DE3740618C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gebäude mit einer Einrichtung
zur Gewinnung und Speicherung von Umgebungs- und Erdwärme
mit einem mit dem Erdreich wärmeleitend in Verbindung
stehenden und als Speicher dienenden Fundamentabsorber, in
welchem einen flüssigen Wärmeträger führende Leitungen
eingebettet sind, die mit einer Wärmepumpe verbunden sind,
an welche Wärmeverbraucher angeschlossen sind.
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (DE 34 42 569
A1) handelt es sich um eine monovalente Beheizung eines
Gebäudes, bei der die aus der Gebäudezwangslüftung herrüh
rende Lüftungsfortluft einem Fundamentabsorber durch ein in
die Fundamentplatte einbetoniertes Kanalsystem zugeführt
wird. Die Wärmerückgewinnung aus der Lüftungsfortluft, den
Abwässern und dem Erdreich geschieht über eine Wärmepumpe
und durch in der Sole des Fundamentabsorbers einbetonierte
und durch in den Böschungen der Baugrube eingelegte Wärme
trägerflüssigkeit führende Kunststoffleitungen. Dieses
System ist verhältnismäßig aufwendig. Es erfordert eine
Zwangsumluftströmung im Gebäude sowie getrennte Kanäle für
Abwasser und die Zwangsumluftströmung, die in den Funda
mentabsorber eingebettet sind, und zusätzlich noch Wärme
trägerflüssigkeit führende Kunststoffleitung im Funda
mentabsorber. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß der
Fundamentabsorber dem angrenzenden Erdreich erhebliche
Wärmemengen entzieht, dieses stark kühlt, und zwar um so
mehr, je weiter die Heizperiode fortgeschritten ist.
Aus der gattungsfremden US 39 94 276 ist ein Gebäude mit
einer bivalenten Heizeinrichtung bekannt. Bei dieser wird
zu einer herkömmlichen Heizeinrichtung, beispielsweise
einer Heizkesselheizung, zusätzlich als Wärmequelle Sonnen
energie genutzt, die auf die Dachfläche des Gebäudes ein
strahlt und mit einem Luftkollektor gewonnen wird. Der
Nachteil dieses Systems liegt darin, daß es einmal bivalent
ist und zum andern von der eingestrahlten Wärme nur die
jenige genutzt werden kann, welche zum Zeitpunkt des Be
darfs wärmer als die Raumluft selbst ist. Dazu kommt, daß
der Transport der gesamten zur Raumluftheizung erforder
lichen Wärme mit Luft außerordentlich platzraubende Kanäle
erfordert.
Die US 34 12 728 offenbart eine Sonnenheizvorrichtung
mit einem Sonnenheizkollektor mit transparenter Abdeckung
und einer Wärmesammlerschicht mit dazwischen liegendem,
aufsteigendem Luftkanal, in welchem die erwärmte Luft in
den oberen Bereich des Wärmekollektors geführt wird. Es
handelt sich dabei um eine vom eigentlichen Gebäudeaufbau
getrennte Solarheizvorrichtung, welche dazu dient, die
Raumluft umzuwälzen und zu konditionieren, um insbesondere
bei Gewächshäusern Schadstoffe in der Luft zu beseitigen.
Die bekannte Einrichtung sieht vor, daß unterhalb eines
eigentlichen Nutzraumes unmittelbar ein Wärmespeicher mit
elektrischer Zusatzheizung vorgesehen wird, über den die
erwärmte Luft über Kanäle in den Nutzraum austreten kann;
unmittelbar über der Austrittsöffnung sind zwei parallel
verlaufende Kanäle, die durch eine Wärmesammlerfläche
voneinander getrennt sind, wobei die äußere Deckschicht
eine transparente Abdeckung für die Sonneneinstrahlung
bildet. Die durch diese besondere Einrichtung erwärmte Luft
kann über einen abwärts gerichteten Kanal mittels Venti
lator wieder in den Wärmespeicher zurückgeführt werden, um
die Raumluft zusätzlich dadurch zu erwärmen, daß diese
ständig im Kreislauf umgewälzt wird. Dabei tritt aber ein
Teil der Luft ins Freie aus und es wird ständig frische
Luft über gesonderte Lufteintrittsöffnungen hinzugeführt.
Das System ist bivalent, weil zusätzlich zu einer ge
sonderten Heizeinrichtung die Lufterwärmung durch Sonnen
einstrahlung genutzt wird und erfordert aufwendige bauliche
Maßnahmen.
Bei der DE 30 18 701 A1 handelt es sich um eine Dachkon
struktion für die Ausnutzung der Sonnenenergie mittels
einer wärmeabsorbierenden Dachhaut, die mit Abstand über
einer Wärmedämmschicht vorgesehen ist, so daß ein geson
derter Luftzwischenraum gebildet ist. Die durch Sonnen
einstrahlung erwärmte Luft wird über ein Gebläse und einen
Absaugkanal direkt zu einer Wärmepumpe geleitet, die mit
einem Wasserbehälter für Brauch- bzw. Zentralheizungswasser
verbunden ist. Die Wärmedämmschicht besteht aus Gasbeton
platten, welche gleichzeitig die Tragkonstruktion für die
Dachhaut und einen Wärmespeicher bilden. Diese bekannte
direkte Wärmegewinnung vermochte sich in der Praxis wegen
gravierender Nachteile nicht durchzusetzen. Die Gewinnung
von Wärme aus der Dachluft und ihre Transformation in Wärme
mit höherer Temperatur ist auf direktem Wege nur möglich,
solange eine ausreichende Sonneneinstrahlung besteht, der
Wärmebedarf gering und der elektrische Strom verhältnis
mäßig teuer ist. Das System ist daher im Winter, wenn die
Sonneneinstrahlung gering oder gar nicht vorhanden, der
Wärmebedarf jedoch am größten ist, unzureichend, weil eine
Fremdheizung, beispielsweise eine Strom-, Gasheizung usw.
zugeschaltet werden muß.
Ausgehend von dem einleitend geschilderten gattungsgemäßen
Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
bei einer monovalent arbeitenden Wärmepumpe, d. h. ohne Zu
schaltung einer Fremdheizung, die zur Wärmeversorgung des
Gebäudes erforderliche Energie - auch bei geringer Sonnen
einstrahlung und bei gegen Ende der Heizperiode weitgehend
ausgekühltem Erdreich - ohne besonderen konstruktiven
Aufwand aus der von der Sonne erwärmten Dachluft zu
gewinnen und für kalte Tage und Stunden zu speichern.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Gebäude mit
einer Einrichtung zur Gewinnung und Speicherung von Um
gebungs- und Erdwärme durch die Merkmale des kennzeich
nenden Teiles des Anspruches 1 gelöst.
Dem Fundamentabsorber wird durch die Nutzung der auf die
Dachfläche eingestrahlten Sonnenenergie so häufig und so
viel Wärme aus der Dachkonstruktion zugeführt, daß in
Verbindung mit der Wärme, die der Fundamentabsorber aus dem
Erdreich unter dem Haus erhält, eine monovalente Wärmepum
penheizung problemlos, auch bei Kälte oder wenn das Dach
mit Schnee bedeckt ist, möglich ist, wobei eine Frostgefahr
für die Fundamente nicht mehr besteht.
In weiterer Ausbildung der Erfindung können die dem Funda
mentabsorber zugeordneten Hohlräume zwischen dem Fundament
absorber und dem Fußboden-Estrich angeordnet sein. Die
Hohlräume sind vorteilhaft zwischen Fundamentabsorber und
einer unter dem Fußboden-Estrich befindlichen Wärmedämm
schicht vorgesehen, wobei vorzugsweise die Wärmedämmschicht
aus Wärmedämmplatten bestehen kann, die auf einzelnen Füß
chen abgestützt sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Die auf der Dachfläche eines Gebäudes einge
strahlte Wärme wird dem Fundamentabsorber 1 dadurch zu
geführt, daß die in den Zwischenräumen 6 zwischen der Dachhaut
9, beispielsweise einer Ziegelabdeckung, und der
Wärmedämmung 10 der Dachkonstruktion befindliche und durch
Sonneneinstrahlung erwärmte Luft durch einen Luftförderer,
nämlich den Ventilator 7 und über den Kanal 5 abgesaugt und
durch die dem Fundamentabsorber 1 zugeordneten Hohlräume 4
gefördert wird. Die in diese Hohlräume 4 einströmende Luft
gibt ihre Wärme an den Fundamentabsorber 1 ab. Die Zwischen
räume 6 wirken als Luftkollektor zwischen der Dachabdeckung
und der Wärmedämmung 10; sie sind bei fast allen
Dachkonstruk
tionen aus bauphysikalischen Gründen ohnehin vorhanden, so
daß diese Wärmesammler nicht mit besonderen und kostenauf
wendigen anlagetechnischen Einrichtungen hergestellt zu wer
den brauchen. Die im Fundamentabsorber 1 vorgesehenen Hohl
räume 4 können in einfacher Weise dadurch hergestellt wer
den, daß die über dem Fundamentabsorber 1 und unter dem Fuß
boden-Estrich 12 vorgesehene Wärmedämmschicht 14 vorzugsweise in
Form von Wärmedämmplatten auf Füßchen 13 gelegt werden,
durch welche der Fußboden-Estrich samt darunter befindlichen
Wärmedämmplatten abgestützt wird und gleichzeitig durch
die Anordnung einzelner Füßchen, also einzelner Stützen, die
geförderte, erwärmte Luft ungehindert zum Fundamentabsorber
einströmen kann. Die Füßchen 13 können dabei an die Wärme
dämmplatten bereits durch den Hersteller der Wärmedämm
platten mit geringem Aufwand angeklebt oder angeformt wer
den.
Diese Ausbildung der Hohlräume 4 gewährleistet einerseits
ausreichend große Wärmeaustauschflächen und zum anderen sehr
geringe Luftdurchgangswiderstände und damit auch den Einsatz
kleiner und wenig Strom verbrauchender Luftfördergeräte wie Ventilatoren 7.
Der Wärmetransport mit Luft und die Einspeicherung der Luft
wärme in den Fundamentabsorber 1 ist vom Betrieb und von der
Steuerung der Wärmepumpe völlig unabhängig; er wird nur mit
einer Temperaturdifferenzschaltung 8 ein- und ausgeschaltet
und ist somit technisch ebenso einfach wie kostengünstig.
Der Fundamentabsorber 1 ist als Beton-Fundamentplatte ausge
bildet, die an die Stelle von sonst erforderlichen Streifen
fundamenten und Betonböden tritt und somit - wegen des zwar
größeren Material- aber sehr viel geringeren Lohnkostenanteils -
ebenfalls keine Mehrkosten verursacht. Die mit Hilfe
der im Dach erwärmten Luft dem Fundamentabsorber 1 zugeführ
te Wärme wird diesem über Wärmeträgerflüssigkeit führende
Leitungen 2 von der Wärmepumpe 3 bei Bedarf und vorzugsweise
nachts mit billigem Strom entnommen und den Heizflächen 11
des Gebäudes zugeführt. In den Zeitabschnitten, in welchen
aus dem Dach wegen Schneelage oder sehr kalter Witterung
keine Wärme zur Verfügung steht, entnimmt der Fundamentab
sorber 1 die erforderliche Wärme dem Erdreich. Durch die Er
findung werden also die bei Gebäuden ohnehin vorhandenen und
notwendigen Baukonstruktionen dazu genutzt, um die über
reichlich in der Dachfläche anfallende Wärme stets dann zu
gewinnen und zu speichern, wenn diese an warmen und sonnigen
Tagen anfällt, um sie mit der Wärmepumpe nach Bedarf und mit
billigem Nachstrom zur Heizung zu nutzen. Die auf die
Dachfläche eingestrahlte Sonnenenergie wird in den Funda
mentabsorber 1 und in das an diesen angrenzende Erdreich in
dem Umfang eingespeichert, so daß Fundamentabsorber und Erd
reich trotz laufender Entwärmung durch die Wärmepumpe das
Temperaturniveau des umgebenden, nicht erwärmten Erdreichs
im saisonalen Mittel beibehalten. Die eingespeicherte Wärme
kann so - mangels Temperaturgefälle - auch nicht in das um
gebende Erdreich abfließen und steht zur Entnahme für die Wärme
pumpe zu jedem beliebigen Zeitpunkt zur Verfügung.
Die auf das Dach eines Gebäudes eingestrahlte Sonnenenergie,
mit Hilfe von Luft als Wärmeträger, in einem Fundamentabsor
ber und in das an diesen angrenzende Erdreich unter dem Ge
bäude einzuspeichern, wie dies nach vorliegender Erfindung
geschieht, erfordert überraschenderweise keine sehr großen
Volumenströme für den Transport der Wärme und auch keine
platzraubenden, aufwendigen Kanalquerschnitte, insbesondere,
weil der Wärmetransport mit relativ hohen Lufttemperaturen
erfolgt.
Hierbei ist zu berücksichtigen, daß beispielsweise in Mit
teleuropa in den Monaten Oktober bis April die auf die Dach
fläche eines Hauses eingestrahlte Sonnenenergie den Umfang
von ca. 150% dessen beträgt, was eine monovalent betriebene
Wärmepumpenheizung an Umfeldenergie für ein entsprechend der
deutschen Wärmeschutzverordnung gedämmtes, zwei-geschossiges
Haus benötigt. Aus dem Erdreich unter einem solchen Haus
können durch Wärmeentnahme etwa 60% des Umfeldenergie
bedarfs für Heizungszwecke gedeckt werden. Somit hat man mit
der erfindungsgemäßen Einrichtung weit mehr an Umfeldenergie
zur Verfügung als diese tatsächlich gebraucht wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Speicherfähigkeit
des Fundamentabsorbers und des ihn umgebenden Erdreiches so
groß ist, daß diese in Verbindung mit dem Überangebot von
Wärme aus dem Dach es erlaubt, zum Einspeichern von Sonnen
energie in den Fundamentabsorber und in das angrenzende Erd
reich jene Tage und Wochen auszuwählen, an welchen mit we
nig, aber umso wärmerer Luft Wärme vom Dach in den Funda
mentabsorber transportiert werden kann.
Dies ermöglicht kleine, für den Grundriß eines Hauses un
schädliche Kanalquerschnitte und ebenso kleine billige und
wenig Strom verbrauchende Ventilatoren.
Im Vergleich zu ähnlichen Systemen (DE-OS 24 11 308) besteht
der Vorteil darin, daß der Aufwand an Technik und Kosten bei
der Einrichtung nach der Erfindung nur noch einen Bruchteil
beträgt und daß die auf die Dachfläche eingestrahlte Sonnen
energie immer - auch wenn die Wärmepumpe nicht in Betrieb
ist - durch Einspeicherung in den Fundamentabsorber und in
das umgebende Erdreich genutzt werden kann. Außerdem ergibt
sich der Vorteil, daß die Nutzung der tagsüber anfallenden
Sonnenenergie mit der Wärmepumpe nachts mit billigem Strom
erfolgt.
Im Vergleich zu der bekannten Wärmepumpenheizung (DE-OS
34 42 569) besteht der Vorteil darin, daß die insgesamt bei
dieser bekannten Einrichtung knapp bemessene Versorgung mit
Umfeldwärme aus dem Erdreich (ca. zwei Drittel) und der Ge
bäudeabluft (ca. ein Drittel) durch die Nutzbarmachung der
auf die Dachfläche des Gebäudes eingestrahlten Sonnenenergie
ganz wesentlich verbessert wird, weil die auf die Dachfläche
eines Gebäudes während der Heizperiode eingestrahlte Sonnen
energie eineinhalb mal so groß ist wie der gesamte Umfeld
energiebedarf einer Wärmepumpenheizung für eine ganze Heiz
periode. Dadurch wird die für ca. 60% des jährlichen Um
feldenergiebedarfs einer monovalenten Wärmepumpenheizung
ausreichende Wärmereserve des Erdreiches unter dem Haus nur
noch in Zeiten fehlender Wärme aus dem Dach in Anspruch ge
nommen, wofür dieses reichlich ausreicht. Zu berücksichtigen
ist dabei ferner, daß jede Abkühlung des Fundamentabsorbers
infolge Wärmeentzugs einen desto früheren Wärmenachschub aus
dem Dach mit der Hilfe des Temperaturdifferenzschalters an
allen wärmeren Tagen mit Sonnenschein innerhalb einer Heiz
periode auslöst. Die somit verfügbare Überschußenergie ist
zudem keinesfalls unnütz, sondern erhöht die Wärmequellen
temperatur und damit die Leistungszahl der Wärmepumpe und
ermöglicht ferner die Wahl kleinerer und billigerer Wärme
pumpen.
Die überreichlich zur Verfügung stehenden Energiemengen aus
dem Dach in Verbindung mit den Reserven an Erdwärme unter
dem Haus für Zeiträume fehlender Wärme aus dem Dach mit Hil
fe einer weitgehenden Nutzung baukonstruktiver Gegebenheiten
mit einem überaus geringen Aufwand an Anlagentechnik und Ko
sten samt der - durch die Zwischenspeicherung der Sonnen
energie im Fundamentabsorber und im angrenzenden Erdreich
ermöglichten - Nutzung durch eine mit billigem Nachtstrom
betriebene Wärmepumpe ermöglichen erstmals eine monovalente
Wärmepumpenheizung mit guten Leistungszahlen auch an kalten
Tagen, ohne daß zusätzliche Erdkollektoren im Freiflächenbe
reich oder ein großer Aufwand an Technik und Kosten oder un
wirtschaftlich starke Wärmedämmungen benötigt würden. Von
besonderem Vorteil ist dabei, daß keinerlei Einschränkungen
in der Konstruktion und der Gestaltung des Baukörpers erfor
derlich sind und daß eine Frostgefahr für das Fundament des
Hauses (Gründung) nicht zu befürchten ist.
Claims (7)
1. Gebäude mit einer Einrichtung zur Gewinnung und
Speicherung von Umgebungs- und Erdwärme mit einem mit
dem Erdreich wärmeleitend in Verbindung stehenden und
als Speicher dienenden Fundamentabsorber, in welchem
einen flüssigen Wärmeträger führende Leitungen ein
gebettet sind, die mit einer Wärmepumpe verbunden sind,
an welche Wärmeverbraucher angeschlossen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die in der Dachkonstruktion
des Gebäudes zwischen Dachhaut (9) und Wärmedämmung (10)
ohnehin vorhandenen Zwischenräume (6) an einen
luftführenden Kanal (5) angeschlossen sind, der mit dem
Fundamentabsorber (1) luftführend verbunden ist und in
dem Fundamentabsorber (1) wärmeleitend zugeordnete
Hohlräume (4) einmündet, durch die die Dachluft unter
Wärmeaustausch transportierbar ist.
2. Gebäude nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die dem Fundamentabsorber
(1) zugeordneten Hohlräume (4) zwischen dem Funda
mentabsorber (1) und dem Fußboden-Estrich (12) ange
ordnet sind.
3. Gebäude nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (4) zwischen
Fundamentabsorber (1) und einer unter dem Fußboden-
Estrich (12) befindlichen Wärmedämmschicht (14) vor
gesehen sind.
4. Gebäude nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmschicht (14)
aus Wärmedämmplatten besteht, die auf einzelnen Füßchen
(13) abgestützt sind.
5. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal (5) ein Ventilator
(7) angeordnet ist.
6. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (7) durch
eine Temperaturdifferenzschaltung (8) in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen der Temperatur im Funda
mentabsorber (1) und der Temperatur der Luft in den
Zwischenräumen (6) der Dachkonstruktion des Gebäudes
ein- und ausschaltbar ist.
7. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Fundamentabsorber (1)
als Betonfundamentplatte des Gebäudes ausgebildet ist.
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