DE3740618C2 - - Google Patents

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.