WO2001020240A2 - Wärmespeicher - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Wärmespeicher mit einem Wärme speichernden Medium hoher Wärmekapazität und ein Wärme transportierendes Fluid führenden Leitungen. Hierbei wird vorgeschlagen, dass das Wärme speichernde Medium als Festkörperschüttung gebildet ist und die Leitungen eine Vielzahl unabhängig ansprechbarer, beabstandet geführter Abschnitte umfasst, um so Wärme gezielt in bestimmte Schüttungsbereiche herein und/oder aus diesen herauszuführen.

Description

Titel : Wärmespeicher

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmespeicher.

Werden Sonnenkollektoren eingesetzt, um den Wärmebedarf eines Hauses zu decken, so steht die Wärme in der Regel nicht dann zur Verfügung, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Typisch stehen aus den Sonnenkollektoren große Wärmemengen nämlich im Sommer zur Verfügung, die erst im Winter vor allem zum Heizen benötigt werden. Eine geringe zeitliche Verschiebung zwischen Wärmezufuhr und -nutzung ergibt sich zudem, wenn abends die am Tag gesammelte Wärme verwendet werden soll, etwa zur Brauchwasserverwendung .

Es ist bekannt, die mit den Sonnenkollektoren gesammelte Wär- me in einem Speicher mit hoher Wärmekapazität zu speichern und aus diesem im Bedarfsfall, also dann wenn der Wärmebedarf höher ist als die gesammelte Wärme, abzurufen. Dabei ist etwa vorgeschlagen worden, bei einem Wohnhaus die Bodenplatte des Kellergeschosses mit Kanälen zu versehen, durch welche zur Wärmezufuhr Warmluft geblasen wird und durch welche zur Wärmeentnahme kalte Luft geleitet wird, die sich dadurch erwärmt und in die Wohnräume geleitet werden kann.

Ein Problem hierbei ist jedoch, daß der Wärmespeicher, obwohl er teuer ist, nur schlecht nachgerüstet werden kann, und ihm viel Wärme zugeführt werden muß, bis ihm erstmals in sinnvoller Weise Nutzwärme entzogen werden kann. Es ist weiter bekannt, große isolierte Behalter mit Wasser oder einem anderen Fluid als warmespeicherndes Medium vorzusehen, durch welches Leitungen gefuhrt sind, um das Medium zu erwarmen oder daraus Warme abzuziehen.

Auch diese Behalter sind teuer und es dauert überdies lange, b s der Speicher bis zu einem Niveau aufgewärmt ist, welches eine Warmeentnahme sinnvoll erscheinen laßt.

Es ist zudem aus Wärmetauschern bekannt, als Warme speicherndes Medium Festkörper wie Metallspane, Kunststoffspane und dergl. zu verwenden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereit zu stellen.

Die Losung dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht. Bevorzugte Ausfuhrungsformen finden sich in den Unteranspruchen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit vorgeschlagen, daß bei einem Warmespeicher mit einem Warme speichernden Medium hoher Wärmekapazität und einem Warme transportierenden Fluid fuhrenden Leitungen vorgesehen ist, daß das Warme speichernde Medium mit einer Festkorperschut- tung gebildet ist und die Leitungen eine Vielzahl unabhängig ansprechbarer, beabstandet geführter Abschnitte umfaßt, um so Warme gezielt in bestimmte Schuttungsbereiche herein und/oder aus diesen heraus zu fuhren.

Durch die Festkorperschuttung wird die interne Warmeleitung reduziert, so daß sich der Warmespeicher zunächst selbst isoliert. Dies gilt einerseits, wenn ein durchgehendes Speichervolumen mit einer Vielzahl an Leitungen verwendet wird; ande- rerseits ergeben sich auch Vorteile, wenn eine Vielzahl beispielsweise würfelförmiger Speicherzellen verwendet wird, durch welche sich jeweils eine oder mehrere Leitungen ziehen, um den Gesamtwärmespeicher mittels insbesondere vorzuferti- gender Speicherelemente aufzubauen. In den Speicherzellen sind dann jeweils die Festkörperschüttungen eingeschüttet. Die Wände vorgefertigter Einheiten können zum Beispiel aus Holz, durch Kunststoffsacke oder dergleichen aufgebaut sein. Bei Verwendung von zum Beispiel dichten Kunststoffwänden kön- nen die Einzelzellen evakuiert verwendet werden.

Dank dieser Selbstisolation sind die einzelnen Schüttungsbe- reiche ohne zusätzliche Maßnahmen thermisch voneinander so unabhängig, daß mit den dorthin geführten Leitungsabschnitten selektiv Wärme zu- und vor allem auch wieder in nutzbarer Weise abgeführt werden kann, noch bevor sich der gesamte Speicher erwärmt hat. Dies erlaubt es einerseits, den Wärmespeicher schon kurz nach seiner Fertigstellung zu verwenden, und zwar selbst dann, wenn ein Bau etwa gegen Herbst fertig- gestellt wird und der gesamte Wärmespeicher vor dem Winter nicht mehr voll durchwärmbar ist. Andererseits ist es möglich, die Bereiche unterschiedlich stark zu erwärmen. So kann auch im Herbst ein kleiner Bereich für die Brauchwassernutzung auf höhere Temperaturen erwärmt werden, während für den Heizungsbedarf ein größerer Bereich auf weniger hohe Temperaturen erwärmt wird.

Die Festkorperschuttung hat dabei trotz Selbstisolation eine so große verbleibende Restwärmeleitung, daß innerhalb eines Schüttungsbereiches während der typisch täglich stattfindenden Wärmebeschickung eine hinreichend große Wärmemenge einfließen kann. Es wurde erkannt, daß der sich allmählich, also über den Zeitraum mehrerer Tage oder Wochen ergebende Wärme- fluß aus einem Speicherbereich dabei unkritisch ist, da er im Regelfall zwar zur Erwärmung eines benachbarten Speicherbereiches fuhren wird, aber nicht zu einem Netto-Warmeverlust des Speichers. Man erhalt also dank der Festkorperschuttung einen in dem Sinn sehr dynamischen Speicher, daß Warme besonders schnell nutzbar gemacht wird.

Der Warmespeicher wird bevorzugt unterirdisch angeordnet, und zwar in seiner besonders bevorzugten Variante im Garten unter einer Schicht Muttererde. Hier fuhren die sich nach oben ergebenden Warmeverluste zu einer gezielten Erwärmung des Gartenbereiches, was etwa für die Anlegung von Frühbeeten usw. nützlich ist. Durch Auslegung der abdeckenden Erdschicht und gezielte Steuerung des Warmeeintrags können dabei die Beet- Temperaturen gezielt eingestellt werden, was für Frühbeete und dergleichen von Vorteil ist.

Für die Festkorperschuttung kann Glas, insbesondere Altglas, als warmespeicherndes Medium verwendet werden. Dieses Materi- al hat den Vorteil, langfristig inert und verrottungssicher zu sein und es kann ohne irgendeine Behandlung auch in Grund- wasserschutzgebneten eingesetzt werden.

Ein weiteres, für die Festkorperschuttung bevorzugtes Mateπ- al ist Holz, insbesondere m Form von Holzspanen und/oder Sagemehl. Dieses Material steht als Abfallstoff in großen Mengen kostengünstig zur Verfugung. Es ist zur Erzielung eines dicht gepackten Warmespeichers zwar möglich, ausschließlich Holzspane und/oder Sagemehl zu verwenden, typisch werden aber auch gröbere Holzteile, wie grob zerkleinertes Altholz usw. verwendet . Wenn Holz für den Warmespeicher verwendet wird, kann dieses zumindest zum Teil verrottungsgeschutzt, insbesondere zementummantelt sein. In einem besonders bevorzugten Ausfuhrungs- beispiel wird ein Warmespeicher so aufgebaut, daß eine Außen- schicht den eigentlichen Kernspeicher umgibt. Für diese Außenschicht bzw. diesen Außenbereich des Warmespeichers wird dann verrottungsgeschutztes Holz vorgesehen; eine Verdichtung dieser Außenschicht verhindert auch sehr weitgehend das Eindringen von Bodenfeuchte in den Speicher, so daß im Inneren auch gröberes und damit weniger gut verdichtbares Material und/oder unbehandeltes Material eingesetzt werden kann. Erforderlichenfalls kann auch eine umgebende Kunststoffhaut, Teerschicht usw. verwendet werden.

Der Festkorperschuttung kann ein Mittel zur Speicherung latenter Warme zugegeben werden und/oder sie kann aus einem solchen Mittel hergestellt sein. Als Mittel zur Speicherung latenter Warme kann insbesondere Paraffin oder eine ahnliche wachsartige Substanz vorgesehen werden, welche zusammen mit Holz eingeschüttet wird. Dies ist besonders bevorzugt, weil das Paraffin oder die andere wachsartige Substanz einerseits Warme latent speichert, also die Wärmekapazität eines Speichers wesentlich zu erhohen vermag und andererseits auch einen Schutz vor Verrottung durch Grundwasser und/oder Boden- feuchte bildet.

Die Festkorperschuttung wird bevorzugt so gewählt und gegebenenfalls nur soweit verdichtet, daß die Warmeleitung in der Schuttung gering bleibt, inbesondere niedriger als m Konvek- tionsstromungen erlaubendem Wasser) . So können eine Vielzahl unterschiedlicher Bereiche vorgesehen werden, die separat mit Leitungen durchzogen werden. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Festkorperschuttung in einer Grube angeordnet und die Vielzahl unabhängig ansprechbarer, beabstandet geführter Leitungsabschnitte sind m unterschiedlichen und von Schuttungs- mateπal gegeneinander warmeisolierten Tiefen angeordnet.

Es ist überdies bevorzugt, wenn im Warmespeicher ein Primar- leitungskreislauf für Warme in das Schuttungsmaterial hinein transportierendes Fluid und ein Sekundarleitungskreislauf für Warme aus dem Schuttungsmaterial heraus transportierendes Fluid vorgesehen ist. Dies erlaubt die simultane Zufuhr von Warme in einen Bereich und die Entnahme aus insbesondere einem anderen Bereich.

Zur Bildung des bevorzugten Warmespeichers wird bevorzugt zunächst eine unterste Isolierschicht vorgesehen, die zugleich Warme speichert und feuchtigkeitsdicht ist. Auf dieser wird dann eine erste Speicherschicht angeordnet, die verdichtet wird, um auf der verdichteten und damit glatten Flache erste Primär- und Sekundarleitungsabschnitte zu verlegen. Dazu kann ein schützendes Sagespanbett gebildet sein. Dann wird eine zweite Speicherschicht aufgeschüttet und gegebenenfalls verdichtet. Nach der Verdichtung werden die nächsten Primär- und Sekundarleitungsabschnitte verlegt. D es setzt sich fort, bis die oberste Ebene erreicht wird, die von einer Isolierschicht und Muttererde abgedeckt wird.

Es ist möglich und bevorzugt, die einzelnen Leitungsabschnitte, die zu den unterschiedlichen Bereichen fuhren, über Ven- tile an Sammelleitungen anzuschließen und zu- und wegschalt- bar zu gestalten. Dabei können m einem bevorzugten Ausfu- hungsbeisp el die Abschnitte im Primär- und Sekundarleitungskreislauf unabhängig voneinander zu- und wegschaltbar sein, um so die Wärmeentnahme unabhängig von der Zufuhr zu ermöglichen.

Während der Wärmespeicher mit jedweder Wärmequelle verwendbar ist, also insbesondere auch zur Speicherung der Abwärme industrieller Prozesse, ist er in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel Bestandteil einer Heizungsanlage für ein Gebäude mit einem Solarkollektor.

Gerade bei Verwendung in Verbindung mit einem Solarkollektor ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Wärmespeicher mit einem Mittel zur Initialerwärmung bei Inbetriebnahme vorgesehen wird. Häufig werden Wärmespeicher der vorliegenden Art gemeinsam mit einem Wohngebäude aufgebaut. In einem solchen Fall erfolgt der Aufbau des Wärmespeichers typisch zusammen mit dem Wohnhaus während der warmen Jahreszeit, so daß eine Inbetriebnahme erst zum Herbst möglich ist. Es ist dann wünschenswert, ein Mittel zur Initialerwärmung vorzusehen.

In einer ersten Ausführungsvariante wird als Mittel zur Initialerwärmung ein Anschluß an eine externe Wärmequelle, wie einen mobilen Brenner oder dergleichen vorgesehen. Hier kann ein großer, herkömmlicher, jedoch mobiler Brenner angeschlossen und in Betrieb genommen werden, bis die gewünschten Be- triebstemperaturen des Speichers erreicht sind. Das Vorsehen eines lokalen fest installierten Brenners ist somit nicht erforderlich. Danach kann der initial erwärmte Speicher mit Kollektoren o.a. auf seiner Temperatur gehalten werden.

Das Initialerwärmungsmittel kann alternativ oder weiter einen Zusatz umfassen und/oder durch diesen gebildet sein, der zu einer exothermen Reaktion fähig ist. Ein besonders bevorzugtes Zusatzmittel ist exotherm umsetzbarer, ungelöschter Kalk beziehungsweise ungelöschter Zement. Zur Initialerwarmung m t diesem Zusatz kann der den Zusatz enthaltende Warmespeicher oder -Speicherbereich befeuchtet werden. Auch wenn Holz als Warmespeichermedium vorgesehen wird, ist keine Verrottung durch die zugefuhrte Feuchtigkeit zu befurchten, da einerseits das Holz aufgrund der hohen Erwärmung verrottungsge- schutzt ist und ein Pilzbefall und dergleichen bei Temperaturen jenseits der 40°C- bis 50°C-Grenze nicht auftritt. Zudem wird bei nach oben offenen und/oder zumindest nicht diffusi- onsdicht abgeschlossenen Warmespeichern eventuell zugefuhrtes überschüssiges Wasser nach oben diffundieren.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Warmespeichers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht von Ventilen im War- mespeicher von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht des Leitungsverlauf von Primär- und Sekundarleitungen im Warmespeicher von Fig. 1.

Nach Fig. 1 sind durch einen allgemein mit 1 bezeichneten Warmespeicher 1 für ein Wohnhaus 2 Primarleitungen 3 und Sekundarleitungen 4 gefuhrt.

Der m Fig. 1 nur schematisch dargestellte Warmespeicher 1 ist außerhalb des Wohnhauses unterirdisch im Garten angeordnet. Als zugleich Warme speicherndes und isolierendes Material im Warmespeicher findet eine Schuttung aus Holzspanen und Sägemehl Verwendung. Die Menge der Schüttung ist dem vorherbestimmten Wärmebedarf des Hauses unter Berücksichtigung von Wärmeverlusten im Speicher durch Wärmeleitung, verlängerten Kaltwetterperioden usw. angepaßt.

Dabei sind in einer äußeren Schicht la zunächst zementummantelte und damit verrottungssichere Holzspäne vorgesehen. Diese Holzspäne sind verdichtet, um ein Durchdringen von Bodenfeuchtigkeit und/oder Grundwasser in das Speicherinnere zu verhindern.

Die äußere Schicht la bildet damit zugleich den Wärmespeicherboden lb, auf welchem eine erste Grob-Schicht aus nur grob zerkleinertem Altholz, Holzspänen usw, . vorgesehen ist. Diese erste Grob-Schicht ist mit einer ersten verdichteten Fein-Schicht aus feinerem Material wie feineren Holzspänen und Sägemehl abgedeckt. Durch die Verdichtung der ersten Feinschicht ist eine von großen Unebenheiten freie Schicht geschaffen, auf welcher Rohrleitungen verlegt sind. Die Rohr- leitungen sind wiederum mit einer ebenfalls verdichteten

Fein-Schicht abgedeckt, über welche eine weitere Grobschicht aufgeschüttet ist. Damit sind die Rohrleitungen in vergleichsweise feines Material eingebettet und es besteht auch bei der Verwendung von Kunststo fröhren keine Gefahr, daß durch auch sehr grobe Schüttgutbestandteile die Rohre abgequetscht und/oder zerstört werden können. An den Außenseiten jeder Schicht ist dabei eine umgebende Schicht aus zementummantelten und damit verrottungssicheren Holzspänen vorgesehen.

Der Schichtaufbau aus in Feinschichten eingebetteten Rohrleitungen und dicken Grobschichten setzt sich bis zur obersten Schicht hin fort, wo eine Grobschicht mit verdichteten, ze- mentummantelten Holzspanen mit etwa 20 bis 30 cm Muttererde abgedeckt ist. Wahrend in der Zeichnung aus Grundne der Veranschaulichung nur vier unterschiedliche Schichten gezeigt sind, können in einem praktischen Ausfuhrungsbeispiel deut- lieh mehr Schichten, z.B. 10 Schichten vorgesehen sein.

In den einzelnen Schichten sind dabei zu den Pπmarleitungen 3 und Sekundarleitungen 4 gehörende Leitungsabschnitte eng nebeneinander und/oder übereinander liegend gefuhrt, vgl. Fig. 3. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel sind ein erstes Primär- und Sekundarleitungsabschnitt 5a, 6a in der untersten Materialschicht nahe des Warmespeicherbodens vorgesehen, sowie darüber liegend, gleichfalls in jeweiligen Feinschichteinbettungen drei weitere Primär- und Sekundarleitungsab- schnitte 5b, 5c, 5d und 6b, 6c, 6d.

Oberhalb der Feinschichteinbettung der obersten Leitungssegmente 5d, 6d sind dabei als Isolierung wiederum verdichtete, zementummantelte Holzspane und etwa 20 bis 30 cm Muttererde vorgesehen.

Die Primarleitung 3 ist mit einem Solarkollektor 8 auf dem Hausdach verbunden und umfasst eine Sammel-Hmleitung 31, mit welcher erwärmtes Fluid aus dem Solarkollektor 8 zum Warme- Speicher transportiert wird und eine Sammel-Ruckleitung 311, um Fluid vom Wärmetauscher zum Solarkollektor zurückzuführen. In der Primarleitung 3 ist weiter eine Primarkreislauf- Umwalzpumpe 9p vorgesehen.

Die Sekundarleitung 4 ist mit Wärmeverbrauchern im Haus 2 verbunden und umfasst eine Sammel-Hinleitung 41, mit welcher zu erwärmendes Fluid zum Warmespeicher transportiert wird und eine Sammel-Ruckleitung 411, um erwärmtes Fluid vom Warme- Speicher zum Verbraucher im Haus zu führen. Der Verbraucher im Haus 2 kann eine Niedrigtemperatur-Fußbodenheizung (nicht gezeigt) sein oder ein Wärmetauscher zur Erwärmung von Brauchwasser. In der Sekundärleitung 4 ist weiter eine Sekun- därkreislauf-Umwälzpumpe 9s vorgesehen.

Die Leitungssegmente 5a - 5d und 6a -6d in jeder Schicht führen zu den jeweiligen Sammelleitungen 31 und 311 beziehungsweise 41 und 411, die sich über alle Schichten hinweg er- strecken. Mit Ausnahme der untersten Leitungssegmente 4a, 5a sind zwischen den Sammelleitungen und den in den Schichten verlaufenden Rohrsegmenten Ventilanordnungen 10 vorgesehen.

Nach Fig.2 sind die Ventilanordnungen 10 so ausgebildet, daß durch die Hinleitung I zugeführtes Fluid entweder durch ein Segment geleitet werden kann oder dieses umgeht. Die Ventilanordnungen 10 sind weiter so gebildet, daß durch ein Segment strömendes Fluid entweder zurück in die Hin-Sammelleitung I zum nachfolgenden Segment strömen kann oder in die Rück-Sammelleitung II gelangt.

Die Ventilanordnungen 10 sind wie die Umwälzpumpen 9p, 9s mit einer Steuerung (nicht gezeigt) verbunden und von dieser gesteuert .

Der Wärmespeicher der vorliegenden Erfindung wird aufgebaut und betrieben wie folgt.

Für den Wärmespeicher der vorliegenden Erfindung wird, insbe- sondere beim Hausbau typisch während der Sommer- und Herbstmonate, die erforderliche Grube ausgehoben und unter Verlegung der Leitungen mit dem wärmespeichernden Holz unter Bildung des vorbeschriebenen Aufbaus aufgeschüttet und mit Erde abgedeckt. Die Fluid- und Ventil-Steuerleitungen werden dann wie erforderlich im Haus angeschlossen.

Die gegen Herbstende noch zur Verfugung stehende Wärmemenge reicht bei üblicher Auslegung von Warmespeichern und Solarkollektoren nicht aus, um den auf Umgebungstemperaturen befindlichen und somit kalten Warmespeicher vor dem Wintereinbruch vollständig durchzuwärmen. Zudem findet wahrend der Herbstzeit nur noch wahrend der Mittagszeit eine starke Flui- derwarmung statt, wahrend für den Rest des Tages dem Sonnenkollektor zwar durch Fluidtransport Warme entnommen werden kann, aber das erwärmte Fluid dann nur maßig warm ist. Mit herkömmlichen Warmespeichern ist es bei diesen Warmeverhalt- nissen nicht möglich, den Warmespeicher so zu erwarmen, daß zu einem spateren Zeitpunkt in nutzbarer Weise Energie entnommen werden kann.

Mit dem Speicher der vorliegenden Erfindung wird die gegen Herbstende eingestrahlte Warme selbst herunter bis zu Tempe- raturen des erwärmten Fluids von nur 25 °C wie folgt genutzt.

Zunächst wird in den Morgen- und frühen Vormittagstunden, also bei vergleichsweiser geringer Sonneneinstrahlung, die unterste Bodenschicht und die dritte Schicht von unten erwärmt. Dazu wird die Umwälzpumpe 6p im Pπmarkreislauf in Betrieb gesetzt und die Ventile so angesteuert, daß das Fluid durch die entsprechenden Leitungssegmente 5a und 5c strömt. Das Fluid kann Temperaturen um 25°C bis etwa 30°C aufweisen.

Sobald über die Mittagszeit die Fluidtemperaturen ansteigen, wird das Fluid in das Primar-Rohrleitungssegment 5b m der unmittelbar über der Bodenschicht liegenden Schicht geleitet.

Dazu werden die Ventile entsprechend so geschaltet, daß war- mes Fluid im Pnmarkreislauf nur durch diese Schicht strömt. Infolgedessen wird diese Schicht auf eine Temperatur erwärmt, die über jener der umgebenden beiden Schichten liegt. Die Warmeverluste aus dieser Schicht in die Umgebung sind jedoch gering, da einerseits die Warmeleitung durch die Schichten hindurch gering ist und andererseits der Temperaturgradient deutlich niedriger ist als zu einer nicht erwärmten Schicht.

Dieser Erwarmungszyklus wird über mehrere Tage und/oder Wo- chen wiederholt. Wenn die Temperatur der unmittelbar über dem Warmespeicherboden liegenden Schicht dabei soweit angestiegen ist, daß sie nahezu jener des in der Mittagszeit mit optimalen Wärmemengen aus dem Sonnenkollektor entnehmbaren Fluids entspricht, kann dem Warmespeicher bereits in, wenn auch der nur geringen zugefuhrten Gesamt-Wärmemenge entsprechender

Menge, Nutz-Warme über den entsprechend geschalteten Sekun- darkreislauf Warme entzogen werden.

Zugleich wird das Fluid nun morgens und vormittags in die obere, muttererdnahe Isolierschicht zugeführt und wahrend der Phase intensiverer Sonneneinstrahlung in die darunter liegende, bereits zuvor angewärmte Schicht eingeführt werden. Damit erwärmt sich auch eine zweite innenliegende Schicht auf die hohen Fluidtemperaturen, die im Herbst nur noch in den Mit- tagsstunden erzielbar sind. Wiederum sind die Warmeleitungs- verluste gering. Zudem ist die jetzt hoch zu erwärmende Schicht durch den vorherigen Zyklus bereits leicht angewärmt, so daß die Gesamtmenge an zur Aufheizung benötigter Warme ge

Im Folgenden wird entsprechend und insbesondere unter Berücksichtigung der dann bedarfsbedingt einsetzenden Warmeentnah- me, der bei gegebener Sonneneinstrahlung und/oder mit ge- wahlter, gegebenenfalls gesteuerter und/oder geregelter U - walzgeschwmdigkeit erzielbaren Fluidtemperatur und der bereits vorhandenen Speicherbereichstemperaturen das erwärmte Fluid aus dem Sonnenkollektor jeweils in eine oder mehrere bestimmte der thermisch selbtsisolierenden Schichten gesteuert. Die Speichertemperaturen werden dazu in besonders bevorzugter Weise gemessen und die gemessenen Temperaturen in der Steuerung mit berücksichtigt.

Wenn im folgenden Sommer sehr hohe Fluidtemperaturen im Kollektor erreicht werden, kann das Fluid ohne weiteres selbst mit Vorlauf-Temperaturen von weit über 100 °C in den Speicher eingeleitet werden, da insbesondere eine Entzündung des Holzes erst bei ca. 470°C entsteht. So sind sehr hohe Vorlauf- temperaturen nicht nur problemlos, sondern auch vorteilhaft einsetzbar. Es versteht sich, daß bei Einspeicherung mit sehr hohen Temperaturen gegebenenfalls Bereiche mit Latent- Warmespeichermitteln wie Paraffin usw. ausgespart werden.

Die Warmeentnahme kann dabei unter Berücksichtigung des Um- standes, daß für Brauchwassererwarmung typisch höhere Temperaturen benotigt werden als für die Versorgung z.B. einer Niedertemperatur-Fußbodenheizung gleichfalls so erfolgen, daß sich die unterschiedlichen Temperaturen im Warmespeicher op- timal ausnutzen lassen, welche sich aufgrund der gezielt steuerbaren Warmeemspeicherung und des Selbstisolierungsef- fektes der einzelnen Schichten ergeben. Insbesondere kann etwa ein bereits stark erwärmter Speicherbereich zunächst zur Brauchwassererwarmung verwendet werden, bis mit dem Sekundar- kreislauffluid soviel Warme abgeführt wurde, daß eine Brauchwassererwarmung nicht mehr möglich ist, um dann noch eine weitere Warmeentnahme für Heizungszwecke vorzusehen. Es versteht sich, daß dazu im Haus entsprechende Vorrichtungen vor- gesehen sind, um das Sekundarkreislauffluid m der entsprechenden Weise den jeweiligen Verbrauchern zuzuleiten.

Auf diese Weise kann auch die geringe, im Herbst und Winter noch zur Verfugung stehende Wärmemenge sinnvoll zwischengespeichert werden. Es versteht sich, daß die beschriebene Einspeicherung aber auch im Sommer sinnvoll ist, um so den Speicher optimal mit Warme aufzufüllen und durch Schaffung von Bereichen mit besonders hoher Temperatur für eine besonders gute Nutzung vorzusorgen.

Wenn der gesamte Speicher auf besonders hohe Temperaturen erwärmt ist, wird es nicht ausbleiben, daß geringfügige Warme- verluste trotz dicker Isolierschichten auftreten. Wahrend diese nach unten ms Erdreich typisch gering sind, können aber insbesondere Warmeverluste nach oben h sinnvoll genutzt werden, um etwa einen um ein oder einige Grad wärmeren Bodenbereich vorzusehen, in welchem Frühbeete oder Pflanzungen mit warmeempfindlichen Pflanzen angelegt werden.

Es versteht sich, daß m einem praktischen Ausfuhrungsbei- spiel eine vom gezeigten Schichtaufbau und der gezeigten Schichtzahl abweichende Warmespeicherstruktur einsetzbar ist.

Insbesondere können mehr Schichten gebildet werden als gezeigt. Weiter können unterschiedlich dicke Schichten gebildet werden, beziehungsweise Schichten mit unterschiedlicher Wärmekapazität, etwa durch Einlagerung von Mitteln zur Speicherung latenter Warme. Es können dazu besonders ummantelte oder getränkte, etwa Paraff -getrankte Holzteile vorgesehen werden. Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Speicher nicht zwingend unterirdisch angeordnet werden muß. Vielmehr ist es auch möglich, das warmespeichernde und selbstisolierende Material mitsamt Fluidleitungen, Temperatursensoren usw. auf insbeson- dere dem sonst nicht nutzbaren Spitzboden eines Hauses oder in dem niedrigen Kniebereich des Dachstuhls anzuordnen und so gleichermaßen eine Isolation als auch eine aktive Warmespei- cherung zu bewirken. Andere Plazierungen sind gleichfalls möglich.

Es sei weiter darauf hingewiesen, daß es möglich ist, vorgefertigte Warmespeicher gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden, indem entsprechende Behälter mit der Festkörper- schüttung, Fluidleitungen, Fluidleitungsanschlüssen, Tempera- tursensoren, usw. verwendet werden. Die Behälterwände können dabei insbesondere aus Holz oder dergleichen bestehen. Es ist dann möglich, jeden separat ansprechbaren Leitungsabschnitt in einem eigenen Behalter vorzusehen. Dies erleichtert die Vorfertigung. Holzwande hierfür sind zum Beispiel beschrieben in

DE 199 44 438.2, die zu Offenbarungszwecken vollumfanglich eingegliedert wird. Die Behalter können zusammengestellt werden und/oder zum Beispiel insbesondere sternförmig um eine zentrale Fluidversorgung und/oder -Steuerung angeordnet wer- den.

Abweichend von der vorhergehenden Beschreibung eines ersten Ausfuhrungsbeispiels ist es insbesondere möglich, ein Mittel zur Initialerwärmung vorzusehen, beispielsweise durch Vermi- schung der Festkorperschuttung mit einem exotherm umsetzbaren Zusatz, beispielsweise ungelöschtem Kalk. Die Kalkmenge wird dabei so gewählt, daß sich eine Erwärmung des Holzes auf Temperaturen von typisch 50°C bis 80°C ergibt. Dieser ungelosch- te, unter das Schuttgut zu mischende Zusatz kann be Inbetriebnahme oder unmittelbar bei Aufschüttung abgelöscht werden. Die dabei verwendete Feuchtigkeit kann wegen der hohen Temperaturen nicht zu einer Verrottung des Holzes fuhren und wird überdies überwiegend durch den Kalk gebunden. Dies gilt insbesondere, wenn zementummanteltes oder durchtranktes Holz für den Warmespeicheraufbau verwendet wird. Durch die geringe Warmeleitung des abgelöschten Kalkes sind zwischen Schuttgutteilen sich bildende Warmebrucken praktisch vernachlassigbar, vor allem, wenn die Schichtzwischenbereiche kalkfrei belassen werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß es möglich und bevorzugt ist, die äußeren Isolierbereiche separat erwarmbar auszugestalten, zum Beispiel durch separat ansteuerbare Fluidleitungen, um sie auch bei niedrigen Fluidtemperaturen aus dem Kollektor eine Warmenutzung dahingehend zu gewahrleisten, daß zumindest Warmeverluste vermieden werden können, selbst wenn die Fluidtemperaturen zum Weiter-Erwarmung des bereits aufgeheizten Speicherinneren nicht mehr ausreicht.

Claims

Patentansprüche

1. Wärmespeicher mit einem Wärme speichernden Medium hoher Wärmekapazität und einem Wärme transportierenden Fluid führenden Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme speichernde Medium als Festkorperschuttung gebildet ist und die Leitungen eine Vielzahl unabhängig ansprechbarer, beabstandet geführter Leitungsabschnitte umfassen, um so Wärme gezielt in bestimmte Schüttungsbe- reiche herein und/oder aus diesen heraus zu führen.

2. Wärmespeicher nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß er unterirdisch angeordnet ist.

3. Wärmespeicher nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Schicht Muttererde abgedeckt ist.

4. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Festkorperschuttung mit Glas, insbesondere Altglas, als wärmespeicherndem Medium verwendet wird.

5. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Festkorperschuttung mit Holz, insbesondere Holzspänen und/oder Sägemehl verwendet wird.

6. Wärmespeicher nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß Altholz verwendet wird.

7. Warmespeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz zumindest zum Teil verrottungs- schutzend behandelt, insbesondere zementummantelt ist.

8. Warmespeicher nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Außenbereich des Warmespeichers verrottungsgeschutztes Holz vorgesehen ist.

9. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkorperschuttung em m ttel zur Speicherung latenter Warme umfaßt und/oder daraus gebildet ist.

10. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkorperschuttung eine nur geringe Warmeleitung besitzt.

11. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkorperschuttung in einer Grube angeordnet ist und die Vielzahl unabhängig ansprechbarer, beabstandet geführter Leitungsabschnitte in unterschiedlichen und von Schuttungsmaterial gegeneinander warmeisolierten Tiefen angeordnet sind.

12. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß em Pπmarleitungskreislauf für Warme in das Schuttungsmateπal transportierendes Fluid und em Sekundarleitungskreislauf für Warme aus dem Schuttungsmater al transportierendes Fluid vorgese-

13. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leitungsab- schnitte durch eine oder mehrere Sammelleitungen verbunden sind und Ventile zwischen Leitungsabschnitten und Sammelleitungen vorgesehen sind.

14. Warmespeicher nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte im Primär- und Sekun- darleitungskreislauf unabhängig voneinander zu- und weg- schaltbar sind.

15. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß em Mittel zur Initialerwarmung vorgesehen ist.

16. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Initialerwarmung Anschlüsse zur Verbindung einer von einem Solarkollektor unterschiedlichen exothermen Wärmequelle, insbesondere einem mobilen Brenner umfaßt.

17. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Intitialisierungsmittel einen bis zur Warmespeichermbetriebnahme exotherm umsetzbaren Zusatz umfaßt und/oder daraus besteht.

18. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als exotherm reagierendes Mittel ungelöschter Kalk verwendet wird.

19. Warmespeicher nach einem der vorhergehenden Anspr che, dadurch gekennzeichnet, daß der exotherme Zusatz in einer Menge vorgesehen ist, die eine Erwärmung zumindest einer Schicht auf wenigstens ca. 50°C, bevorzugt wenigstens 80°C umfaßt.

0. Heizungsanlage für ein Gebäude mit einem Solarkollektor und einem Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche.