DE69624775T2

DE69624775T2 - Wärmespeicher

Info

Publication number: DE69624775T2
Application number: DE69624775T
Authority: DE
Inventors: Michel Schmidt
Original assignee: Deltablock S A
Current assignee: Deltablock S A
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2016-03-09
Also published as: DE69624775D1; EP0781395A2; PT781395E; WO1996028703A3; WO1996028703A2; ES2189864T3; DK0781395T3; EP0781395B1; CH686641A5; ATE227834T1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmespeicher mit starker Wärmespeicherkraft.
Man kennt die steigende Bedeutung der erneuerbaren Energien und insbesondere der Sonnenenergie zur Erzeugung von Warmwasser für sanitäre Zwecke und von Heizwasser für Gebäude.
Da jedoch die Sonneneinstrahlung, die entscheidend ist für die Menge der aufgenommenen Sonnenenergie, in Abhängigkeit vom Tages- und Jahreszeitenrhythmus stark schwankt und nicht unbedingt den Bedürfnissen des Moments entspricht, muss die Wärme gespeichert werden. Zu diesem Zweck verwendet man meist die Wärmeenergie, die in ein bestimmtes Volumen an Wasser eingeführt wird, das in einem Wärmereservoir enthalten ist. Dieses System weist insbesondere Nachteile auf, die mit der Tatsache verbunden sind, dass es notwendig ist, das Speicherwasser mit toxischen Produkten zu behandeln.
Andere Systeme verwenden eine Sand- oder Kiesmasse, die in einem Behälter in Form einer Wanne gelagert ist, die mit einem Kreislauf zur Zirkulation von Wasser ausgestattet ist, wobei das Reservoir im Allgemeinen mit Kollektoren verbunden ist, in denen die wärmeübertragende Flüssigkeit im Allgemeinen Wasser ist. Wieder andere Systeme schlagen einen Kasten vor, der Steinbriketts enthält und der mit Kollektoren verbunden ist, die mit der in dem Kasten zirkulierenden Luft funktionieren.
Andere Wärmespeicher schließlich verwenden Erde als Wärmespeichermittel. Diese Speicher sind für die Heizung von Wohnhäusern bestimmt und in den Gärten oder einfacher in unmittelbarer Nähe des zu heizenden Hauses installiert. Diese Kollektoren sind jedoch nicht zufriedenstellend, insbesondere auf Grund ihrer schlechten Isolierung, auf Grund des geringen Wirkungsgrads, der bei der Wärmeübertragung vom Sonnenkollektor zum Speicher erzielt wird, und auf Grund der schwierigen Wanderung der Wärme in der Erde. Andererseits sind diese Speicher notwendigerweise sehr voluminös, und es ist notwendig, eine große Menge an Erde auszuheben, um die verschiedenen Elemente, aus denen die Anlage gebildet ist, zu platzieren, zu verbinden und thermisch zu isolieren, was erhebliche Kosten verursacht. Dazu kommt die Tatsache, dass die um ein Haus herum verfügbare Grundfläche im Allgemeinen beschränkt ist. Darüber hinaus ist mit diesen Wärmespeichern in der Erde eine Speicherung der Sonnenenergie ab der Periode der vollen Sonneneinstrahlung im Sommer bis zur Periode des maximalen Verbrauchs im Winter nur durch erhebliche Investitionen, wahrscheinlicher aber unmöglich zu bewerkstelligen.
Das Dokument GB-A-2 020 797 beschreibt einen Wärmekollektor, bei dem die Oberfläche einer Betonplatte der Sonne ausgesetzt wird, die die aufgenommene Wärme auf ein Fluid überträgt, das in den in der Platte angeordneten Leitungen zirkuliert, wobei die Vorrichtung auch als Kühlung funktionieren kann. Zwar kann die Betonplatte, wenn ihre Dicke ausreichend ist, eine gewisse momentane Wärmespeicherungsträgheit aufweisen, doch diese Speicherung dauert höchstens einige Stunden und hat nichts mit einem Jahreszeitenzyklus zu tun.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmespeicher vorzuschlagen, der es ermöglicht, die Mängel der bekannten Systeme zu beseitigen und eine erhebliche Wärmemenge von mittlerer bis hoher Temperatur zu aufzunehmen, wobei diese über mehrere Monate hinweg gespeichert werden kann.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung einen Wärmespeicher, wie er in einem der unabhängigen Ansprüche 1 oder 2 definiert ist.
Die Anwendung und Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmespeichers zur Aufnahme und Speicherung ist mit verschiedenen Energiequellen möglich, nämlich: Holz, Biogas, fossile Brennstoffe, Geothermie u. a., insbesondere jedoch wird er mit verschiedenen Typen von Sonnenkollektoren mit Zirkulation von wärmeübertragenden Flüssigkeiten o. a. verwendet.
In der Folge der Beschreibung wird auf diese besondere Anwendung Bezug genommen, ohne dass dies eine Einschränkung der Erfindung bedeuten würde.
Zwei Ausführungsformen der unten beschriebenen Erfindung werden in folgenden Zeichnungen dargestellt:
- Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des Wärmespeichers;
- Fig. 2 ist eine Draufsicht des Wärmespeichers im schematischen Schnitt entlang der Linie 9-9 von Fig. 1;
- Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Wärmespeichers, die aus mehreren Blöcken aus festem Material gebildet ist, die miteinander verbunden sind.
Der thermische Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Wärmespeichers 1 ist sehr hoch. Bei der Wärmeübertragung vom Kreislauf 2-6 zum festen Betonblock 3 sowie vom festen Betonblock 3 zum Kreislauf 2-6 kommt es zu keinerlei Verlust. Die im Inneren des Betonblocks 3 gespeicherte Energie wird durch die Hülle aus thermisch isolierendem Material 5 zurückgehalten.
Die thermische Hülle 5 hindert die in dem Betonblock 3 gespeicherte Wärme daran, unten und oben sowie an den Seiten zu entweichen.
Der erfindungsgemäße Wärmespeicher, der den Betonblock umfasst, wird an der Oberfläche platziert oder im Boden vergraben; in diesem Fall ist der Block 3 durch Erde in variabler Dicke bedeckt. Das auszuhebende Erdvolumen ist somit wenig größer als das Volumen des Betonblocks 3, seiner Hülle aus Isoliermaterial 5 und der Einfassung 4, die sie enthält. In einer besonderen Form umfasst das auszuhebende Erdvolumen das Volumen des Blocks und seiner Isolierhülle.
Die Kosten für die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmespeichers sind verglichen mit den Kosten und Investitionen, die für die Herstellung und Installation der verschiedenen bekannten Wärmespeicher notwendig sind, insbesondere derjenigen, die Erde als Wärmemittel verwenden, extrem gering.
Die Montage des erfindungsgemäßen Betonblocks kann auf einfache Weise vom Fachmann ausgeführt werden, und zwar in einer einzelnen Ausführungsform (Fig. 1) oder in einer gekoppelten, aus mehreren Betonblöcken bestehenden Ausführungsform (Fig. 3), um die Gesamtkapazität des Wärmespeichers zu modulieren, um die gesamte zur Verfügung stehende thermische Energie aufnehmen zu können, um auf diese Weise die Möglichkeit zu haben, die Temperatur jedes Betonblocks 3 einzeln zu regeln und somit die thermische Schichtung und die Wanderung der Wärme im Inneren aller eine Einheit bildenden Wärmespeicher-Blöcke 3 bestmöglich nutzen zu können, wobei diese Einheit die Möglichkeit gibt, die thermische Energie, die durch ein wärmeübertragendes Fluid im Inneren des Kreislaufs 2-6 zu transportieren ist, auf sehr wirksame Weise zu verwalten, wodurch man die Wärmemenge, die an die verschiedenen Energieverbraucher zu verteilen ist, sehr fein modulieren kann.
Eine vereinfachte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmespeichers gemäß Fig. 1 und Fig. 3 für eine Verwendung des Wärmespeichers mit niedriger und mittlerer Temperatur kann ohne die Einfassung 4 und ohne die isolierende Hülle 5 gebildet werden.
Die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Wärmespeichers aus Beton ist sehr lang. Wir können uns nämlich zeitlich an den Bauwerken und Arbeiten im Tief- und Hochbaubereich orientieren, die mit Beton als Basis ausgeführt bzw. durchgeführt wurden, und aus diesem Grund für seine vollkommene Zuverlässigkeit sowie die Innovation, die darin besteht, dieses Material als Wärmespeichermittel zu verwenden, bürgen.
Die Konzeption des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist besonders gut für Einfamilienhäuser, Mehrfamilienhausgruppen, Miethäuser, Handels- und Industriegebäude u. a. geeignet. Der Wärmespeicher kann in einer Einfassung 4 oder direkt in der Erde 8 installiert werden.
Im Fall der Installation in einem aus Erde bestehenden Boden kann die Installation des erfindungsgemäßen Wärmespeichers in unmittelbarer Nähe der Grundmauern des zu heizenden Objekts erfolgen, wobei jedoch eine angemessene Mindestentfernung einzuhalten ist, so dass es keinen direkten Kontakt zwischen den beiden Bauwerken gibt und so eine ausreichende Sicherheitsreserve für die Dehnung des Wärmespeichers 3 gemäß Fig. 1 und Fig. 3 in Abhängigkeit von seiner Temperatur beibehalten wird.
Nun erfolgt in logischer Reihenfolge der Anschluss des erfindungsgemäßen Wärmespeichers an die Energieverbraucher des anzuschließenden Gebäudes (Ein- und Mehrfamilienhäuser u. a.), umfassend mindestens einen Kreislauf 6 und eine Leitung 2 und eventuell ein Mehrwegventil 7, wobei dieses letztgenannte Ventil für das ordnungsgemäße Funktionieren des Wärmespeichers nicht unbedingt notwendig ist, anschließend ist die mechanische und thermische Abdeckung der gesamten Wärmespeicheranlage von Fig. 1 und Fig. 3 anzubringen, und an letzter Stelle bedeckt man sie mit gewöhnlicher Erde, Muttererde oder anderen Materialien und nivelliert den Boden 8, womit der erfindungsgemäße Wärmespeicher von Fig. 1 und Fig. 3 betriebsbereit ist.

Claims

1. Wärmespeicher, umfassend mindestens einen Block (3) aus Beton, der zur Speicherung von Wärmeenergie bestimmt ist, die in den Block durch ein wärmeübertragendes Fluid eingeführt wird, das in mindestens einem Kreislauf (6) zirkuliert, wobei der letztgenannte teilweise aus einer Leitung (2) aus einem Material mit guter Temperaturleitfähigkeit gebildet ist, die im Inneren des Blocks (3) versenkt ist, wobei dieser Kreislauf (6) auch dazu dient, die auf diese Weise angesammelte Energie zu einem Wärmeverbraucher abzuführen, wobei der Block in einer Einfassung (4) installiert ist.

2. Wärmespeicher, umfassend mindestens einen Block (3) aus Beton, der zur Speicherung von Wärmeenergie bestimmt ist, die in den Block durch ein wärmeübertragendes Fluid eingeführt wird, das in mindestens einem Kreislauf (6) zirkuliert, wobei der letztgenannte teilweise aus einer Leitung (2) aus einem Material mit guter Temperaturleitfähigkeit gebildet ist, die im Inneren des Blocks (3) versenkt ist, wobei dieser Kreislauf (6) auch dazu dient, die auf diese Weise angesammelte Energie zu einem Wärmeverbraucher abzuführen, wobei der Block direkt in der Erde installiert ist.

3. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betonblock (3) thermisch isoliert ist (5).

4. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betonblock (3) die Form eines Parallelepipeds aufweist, das vertikal oder horizontal positioniert ist.

5. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf (6) mindestens ein Mehrwegventil (7) aufweist, das dazu dient, die Wärmeenergie in den Block (3) oder direkt zum Wärmeverbraucher zu leiten.

6. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mehreren Blöcken (3) aus Beton gebildet ist, die aneinander gekoppelt sind.