesen Hohlraum schrauben­ linienförmig umgebendes Rohr gebildet wird, wobei der Hohlraum vorzugsweise ebenfalls als Rohr ausgebildet ist, welches aus Metall oder Keramik besteht. Hierbei wird die werkstoffliche Ausgestaltung der Wandungen des Hohlraumes hauptsächlich durch die Verwendung der Vor­ richtung bestimmt, so z. B. von der Frage, ob in einem der Leitungssysteme Trinkwasser oder Brauchwasser geführt ist oder ggf. ein gasförmiges Medium. Auch kann über die Werkstoffwahl die Wärmeübertragung beeinflußt werden.

Es existieren zahlreiche Variationsmöglichkeiten der unterschiedlichen außenseitigen Beschichtung der Vor­ richtung. Bei der einseitigen Anordnung eines wärme­ dämmenden Werkstoffs gemäß Anspruch 10 wird die Haupt­ richtung des von der Vorrichtung ausgehenden Wärmeflusses sowie der Wärmestrahlung einseitig festgelegt. Diese Eigenschaft kann bei Verwendung der Vorrichtung als Heiz- oder Kühlkörper in Gebäuden von Bedeutung sein.

Die Merkmale der Ansprüche 11 bis 12 sind auf eine weitere Steigerung der Wärmespeicherfähigkeit sowie der Wärmegewinnung gerichtet. Außer durch die werkstoffliche Wahl der in den betonartigen Werkstoff eingebundenen Zusatzstoffe und der äußeren Beschichtung dieses Werk­ stoffs kann auch durch die Zahl der miteinander ver­ knüpften Vorrichtungen die Wärmespeicherfähigkeit sowie das Ausmaß der Wärmegewinnung beeinflußt werden. Zweck­ mäßigerweise wird der das Leitungssystem umgebende Beton einen bestimmten Schichtenaufbau haben, wobei beispiels­ weise auf eine äußere Quarzsandschicht eine innere Schicht aus gemahlenem Hartzink folgt, durch welche sich im inneren Bereich eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit ergibt. Durch die Verwendung von Blähton bzw. Blähglas als Klebstoff zwischen den übereinander angeordneten einzelnen Vorrichtungen wird insbesondere die Dampf­ diffusionsfähigkeit des Gesamtsystems auch im Bereich der Klebestellen gewahrt.

Die Merkmale des Anspruchs 13 sind insbesondere auf die Nutzung des Erfindungsgegenstands im Rahmen von Dächern gerichtet, welche zur Wärmegewinnung aus der Umgebung bzw. zur Kühlung des Innenraums benutzt werden sollen. Von Bedeutung ist hierbei die hochelastische Eigenschaft des betonartigen Werkstoffs sowie dessen Wasserundurch­ lässigkeit. Hiernach ist die Außenseite der Bahnen mit einer wasserundurchlässigen Schicht aus kunststoffbe­ schichtetem Aluminium oder verzinktem Stahlblech über­ zogen.

Alternativ kann auch die aus dem betonartigen Werkstoff bestehende, ein Leitungssystem umschließende Schicht selbst als bahn- bzw. mattenartiges Material ausgebildet sein, welches um einen Grundkörper der eingangs darge­ stellten Art gewickelt und an diesen geklebt ist.

Der eingesetzte Beton weist insgesamt gummielastische Eigenschaften auf, ist jedoch aufgrund der gewählten Zuschlagstoffe einer hohen Feuerwiderstandsklasse zuzuordnen. Bei Verwendung als Bedachungselement wirkt sich vorteilhaft aus, daß die Außenseite, die mit Basalt oder auch Quarzsand beschichtet ist, keineswegs durch Funkenflug gefährdet ist. Die Geometrie der bahnenförmigen Grund­ körper kann jeweils dem zu beschichtenden Untergrund angepaßt werden und ist keineswegs auf eine Wellenstruktur beschränkt. Hier ist besonders die einfache Verar­ beitbarkeit, insbesondere Gießbarkeit des Betons von Vorteil.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht zweier über­ einander angeordneter erfindungsgemäßer Vorrichtungen;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 in einer Ebene III-III;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungs­ form der Vorrichtung;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ebene V-V der Fig. 6;

Fig. 6 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine spezielle Ausführungsform eines Leitungs­ netzwerkes bei einer Vorrichtung gemäß den Fig. 5 oder 6;

Fig. 8 eine besondere Form der Anordnung der ein Wärme­ trägermedium führenden Rohrleitungen in einer aus einem betonartigen Werkstoff bestehenden Schicht.

Mit den Bezugsziffern 1, 2 sind in Fig. 1 zwei in struktureller Hinsicht im wesentlichen identische er­ findungsgemäße Wärmetauscher bezeichnet, die platten­ artig ausgebildet sind.

Der einzelne Wärmetauscher besteht aus einer Schicht 3 aus einem stofflich noch näher zu beschreibenden Zement- Polymer-Beton, in dem eine Anzahl von zylindrischen, durch­ gehenden Hohlräumen 4 angeordnet ist.

Der im wesentlichen quaderförmige Grundkörper eines Wärmetauschers 1, 2 wird auf einer Seite durch eine ebene Fläche 5 und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine gewellte Fläche 6 begrenzt. Die Oberfläche im Bereich der gewellten Fläche 6 wird durch eine aus Metall oder Keramik bestehende Beschichtung 7 gebildet, die mit dem Zement-Polymer-Beton der Schicht 3 in fester, insbe­ sondere unlösbarerVerbindung steht.

Die in den Zement-Polymer-Beton eingebetteten Hohlräume 4, die grundsätzlich auch durch Rohre gebildet werden können, verlaufen parallel zueinander, und zwar jeweils ungefähr im mittigen Bereich der Wellenberge, welche die Fläche 6 der Wärmetauscher 1, 2 bildet.

Die Schicht 3 besteht aus einem an sich bekannten Zement- Polymer-Beton, dessen Bindemittel aus einem hydraulischen Bindemittel, beispielsweise Zement, einem in gelöster oder dispergierter Form vorliegenden Kunststoff und ge­ gebenenfalls Bitumen, Teer oder dergleichen in fein ver­ teilter Form besteht. Den üblichen Betonzuschlag­ stoffen, beispielsweise Quarzsand werden jedoch insbe­ sondere Gießereialtsand, feingemahlener Hartzink oder sonstige, feingemahlene metallische, die Wärmeleitfähig­ keit verbessernde Bestandteile beige­ mischt.

Die stoffliche Ausgestaltung der Beschichtung 7 kann ebenfalls entsprechend dem konkreten Verwendungszweck des Wärmetauschers angepaßt sein. Es kann hier bei­ spielsweise ein besonderer Korrosionsschutz vorgesehen sein - es kommt jedoch auch eine, den Wärmeübergang be­ einflussende Beschichtung in Betracht. Die stoffliche Zusammensetzung einer gegebenenfalls in der Fläche 5 vor­ gesehenen Beschichtung hängt ebenfalls von dem konkreten Einsatzfall des Wärmetauschers ab. Lediglich beispielhaft sei hier die Anordnung einer Wärmestrahlung absorbierenden Schicht genannt, durch welche erreicht wird, daß ein möglichst geringer Teil der auftreffenden Wärmestrahlung reflektiert wird. Es kann zu diesem Zweck beispielsweise in den Zement-Polymer-Beton eine Schicht aus ge­ brochenem Basaltsand in einer Körnung zwischen 0,5 mm bis 3,5 mm eingebunden sein, und zwar mit einer Schicht­ dicke, welche zumindest eine hinreichende Dunkelfärbung der Fläche 5 zur Folge hat. Durch den Basaltsand wird gleich­ zeitig ein sehr guter Schutz gegen mechanische und korrosive äußere Einflüsse gegeben, sowie der Einfluß einer schädlichen UV-Strahlung auf den Zement-Polymer- Beton gemindert. Durch die besondere stoffliche Zusammen­ setzung der Schicht 3 wird deren Eignung zur Wärme­ speicherung und -leitung günstig beeinflußt.

Der Wärmetauscher 1, 2 ist dazu konzipiert, um im Ver­ bund mit anderen Wärmetauschern, die sich jeweils an die Stirnseiten 8, und zwar fluchtend zu den Hohlräumen 4 anschließen, ein flächenhaftes Verbundsystem zu bilden. Dies ist jedoch aus Gründen der zeichnerischen Über­ sichtlichkeit nicht dargestellt worden. Durch die Hohl­ räume 4 wird hierbei ein Wärmeträgermedium, beispiels­ weise eine Flüssigkeit gefördert, wohingegen die Flächen 5, 6 mit einem anderen Wärmeträgermedium, beispielsweise der Umgebungsluft beaufschlagt sind, wobei diese Flächen gegebenenfalls zusätzlich einer Wärmestrahlung, beispiels­ weise der Sonnenstrahlung ausgesetzt sind. Die über die Flächen 5, 6 insgesamt aufgenommene Wärme wird in der Schicht 3 gespeichert und über die Wandungen der Hohl­ räume auf das in diesen strömende Wärmeträgermedium über­ tragen. Das Wärmeträgermedium kann je nach der Anordnung der Wärmetauscher an Gebäudewandungen schwerkraftbetrieben sein, vorteilhafter ist jedoch ein Betrieb mit einer Umwälz­ pumpe so daß die in den Hohlräumen 4 durch das Wärmeträgermedium aufgenommene Wärme an einem anderen Ort als nutzbare Wärme zur Verfügung steht.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, plattenartige Wärmetauscher 1, 2 auch einzeln als Heizkörper in Ge­ bäuden zu benutzen, wobei nunmehr in den Hohlräumen 4 ein Wärmeträgermedium strömt, dessen Temperatur größer ist als diejenige der umgebenden Luft, so daß eine Wärme­ leitung ausgehend von den Hohlräumen über die Schicht 3 und die Flächen 5, 6 in den Außenraum stattfindet. Hier­ bei können zur Vergrößerung der Oberflächen beide Flächen 5, 6 gewellt oder in sonstiger, an sich bekannter Weise strukturiert ausgebildet sein. Schließlich ist der Ein­ satz des Wärmetauschers 1, 2 auch als Kühlelement denk­ bar, wobei nunmehr innerhalb der Hohlräume 4 ein Wärme­ trägermedium strömt, dessen Temperatur niedriger ist als diejenige der Umgebungstemperatur, so daß dem jeweiligen Raum, in dem der Wärmetauscher aufgestellt ist, nunmehr Wärme entzogen wird und eine Abkühlung statt­ findet.

Zur weiteren Verbesserung der Wärmeübertragung können mehrere Wärmetauscher paketartig übereinander ange­ ordnet sein. Beispielsweise sind hier in Fig. 1 zwei der­ artige, übereinander angeordnete Wärmetauscher 1, 2 angegeben. Die beiden Wärmetauscher 1, 2 sind unter Verwen­ dung von Blähton oder Blähglas derart miteinander ver­ klebt, daß sich die Hohlräume 4 des Wärmetauschers 1 unter einem rechten Winkel zu den Hohlräumen 4 des Wärme­ tauschers 2 erstrecken. Insbesondere dann, wenn auf diese Weise weitere Wärmetauscher 1, 2 übereinander gestapelt werden, ergibt sich eine erhebliche Vergrößerung der für einen Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Fläche und damit des Wärmegewinns, welcher über das in den Hohl­ räumen 4 strömende Wärmeträgermedium abführbar ist. Die Hohlräume 4 eines auf diese Weise gebildeten Verbund­ systems können an den Enden in zeichnerisch nicht dargestellter Weise zusammengeführt und zu einem Kreislaufsystem ergänzt werden, innerhalb welchem die Wärme in an sich bekannter Weise genutzt werden kann. Ins­ besondere dann, wenn schadstoff- und geruchsbelastete Abluft das auf diese Weise gebildete Verbundsystem durch­ strömt, ergibt sich der weitere Vorteil, daß kondensier­ bare Anteile aufgrund der großen Abkühlung der Luft in dem Verbundsystem aus der Luft abgetrennt werden, so daß gleichzeitig insbesondere dann, wenn der erfindungsge­ mäße Wärmetauscher 1, 2 im Rahmen einer Klimaanlage ein­ gesetzt ist, ein Beitrag zur Regeneration der Luft geleistet ist.

Wesentlich ist bei der Bildung derartiger Pakete von Wärmetauschern, daß deren Flächen 5, 6 derart profiliert sind, daß der einzelne Wärmetauscher 1, 2 möglichst all­ seitig von der Luft bzw. dem sonstigen Wärmeträgermedium überströmt wird. In diesem Zusammenhang kann im Bedarfs­ fall das wellenartige Profil in beiden Flächen 5, 6 vor­ gesehen sein.

Eine derartige Anwendung der erfindungsgemäßen Wärme­ tauscher kommt insbesondere bei der Entlüftung von großen Räumen wie Stallungen, Industriehallen oder Ver­ sammlungsräumen in Betracht.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Variante eines erfindungs­ gemäßen Wärmetauschers dargestellt, bei welcher ein zylindrischer Hohlkörper 9 in eine bezüglich ihrer äußeren Gestaltung querschnittsmäßig quadratische Um­ mantelung 10 eingebunden ist. Die Ummantelung 10 kann jedoch grundsätzlich von beliebiger, insbesondere auch zylindrischer Gestalt sein und entspricht in stofflicher Hinsicht der Schicht 3 des Wärmetauschers entsprechend Fig. 1. In die Ummantelung eingebettet, den Hohlkörper 9 umgebend ist ein schraubenlinienförmig gewundenes Rohr 11, welches aus Kunststoff, verzinktem Stahl, Edel­ stahl, Kupfer oder auch aus mit Kunststoff beschichtetem Aluminium bestehen kann. Die Eintritts- bzw. Austritts­ öffnungen des Rohres 11 befinden sich jeweils in den stirnseitigen Endflächen 12, 13 der Ummantelung 10 und sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Durch die al­ kalischen Bedingungen in den Grenzflächen zwischen dem Rohr 11 und dem die Ummantelung 10 bildenden Werkstoff ist insbesondere ein Stahlrohr zuverlässig gegen Korro­ sion geschützt.

Die weitere Ausgestaltung des in den Fig. 2 und 3 dar­ gestellten Wärmetauschers 14 richtet sich nach dem vorgesehenen konkreten Verwendungszweck.

Der Wärmetauscher 14 kann beispielsweise überwiegend zur Speicherung von Wärme benutzt werden. In diesem Fall wird der Hohlkörper 9 zweckmäßigerweise vollständig in die Ummantelung 10 eingebunden und mit einer Füllung aus einem zur Wärmespeicherung geeigneten Material ver­ sehen. Über das Rohr 11 wird ein Wärmeträgermedium ge­ führt, welches die gespeicherte Wärme abführt. Die Auf­ nahme der Wärme zwecks Speicherung erfolgt über die Außen­ flächen 15, welche entsprechend der Art der Wärmeüber­ tragung, nämlich Strahlung, natürliche oder Zwangskon­ vektion eine entsprechende Ausgestaltung erfahren haben.

Wird der Wärmetauscher 14 als Warmwasserbereiter benutzt, dient der Hohlkörper 9 der Aufnahme des Warmwassers und ist ober- und unterseitig mit entsprechenden Anschluß­ leitungen zur Zuführung von zu beheizendem Wasser und zur Abführung von beheiztem Wasser versehen. Die zu über­ tragende Wärme kann in diesem Fall über das in dem Rohr 11 strömende Wärmeträgermedium geliefert werden, so daß durch das in dem Rohr 11 strömende Wärmeträgermedium die Um­ mantelung 10 und das innerhalb des Hohlkörpers 9 befind­ liche Wasser aufgeheizt werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch Wärme auf das innerhalb des Hohlkörpers 9 befindliche Wasser übertragen werden, die über die Außenflächen 15 des Wärmetauschers 14 aufgenommen wird. Falls Trinkwasser aufgeheizt werden soll, ist es insbe­ sondere aus hygienischen Gründen vorteilhaft, den zentral angeordneten Hohlkörper 9 aus einem keramischen Werkstoff herzustellen. Auch kann das in dem Rohr 11 strömende Wärmeträgermedium beispielsweise Brauchwasser sein, näm­ lich ein Wasser, welches zwar nicht als Trinkwasser ge­ eignet, jedoch weitestgehend von schädlichen Begleit­ stoffen befreit ist.

Erfindungsgemäß lassen sich auch die Wärmetauscher 14 zu größeren, zeichnerisch nicht dargestellten Verbund­ systemen zusammenfassen. Besonders vorteilhaft ist es, diese Wärmetauscher unmittelbar in Ge­ bäudewandungen zu integrieren, wobei je nach der Tempe­ rierung des in den Rohren 11 oder dem Hohlkörper 9 ge­ führten Wärmeträgermediums wahlweise eine Beheizung oder auch eine Kühlung von Räumen möglich ist. Es ist darüber hinaus denkbar, insbesondere unter tropischen bzw. sub­ tropischen Klimaverhältnissen ganze Gebäudeaußenwan­ dungen aus derartigen Wärmetauschern zu bilden und diese zur Warmwasserbereitung zu benutzen, wobei die Ge­ bäudeaußenwandung im oben bereits beschriebenen Sinne insbesondere zur Absorbierung von Wärmestrahlung ausge­ bildet ist. Insbesondere in Klimazonen mit starken Temperaturdifferenzen zwischen Tag und Nacht ist es denkbar, mittels derartiger Wärmetauscher die im Laufe des Tages aufgenommene Wärme einem Speicher zuzuführen, so daß zur Kühlung von Innenräumen eines Gebäudes beige­ tragen wird, wobei während der Nachtzeit die ge­ speicherte Wärme wieder abgegeben wird und somit zur Be­ heizung benutzt wird. Die sich ergebende Nivellierung von Temperaturdifferenzen bringt somit einen sehr guten Bei­ trag zur Klimatisierung von Gebäuden mit sich.

In Fig. 4 ist schließlich ein plattenartiger Wärme­ tauscher 16 gezeigt, auf dessen einer Seite eine Schicht 17 angebracht ist, die aus einem wärmedämmenden Material ausgebildet ist, während wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in einer Schicht 18 aus einem Zement-Polymer- Beton einer Anzahl von Rohren 19 eingebunden ist, die sich mit Abstand und parallel zueinander erstrecken. Die Schicht 18 entspricht in werkstofflicher Hinsicht der Schicht 3 des Ausführungsbeispiels entsprechend Fig. 1. Grundsätzlich können anstelle der Rohre 19 auch ent­ sprechende Hohlräume in der Schicht 18 vorgesehen sein.

Der Wärmetauscher 16 dient der Wärmeübertragung lediglich über die Außenfläche 20, wohingegen die der Fläche 20 unmittelbar gegenüberliegende Fläche entsprechend der Qualität der wärmeisolierenden Schicht 17 nur einen sehr geringen Wärmefluß zuläßt und im Idealfall wärmetechnisch völlig isoliert ist. Die Schicht 17 kann aus einem be­ liebigen wärmeisolierenden Werkstoff ausgebildet sein, der mit der Schicht 18 in einem unlösbaren Verbund steht. Die Außenfläche 20 kann zwecks Vergrößerung der wärme­ abstrahlenden Fläche oberflächlich profiliert, insbe­ sondere gewellt, gerippt oder dergleichen ausgestaltet sein.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines halbkugelförmig ausgebildeten Wärmetauschers, dessen Grundkörper durch eine hohle, halbkugelförmige Stütz­ struktur 20 gebildet wird, die außenseitig mit einer Schicht 21 aus Zement-Polymer-Beton überzogen ist, der in werkstofflicher Hinsicht der Schicht 3 gemäß Fig. 1 entsprechen kann. In diese Schicht 21 ist ein System von Rohrleitungen 22 eingebunden, welches als ge­ schlossener Leitungszug ausgebildet, an einer geeigneten Stelle mit einem Zulauf und an einer anderen Stelle mit einem Ablauf versehen ist. Die Rohrleitungen 22 können wie bereits beschrieben aus Metall oder auch aus Kunststoff ausgebildet sein. Die Stützstruktur 20 wird hier durch Polyurethanschaum gebildet. Die außenseitig auf die Schicht 21 auftreffende Wärmestrahlung kann somit in dieser Schicht absorbiert werden, wobei die gespeicher­ te Wärme im wesentlichen über die Rohrleitungen 22 abge­ führt wird, wohingegen ein Wärmefluß in Richtung auf das Innere der Stützstruktur durch deren Wärmedämmeigenschaf­ ten weitestgehend unterbunden ist. Es kann mittels dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung somit Umgebungswärme ge­ wonnen werden. Alternativ hierzu ist es ebenfalls denk­ bar, die in Fig. 5 gezeigte Schichtenfolge umzukehren, d. h. außenseitig eine wärmedämmende Schicht, beispielsweise aus einem Schaumkunststoff anzuordnen und innenseitig eine Schicht aus den bereits beschriebenen Zement-Polymer- Beton, in den ein System von Rohrleitungen 22 eingebunden ist. Es kann die Vorrichtung in diesem Fall mittels eines in den Rohrleitungen 22 geführten Wärmeträgermediums zur Beheizung des Innenraums der halbkugelförmigen Struktur benutzt werden. Schließlich können Rohrleitungen führende Schichten auch beiderseits der Wärmedämmschicht angeord­ net sein, um wahlweise und steuerbar außenseitig Wärme zu gewinnen bzw. innenseitig Wärme abzugeben. Gemäß Fig. 6 ist die Rohrleitung 22 schraubenlinien­ förmig entlang der Außenfläche 23 des Wärmetauschers gewunden angeordnet. Mit 24 und 25 sind jeweils symbolisch der Zulauf und der Ablauf des Rohrleitungssystems be­ zeichnet. Die genaue Lage von Zu- und Ablauf kann jedoch individuell nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten gewählt werden. Wesentlich ist in diesem Fall, daß die gesamte Außenfläche 23 des Wärmetauschers von den Rohrleitungen überzogen wird, so daß von einer gleichmäßig bzw. all­ seitig einfallenden Wärmestrahlung ausgegangen wird. Gemäß Fig. 7 ist ein Rohrleitungssystem 26 im wesentlichen nur auf einer Seite des halbkugelförmigen Wärmetauschers angeordnet, wobei davon ausgegangen wird, daß die zu empfangende zu absorbierende Wärmestrahlung lediglich von dieser Seite her auftrifft. Die zeichnerisch nicht dargestellte, abgekehrte Seite hingegen ist zweckmäßiger­ weise außenseitig vollständig mit einer wärmedämmenden Schicht überzogen.

Es existieren zahlreiche Varianten, um ein Rohrleitungs­ system 26 in einer äußeren Schicht 21′ eines Wärme­ tauschers anzuordnen. Gemäß Fig. 8 ist diese äußere Schicht 21 mit Aufnahmerillen 27 versehen, in welche das Rohrleitungssystem 26 eingesetzt ist. Die Schicht 21′ kann in werkstofflicher Hinsicht aus einem Zement-Polymer- Beton bestehen, wie die Schicht 3 in dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1. Es ist alternativ hierzu auch vor­ stellbar, die Aufnahmerillen 27 in den Werkstoff einer Stützstruktur 20 entsprechend Fig. 5 anzuordnen, wobei zur Verbesserung des Wärmeübergangs von der Umgebung auf das Rohrleitungssystem 26 die äußere Schicht 21 (Fig. 5) um die mit dem Rohrleitungssystem versehene Stützstruktur gewickelt wird. Eine derartige Vorgehens­ weise ist möglich, da sich der Zement-Polymer-Beton quasi gummielastisch einstellen läßt und auf diese Weise praktisch beliebigen geometrischen Formen anpaßbar ist. Das Rohrleitungssystem steht somit auch im letztge­ nannten Fall in gutem wärmeleitendem Kontakt mit dem betonartigen Werkstoff.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Speichern und/oder Übertragen von Wärme, mit wenigstens einer Leitung zur Führung eines Wärmeträgermediums, welche in bzw. an einem, wenig­ stens eine, der Wärmeübertragung zwischen der Umge­ bung und einem Wärmeträgermedium dienende Außenfläche aufweisenden, der räumlichen Festlegung der Leitung und zumindest der Wärmeübertragung dienenden Grundkörper geführt ist, welcher Grundkörper zumindest aus einem Verbundwerkstoff, bestehend aus einem, einen polymeren Anteil umfassenden hydraulischen Bindemittel sowie Zuschlagstoffen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der als Platte, als Säule oder sonstiges Bauteil oder als bahn- bzw. mattenartiges, insbesondere wickelfähiges Material ausgestaltete Grundkörper aus einem elastischen eingestellten Verbund­ werkstoff besteht, daß dem Bindemittel in gelöster oder dispergierter Form Kunststoff, Bitumen und/oder Teer beigegeben sind und daß die Zuschlagstoffe des Verbundwerkstoffs wärmespeichernde und/oder wärmelei­ tende Stoffe wie z. B. Quarzsand, Gießereialtsand und/oder Metallpartikel, wie z. B. Hartzink bzw. metallhaltige Partikel wie z. B. Aluminiumhydroxid jeweils in fein verteilter Form enthalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Leitung enthaltende Grundkörper im Bereich wenigstens einer seiner wärmeübertragenden Flächen (6, 20) in an sich bekannter Weise profiliert, insbesondere gewellt ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Leitung durch ein in den Verbund­ werkstoff des Grundkörpers eingebundenes Rohr gebildet wird und daß dieses Rohr aus Kunststoff, Stahl, Edelstahl, Kupfer oder kunststoffbeschichtetem Aluminium besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest die gewellt ausgebildete Fläche mit einer Beschichtung (7) aus Metall, Keramik oder dergleichen überzogen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der wärmeübertragenden Flächen (5, 6, 15, 20) mit einer Wärmestrahlung absorbierenden Beschichtung, beispiels­ weise aus Basaltsand überzogen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper halbkugel- bzw. halbellipsoidförmig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Grundkörper eine Stützstruktur aus Kunst­ stoff, insbesondere einem Schaumkunststoff oder einem vergleichbaren wärmedämmenden Wirkstoff zugeordnet ist und daß der Grundkörper vorzugsweise als Hohlkörper ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung hinsichtlich der der Wärmeübertragung dienenden Außenflächen des Grundkörpers ein weitestgehend oberflächendeckendes Leitungsnetzwerk bildet.

9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Grundkörpers mehrere Leitungssysteme zur Führung unterschiedlicher Wärmeträgermedien angeordnet sind, daß eine Leitung zur Führung eines ersten Wärmeträgermediums durch einen Hohlraum (9) innerhalb des Grundkörpers gebildet wird, daß eine Leitung zur Führung eines zweiten Wärmeträgermediums durch ein schraubenlinienförmig um den Hohlraum (9) gewundenes Rohr (11) gebildet wird und daß das genannte Rohr vorzugsweise aus Metall oder Keramik besteht.

10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Außenfläche des Grundkörpers mit einer Schicht (17) aus wärmedämmendem Material überdeckt ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundkörper, vorzugsweise im Bereich ihrer profilierten, wärmeübertragenden Fläche (6, 20) zu einer Einheit zusammengefaßt sind, und zwar derart, daß eine Durchströmung des sich zwischen den Flächen (6, 20) ergebenen Raumes möglich ist, wobei sich bei gewellt ausgebildeten wärmeübertragenden Flächen (6) die Wellenzüge zweier einander benachbarter Grundkörper unter einen Winkel von vorzugsweise 90° zueinander erstrecken.

12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundkörper unter Verwendung eines Haufwerkes aus Blähton oder Blähglas miteinander verklebt sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine wärmeübertragende Fläche mit einem wasserdichten, wärmeleitfähigen Überzug versehen ist, welcher vorzugsweise aus kunststoffbeschichtetem Aluminium oder verzinktem Stahlblech besteht.