WO2007115727A1

WO2007115727A1 - Wasserspeicher und wärmepumpenanlage

Info

Publication number: WO2007115727A1
Application number: PCT/EP2007/002958
Authority: WO
Inventors: Ulrich Schröder
Original assignee: Hilsmann, Franz-Josef
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2007-10-18
Also published as: DE202006005592U1

Abstract

Wasserspeicher in der Form eines frostfrei im Boden zu vergrabenden Erdtanks ( 10), dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserspeicher mit dem umgebenden Erdreich (40) in thermischem Kontakt steht und als Wärmetauscher ausgebildet ist.

Description

WASSERSPEICHER UND WÄRMEPUMPENANLAGE

Die Erfindung betrifft einen Wasserspeicher in der Form eines frostfrei im Boden zu vergrabenden Erdtanks sowie die Verwendung eines solchen Wasser- speichere in einer Wärmepumpenanlage.

Zur Verringerung der Heizkosten in Wohn- und Geschäftsgebäuden sind Wärmepumpenanlagen bekannt, bei denen mit Hilfe eines in einem Primärkreislauf zirkulierenden Wärmemediums dem Erdreich Wärme entzogen wird. In der Wärmepumpe wird dann die Temperatur des Wärmemediums durch Kompression erhöht, so daß die Wärme in einem Sekundärkreislauf zu Heizzwek- ken nutzbar gemacht werden kann.

Als Wärmemedium im Primär kreislauf kann Wasser verwendet werden. Bei ei- nigen bekannten Wärmepumpenanlagen wird das Wasser, das die Temperatur des umgebenden Erdreichs angenommen hat, aus einem Saugbrunnen entnommen und, nachdem es in der Wärmepumpe einen Teil seiner Wärme abgegeben hat, mit entsprechend tieferer Temperatur über einen Schluckbrunnen wieder in das Erdreich zurückgeleitet. Das Wasser strömt dann durch Klüfte und Poren im Erdreich wieder zum Saugbrunnen zurück und nimmt dabei erneut Wärme auf.

Ein anderer bekannter Typ von Erdwärmepumpenanlagen arbeitet mit einem Tiefbrunnen, in dem das Wärmemedium aufgrund der mit zunehmender Tiefe steigenden Temperatur auf eine höhere Temperatur erwärmt werden kann.

Wärmepumpenanlagen dieser Art erfordern jedoch einen hohen Installationsund Wartungsaufwand.

Bei Großgebäuden mit entsprechend starken Betonfundamenten ist auch eine sogenannte Betonkernaktivierung bekannt. Hier wird das Wärmmedium im Primärkreis durch Leitungen gepumpt, die in den Betonkern des Fundaments eingebettet sind, so daß zu Heiz- und/oder Kühlzwecken Wärme mit der Umgebung ausgetauscht werden kann. Auch diese Maßnahme ist jedoch sehr aufwendig und wäre bei kleineren Wohngebäuden in der Regel nicht wirtschaftlich. Außerdem besteht hier der Nachteil, daß eine Nachrüstung von bestehenden Gebäuden nicht möglich ist. Andererseits sind Wasserspeicher in der Form von Erdtanks aus Beton bekannt, die beispielsweise als Regenwasserzisternen dienen, so daß eine vom Trinkwassernetz unabhängige Versorgung mit Brauchwasser für Toilettenspülungen, zur Gartenbewässerung und dergleichen ermöglicht wird.

Ähnliche Erdtanks werden auch zur Abwasser entsorgung in Gebäuden eingesetzt, deren Kellersohle tiefer liegt als das örtliche Kanalnetz. Das täglich anfallende Abwasser wird dann in dem Wasserspeicher gesammelt und schließlich mit einer Pumpe in das Kanalnetz abgepumpt.

Weiterhin sind großvolumige, thermisch isolierte Erdtanks bekannt, die als Wärmespeicher dienen, so daß überschüssige Wärme, die nicht sofort zu Heizzwecken genutzt werden kann, für längere Zeit zwischengespeichert und dann bei Bedarf genutzt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirtschaftlichkeit von Erdwärmepumpenanlagen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wasserspeicher der eingangs genannten Art, der mit dem umgebenden Erdreich in thermischem Kontakt steht und als Wärmetauscher ausgebildet ist.

Dieser Wasserspeicher kann als Wärmetauscher im Primärkreis einer Wärmepumpenanlage eingesetzt werden und bietet dann einen zweifachen Nutzen: zum einem als herkömmlicher Wasserspeicher für Regenwasser, Abwasser und dergleichen, zum anderen als Wärmetauscher, mit welchem dem umgebenden Erdreich und auch dem gespeicherten Wasser Wärme entzogen werden kann. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß das in dem Wasserspeicher gespeicherte Wasser als Puffermedium dienen kann, das die von der Wärme- pumpe benötigte Wärmeenergie bei Bedarf schnell verfügbar macht und sich dann bei geringerem Energiebedarf durch die aus dem Erdreich nachfließende Wärme wieder regenerieren kann. Aufgrund der zweifachen Nutzung des Wasserspeichers sind die Installationskosten insgesamt relativ gering, so daß ein wirtschaftlicher Betrieb der Wärmepumpenanlage möglich wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Eine erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage kann mehrere Wasserspeicher der oben beschriebenen Art aufweisen, die jeder für sich ein verhältnismäßig geringes Volumen, beispielsweise in der Größenordnung von 1000 bis 5000 1 haben können und die wie herkömmliche Regenwasserzisternen oder Abwas- serspeicher in verhältnismäßig geringer Tiefe in das Erdreich eingebettet werden können, so daß die Installationskosten relativ gering sind. Durch die Verwendung mehrerer Behälter verbessert sich dabei das Verhältnis zwischen Volumen und Oberfläche und damit der Wärmeübergang zwischen dem Wasserspeicher und dem umgebenden Erdreich. Die Wärmepumpenanlage kann dann so betrieben werden, daß die Wärme abwechselnd aus den verschiedenen Behältern entnommen wird, so daß die jeweils nicht benutzten Behälter Zeit haben, sich zu regenerieren.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens einer der Wasser Speicher ein Abwasserspeicher, in dem Haushaltsabwässer und /oder Industrieabwässer gesammelt werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die in dem Abwasser enthaltene Wärmeenergie für die Wärmepumpe nutzbar gemacht werden kann. In einem Haushalt fallen typischerweise pro Tag etwa 150 L Abwasser pro Person an. Die Temperatur dieses Abwassers entspricht im allgemeinen mindestens der Zimmertemperatur und liegt in einigen Fällen, beispielsweise bei Duschwasser oder dem Abwasser von Waschmaschinen und Geschirrspülern, sogar beträchtlich darüber. Dieses Abwasser enthält daher eine beträchtliche Wärmemenge, die durch die erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage mit geringem Aufwand nutzbar gemacht werden kann. Zu- gleich kann auch die Wärmeenergie genutzt werden, die durch Gärungs- oder Zersetzungsprozesse im Abwasser in dem Abwasserspeicher entsteht.

Eine andere zweckmäßige Weiterbildung besteht darin, daß in die Wände und /oder dem Boden des Wasserspeichers zusätzlich zu den Leitungen für das Wärmemedium wärmespeichernde Materialien wie beispielsweise Paraffin integriert sind, die die Wirkung des gespeicherten Wassers als Puffermedium unterstützen.

Besonders zweckmäßig ist auch die Kombination der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage mit einer Solarkollektoranlage. Die Solarkollektoranlage stellt dann zusätzlich zu dem oder den Wasserspeichern eine weitere Wärmequelle dar, und es kann dann je nach Wärmebedarf und Wärmeangebot auf die jeweils am besten geeignete Quelle zugegriffen werden. Die Solarkollektoranlage kann dabei mit dem durch den Wasserspeicher gebildeten Wärmetauscher in einen gemeinsamen Primärkreislauf integriert sein. Auch in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung, in denen die Temperatur des von der So- larkollektoranlage gelieferten Wärmemediums nicht für eine direkte Nutzung zu Heizzwecken ausreicht, kann so die von der Solarkollektoranlage gelieferte Wärmemenge gleichwohl mit Hilfe der Wärmepumpenanlage nutzbar gemacht werden, die bereits bei einer Mediumtemperatur von 8 - 10° C ihre volle Leistung erreicht. Darüber hinaus bietet die Kombination aus Wasserspeicher und Solar kollektoranlage auch die vorteilhafte Möglichkeit, überschüssige Wärmeenergie, die von der Solarkollektoranlage geliefert wird und nicht sofort genutzt werden kannt, im Wasserspeicher zu speichern.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich- nung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Explosionsdar- Stellung eines Wasserspeichers;

Figur 2 einen vertikalen Schnitt durch den Wasserspeicher gemäß Figur 1 im eingebauten Zustand;

Figur 3 einen vertikalen Schnitt durch einen Wasserspeicher gemäß einer anderen Ausführungsform; und

Figur 4 eine Prinzipskizze einer Wärmepumpenanlage mit Wasserspeichern gemäß Figuren 2 und 3.

Hauptkomponente des in Figur 1 gezeigten Wasserspeichers ist ein zylindrischer Erdtank 10 aus Beton, Polymerbeton oder Kunststoff, in dessen Um- fangswand 12 schraubenförmig verlaufende Wärmetauscherschlangen 14 eingebettet sind. Der Erdtank 10 dient beispielsweise zum Sammeln von Abwas- ser aus einem Wohnhaus. Im Inneren des Erdtanks 10 ist exzentrisch ein kleinerer zylindrischer Schacht 16 angeordnet, der von dem zur Aufnahme des Abwassers dienenden Speichervolumen 18 des Erdtanks ein kleineres in- neres Volumen 20 abgrenzt, das eine in Figur 1 nicht gezeigte Pumpe zum Abpumpen des Abwassers aufnimmt. Auch die Anschlüsse der Wärmetauscherschlangen 14 können sich im Inneren des Schachtes 16 befinden.

Der Schacht 16 ist von einem Boden 22 abgedeckt, in dem eine mit dem Innenquerschnitt des Schachtes 16 deckungsgleiche Öffnung 24 ausgespart ist.

Auf die Umfangswand des Erdtanks 16 ist ein ringförmiger Aufsatz 26 aus Beton oder dgl. aufgesetzt, der einen im Grundriß rechteckigen Wartungs- schacht 28 so aufnimmt, daß er nach unten durch den Boden 22 abgeschlossen wird.

Der Aufsatz 26 ist von einem Deckel 30 abgedeckt, in dem zwei Mannlöcher 32, 34 gebildet sind. Der Schacht 16 und die darin untergebrachte Pumpe und Anschlußarmaturen sind zu Wartungszwecken durch das Mannloch 32, den Wartungsschacht 28 und die Öffnung 24 zugänglich, während das Mannloch 34 Zugang zum Speichervolumen 18 des Erdtanks gewährt. Die Mannlöcher 32 und 34 sind ihrerseits durch nicht gezeigte Deckel verschließbar, in denen sich Durchführungen für in Figur 1 nicht gezeigte Leitungen befinden, die in das Speichervolumen 18 bzw. zu der Pumpe und den Wärmetauscherschlangen 14 führen.

Eine Steuereinrichtung 36 für die Pumpe, Ventile und sonstige Armaturen ist vorzugsweise in einer Ecke des Wartungschachtes 28 untergebracht.

Zwischen dem Erdtank 10 und dem Aufsatz 26 kann zweckmäßig noch ein nicht gezeigter wärmeisolierender Zwischenboden angeordnet sein, der ein Auskühlen und ggf. Gefrieren des im speichervolumen 18 gespeicherten Wassers verhindert.

Figur 2 zeigt den Wasserspeicher gemäß Figur 1 im eingebauten Zustand. Der Deckel 30 ist niveaugleich mit dem Erdboden 38 oder, wenn der Wasserspeicher im Keller eines Gebäudes installiert ist, mit der Kellersohle. Der Aufsatz 26 hat eine Höhe von beispielsweise 80 cm, so daß der eigentliche Erdtank 10 frostfrei im Erdreich 40 vergraben ist. Der Erdtank 10 hat einen Boden 42 aus Beton, der zur tiefsten Stelle des Speichervolumens 18 abfällt. Dort befindet sich eine Öffnung, die über eine Leitung 44 mit der bereits erwähnten Pumpe 46 im Schacht 16 verbunden ist. An die Pumpe 46 ist eine Druckleitung 48 angeschlossen, die durch die Wand des Erdtanks herausgeführt und an das Kanalnetz angeschlossen ist. Durch die Wand des Erdtanks verläuft außerdem eine Leitung 50, über die das Abwasser in das Speichervolumen 18 gelangt. Wenn der Spiegel des Abwassers im Speichervolumen 18 das durch eine gestrichelte Linie angedeutete und durch einen Pegelfühler 52 definierte Niveau erreicht hat, wird die Pumpe 46 für ein gewisses Zeitintervall oder bis zum Erreichen eines unteren Pegelstandes in Betrieb gesetzt, so daß der Pegel das Abwassers auf einem annähernd konstanten Niveau gehalten wird.

Im gezeigten Beispiel sind die Wärmetauscherschlangen 14 in zwei konzentrischen Lagen in die Wand des Erdtanks 10 eingebettet. Ein Zulauf 54 für ein Wärmemedium, beispielsweise mit Frostschutzmittel versetztes Wasser, führt zum oberen Ende der äußeren Wärmetauscherschlange 14. Das untere Ende dieser Wärmetauscherschlange ist mit dem unteren Ende der inneren Wärmetauscherschlange verbunden, deren oberes Ende an einen Rücklauf 56 für das Wärmemedium angeschlossen ist.

Die Wärmetauscherschlangen 14 sind durch den Zulauf 54 und den Rücklauf 56 mit einer in Figur 2 nicht gezeigten Wärmepumpe verbunden. In dieser Wärmepumpe wird dem Wärmemedium Wärme entzogen, so daß das über den Zulauf 54 zugeführte Wärmemedium eine niedrige Temperatur knapp über dem Gefrierpunkt oder, wenn ein Frostschutzmittel verwendet wird, auch knapp unter dem Gefrierpunkt hat. Während das Wärmemedium durch die äußere Wärmetauscherschlange 14 abwärts strömt, steht es mit dem umgebenden Erdreich 40 in thermischem Kontakt, so daß sich das Medium auf die Temperatur des Erdreichs, beispielsweise auf + 10° C erwärmt. Wenn das Wärmemedium dann in der inneren Wärmetauscherschlange 14 wieder aufwärts strömt, steht es in thermischem Kontakt mit dem Abwasser im Spei- chervolumen 18. Dieses Abwasser hat eine je nach Tageszeit schwankende Temperatur, die durchschnittlich etwa 12° C beträgt. In der Morgenzeit, wenn alle Bewohner des Hauses duschen, kann die Abwassertemperatur auch deutlich höher sein. Wenn warmes Abwasser zugeflossen ist und die Temperatur im Speichervolumen 18 sich noch nicht vollständig ausgeglichen hat, kommt es aufgrund der Dichteunterschiede des Abwassers zu einer Temperaturschichtung, d. h., die Temperatur des Abwassers im Speichervolumen 18 nimmt von unten nach oben zu. Auf seinem Weg nach oben in der inneren Wärme tauscher schlänge 14 nimmt das Wärmemedium daher die Temperatur des Abwassers an, so daß es den durch den Erdtank 10 gebildeten Wärmetauscher über den Rücklauf 56 mit einer relativ hohen Temperatur verläßt. Die dieser Temperatur entsprechende Wärmemenge wird dem Wärmemedium in der Wärmepumpe entzogen, und der Kreislauf beginnt von neuem. Auf diese Weise kann die in dem Abwasser enthaltene Wärmemenge effizient zur Wärmerückgewinnung genutzt werden.

Bei niedriger Außentemperatur wird allerdings die im Laufe des Tages zu Heizzwecken benötigte Wärmemenge größer sein, als die Wärme, die über das Abwasser zugeführt wird. Die Temperatur des Abwassers im Speichervolumen 18 wird daher sinken, mit der Folge, daß die von der Wärmepumpe aufgenommene Wärmemenge zu einem immer kleineren Anteil aus dem Abwasser und zu einem immer größeren Anteil aus dem umgebenden Erdreich 40 stammt. Bei hohem Wärmebedarf kann dies dazu führen, daß auch die Temperatur im Erdreich 40 in der Umgebung des Erdtanks 10 auf die Temperatur des über den Zulauf 54 zugeführten Wärmemediums sinkt. Sofern diese Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes liegt, muß sichergestellt werden, daß das Abwasser im Speichervolumen 18 nicht einfriert. Aus diesem Grund ist im Speichervolumen 18 ein Temperaturfühler 58 angeordnet, der die Temperatur des Abwassers überwacht. Wenn diese Temperatur auf beispielsweise + 2° C abgenommen hat, wird automatisch die Pumpe 46 eingeschaltet, und das Speichervolumen 18 wird vollständig leergepumpt, um ein Einfrieren zu verhindern. Sofern das umgebende Erdreich 40 noch nutzbare Wärme ent- hält, kann jedoch auch in diesem Fall die Wärmepumpe mit verminderter Effizienz weiterbetrieben werden. Wenn am nächsten Morgen wieder frisches und relativ warmes Abwasser zugeführt wird, wird das Speichervolumen 18 wieder aufgefüllt, und es kann ein neuer Tageszyklus beginnen.

Wenn das Speichervolumen 18 nicht leergepumpt zu werden braucht und wenn über Nacht die Heiztemperatur in den Wohnungen reduziert ist und sich somit der Bedarf der Wärmepumpe verringert, kann sich über Nacht nicht nur das umgebende Erdreich 40 durch die von außen nachströmende Wärme wieder erwärmen, sondern auch das Abwasser im Speichervolumen 18 kann sich wieder auf die Temperatur des umgebenden Erdreichs erwärmen, da durch die wärmeleitenden Wände des Erdtanks 10 hindurch ein Wärmekontakt zwischen dem Abwasser und dem umgebenden Erdreich besteht. Üblicherweise arbeitet die Wärmepumpe über einen sekundären Wärmekreislauf in einen Wärmespeicher, und der Betrieb der Wärmepumpe wird so geregelt, daß die Temperatur im Wärmespeicher innerhalb gewisser Grenzen konstant gehalten wird. Im Fall einer Gebäudeheizung entspricht die Solltempe- ratur im Wärmespeicher der Vorlauftemperatur der Heizungsanlage und liegt beispielsweise in der Größenordnung von 40 bis 60° C. Damit die in dem Abwasser enthaltene Restwärme möglichst effizient genutzt werden kann, insbesondere auch in den Fällen, in denen das erwärmte Abwasser stoßweise anfällt, gegebenenfalls auch unter Einschluß von warmen Industrieabwässern, kann, kann es zweckmäßig sein, die Solltemperatur im Wärmespeicher angebotsabhängig zu variieren. Wenn das Speichervolumen 18 relativ große Mengen an warmem Abwasser aufnimmt und somit das Wärmeangebot größer ist als der Bedarf, wird die Solltemperatur erhöht, so daß das Medium im Wärmespeicher "auf Vorrat" auf eine höhere Temperatur erhitzt wird. Wenn ein Angebot an Abwasser-Restwärme abnimmt, wird die Solltemperatur innerhalb der zulässigen Grenzen verringert, so daß die Wärmevorräte innerhalb und in der Umgebung des Wasserspeichers 10 geschont werden, bis wieder ausreichend warmes Abwasser zur Verfügung steht.

Figur 3 zeigt einen Erdtank 60 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, der beispielsweise als Regenwasserzisterne benutzt werden kann. Somit entfallen hier die Pumpe 46 und der Schacht 16. Über die Wärmetauscher - schlangen 14 kann hier sowohl dem in dem Speichervolumen 18 gespeicherten Regenwasser als auch dem umgebenden Erdreich Wärme entzogen wer- den.

Als Beispiel zeigt Figur 3 eine Ausführungsform, bei der die Wärmetauscherschlangen 14 lediglich in einer einzigen Lage in die Wand des Erdtanks 60 eingebettet sind. Wahlweise können die Wärmetauscherschlangen 14 selbst- verständlich auch hier in mehreren Lagen angeordnet sein. Ebenso können sie auch in den Boden des Erdtanks eingebettet sein oder auch innerhalb des Speichervolumens 18 oder außerhalb der Wand des Erdtanks liegen.

Eine weitere Besonderheit des in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiels be- steht darin, daß die mit den Wärmetauscherschlangen 14 versehenen Wände des Erdtanks 60 Kammern 62 enthalten, die mit einem wärmespeichernden

Medium, beispielsweise mit Paraffin gefüllt sind. Das Paraffin steht sowohl mit den Wärmetauscherschlangen 14 als auch mit dem Wasser im Speichervolumen 18 und dem umgebenden Erdreich in thermischem Kontakt. So kann bei hohem Wärmezufluß, sei es über das zulaufende Regenwasser oder über das umgebende Erdreich, Wärme in dem Paraffin in den Kammern 62 vorübergehend gespeichert und dann bei Bedarf über die Wärmetauscherschlangen 14 abgegeben werden. Dieses Prinzip läßt sich selbstverständlich auch bei dem Erdtank 10 nach Figur 2 realisieren. Dabei ist es zweckmäßig, das wärmespeichernde Material so anzuordnen, daß es vorwiegend mit dem Medium in thermischem Kontakt steht, daß die größte Temperaturfluktuation aufweist. Im allgemeinen wird dies das Abwasser im Speichervolumen 18 sein. Alternativ ist es auch möglich, den Erdtank 10 oder 60 mit einem wärmespeichernden Material zu ummanteln.

Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze einer Wärmepumpenanlage mit einer Wärme- pumpe 64 und einer zugehörigen Steuereinrichtung 66. Mit einer Pumpe 68 wird ein Wärmemedium (Wasser mit Frostschutzmittel) in einem Primärkreis der Wärmepumpe 64 umgewälzt. Der Primärkreis ist derjenige Kreis, der ein Wärmemedium mit verhältnismäßig niedriger Temperatur enthält, dem durch die Wärmepume 64 Wärme entzogen wird. An diesen Primärkreis sind im ge- zeigten Beispiel zwei Wasserspeicher 70 und 72 angeschlossen. Beispielsweise kann es sich bei dem Wasserspeicher 70 um den Abwasserspeicher gemäß Figuren 1 und 2 und bei dem Wasserspeicher 72 um die Regenwasserzisterne gemäß Figur 3 handeln.

Mit einer Pumpe 74 wird ein anderes Wärmemedium in einen Sekundärkreis der Wärmepumpe 64 umgewälzt. Dieser Sekundärkreis speist über einen wär- mespeicher 76 eine Heizungsanlage, beispielsweise eine Radiator -Heizungsanlage, eine Fußboden-Heizungsanlage oder eine Kombination aus beidem, mit einem Vorlauf 78 und einem Rücklauf 80.

Der Wärmespeicher 76 ist ein isolierter Wasserbehälter, der von Wärmetauscherschlangen durchlaufen wird und es ermöglicht, die von der Wärmepumpe 64 und gegebenenfalls auch von anderen Heizquellen gelieferte Wärmeenergie vorübergehend zu speichern und dann bei Bedarf an den Vorlauf 78 abzugeben. Der Wärmespeicher 76 enthält Heizschlangen 82, die zum Sekundärkreis der Wärmepumpe 64 gehören. Ein im Wärmespeicher 80 installierter Wärmefühler 84 steht mit der Steuereinrichtung 66 der Wärmepumpe 64 in Signalverbindung und sorgt dafür, daß das Medium im Wärmespeicher 80 stets in einem bestimmten Solltemperaturbereich gehalten wird. Die Solltemperatur kann dabei in Abhängigkeit vom Wärmeangeobt variieren, wie bereits beschrieben wurde. Der Wärmespeicher 76 kann auch einen nicht gezeigen Heißwasserbehälter für eine Warmwasserversorgung aufweisen.

Im Primärkreis der Wärmepumpe ist die Saugseite der Pumpe 68 über ein Ventil 86 wahlweise mit dem Rücklauf 56 des Wasserspeichers 70 oder mit dem entsprechenden Rücklauf des Wasserspeichers 72 verbindbar. Im gezeig- ten Beispiel wird im Normalbetrieb die Wärme aus einem der beiden Wasser - Speicher entnommen, während der andere Wasserspeicher als Reserve-Wärmespeicher dient. Temperaturfühler 88 und 90 mißt die Temperatur im rück- lauf 56 jedes des Wasser Speichers. Wenn der Wärmevorrat dieses Wasserspeichers weitgehend erschöpft ist und die Temperatur des Mediums im Rücklauf 56 einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet, schaltet der Temperaturfühler 90 das Ventil 86 auf den anderen Wasserspeicher um. Im dem vorher benutzten Wasserspeicher kommt somit die Zirkulation des Wärmemediums zum Erliegen, und die Temperatur kann sich wieder erholen.

Selbstverständlich ist auch eine Erweiterung der Anlage um zusätzliche Wasserspeicher denkbar, die dann nacheinander in den Primärkreis der Wärmepumpe geschaltet werden können.

Die in Figur 4 gezeigte Wärmepumpenanlage ist mit einer Solarkollektoranla- ge 92 kombiniert, die beispielsweise auf dem Dach des Gebäudes installiert ist. Die Solarkollektoranlage 92 ist über eine Pumpe 94 mit dem Primärkreis der Wärmepumpe 64 verbunden, so daß in den Sonnenkollektoren dasselbe Wärmemedium zirkuliert wie in den Wasser speichern 70 und 72. Über ein Ventil 96 kann in den Kreislauf der Solarkollektoranlage 92 auch eine Heiz- schlänge 98 eingefügt werden, die zum direkten Beheizen des Wärmespeichers 76 dient. Ein Temperaturfühler 100 mißt die Temperatur des Mediums, das die Solarkollektoren verläßt und durch die Sonnenstrahlung aufgeheizt wurde. Wenn diese Temperatur oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes von beispielsweise 50° C liegt, wird das Medium durch die Heizschlange 98 geleitet, so daß die Wärme direkt in den Wärmespeicher 76 und von dort in den Vorlauf 78 der Heizungsanlage gelangt. Wenn die Sonnenenergie den Wärmebedarf nicht vollständig deckt, kann die Wärmepumpe 64 zugeschaltet werden. Das Wärmemedium zirkuliert dann in zwei getrennten Kreisläufen, nämlich zum einem in dem Kreislauf, der durch die Pumpe 68, die Wärmepumpe 64 und einen der Wasserspeicher 70, 72 ge- bildet wird, und zum anderen in dem Kreislauf, der durch die Pumpe 94, die Solar kollektoranlage 92 und die Heizschlange 98 gebildet wird.

Alle Pumpen und Ventile werden durch die Steuereinheit 66 gesteutert, die auch die Signale der verschiedenen Temperaturfühler auswertet.

Wenn der Temperaturfühler 100 feststellt, daß die Temperatur des von der Solarkollektoranlage gelieferten Mediums unterhalb des Schwellenwertes liegt, schaltet das Ventil 96 um, und der Auslaß der Solarkollektoranlage ist dann über ein weiteres Ventil 102 mit dem Rücklauf 56 eines der beiden Was- serspeicher 70, 72 verbunden.

Wenn die Wärmepumpe 64 abgeschaltet ist, kann das Ventil 102 die Solarkollektoranlage wahlweise mit dem Wasserspeicher 70 oder 72 verbinden. Das Wärmemedium aus der Solarkollektoranlage zirkuliert dann gegensinnig (ent- gegengesetzt zu den in Figur 4 eingezeichneten Pfeilen) durch die Wärmetauscherschlangen 14 des betreffenden Wasserspeichers 72und heizt das darin enthaltene Wasser auf. Auf diese Weise kann während der Tagesstunden auch dann, wenn die Energie der Solarkollektoranlage nicht für eine direkte Beheizung ausreicht, die Sonnenenergie dazu benutzt werden, in den Wasserspei- ehern einen Wärmevorrat anzulegen, der dann während der Nachtstunden mit Hilfe der Wärmepumpe 64 genutzt werden kann.

Wenn die Wärmepumpe 64 eingeschaltet und beispielsweise mit dem Wasserspeicher 70 verbunden ist, kann das Ventil 102 den Auslaß der Solarkollek- toranlage 92 entweder auf den Rücklauf des Wasserspeichers 72 schalten, um darin die Solarwärme zu speichern, oder aber auf den mit der Pumpe 68 verbundenen Rücklauf des Wasser Speichers 70. Im letzteren Fall kann somit das von der Solarkollektoranlage erwärmte Medium im Primärkreis der Wärmepumpe 64 genutzt werden. Wenn bei geringer Sonneneinstrahlung und niedri- ger Außentemperatur die Solar kollektoranlage 92 keine nutzbare Wärme liefert, wird die Pumpe 94 abgeschaltet, und die Wärme wird dann aus dem Wasser Speicher 70 entnommen. Es ist auch eine Betriebsart denkbar, bei der der Durchsatz der Pumpe 68 höher ist als der der Pumpe 94, mit dem Ergebnis, daß ein Teil des Wärmemediums durch die Wärmetauscherschlangen 14 des Wasserspeichers 70 zirkuliert und ein anderer Teil durch die Solarkollektoranlage 92, so daß beide Wärmequellen parallel genutzt werden. Dasselbe gilt nach dem Umschalten des Ventils 86 sinngemäß auch für den Wasser - Speicher 72.

Es versteht sich, daß das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel auf vielfältige Weise modifiziert werden kann. Generell ist es denkbar, durch eine intel- ligente Steuerung die verschiedenen Komponenten der Anlage in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, der Sonneneinstrahlung, den Wärmevorräten in den beiden Wasserspeichern 70, 72 und dem Heizenergiebedarf so anzusteuern, daß die Anlage unter allen denkbaren Bedingungen mit dem jeweils optimalen Wirkungsgrad läuft. Schließlich ist es auch möglich, daß die Solar - kollektoranlage 92 einen getrennten Kreislauf für ein Wärmemedium aufweist und daß dieser Kreislauf auch separate Wärmetrauscherschlangen in einem oder mehreren der Wasserspeicher 70, 72 einschließt, so daß Wärme aus der Solarkollektoranlage in den Wasserspeichern gespeichert werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Wasserspeicher in der Form eines frostfrei im Boden zu vergrabenden Erdtanks ( 10; 60), dadurch g ekennzeichnet, daß der Wasserspeicher mit dem umgebenden Erdreich (40) in thermischem Kontakt steht und als Wärmetauscher ausgebildet ist.

2. Wasser Speicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Erdtank ( 10; 60) ein zylindrischer Behälter ist, der von in oder an der Um- fangswand ( 12) verlaufenden Wärmetauscherschlangen ( 14) umgeben ist.

3. Wasser Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherschlangen (14) schraubenförmig verlaufen und wenigstens zwei Lagen mit entgegengesetztem Schraubensinn bilden.

4. Wasserspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Erdtanks (60) ein wärmespeicherndes Medium aufweisen.

5. Wasserspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Erdtanks ( 10) ein Schacht (16) angeordnet ist, der innerhalb des Erdtanks (10) ein Speichervolumen ( 18) für Abwasser von einem inneren Volumen (20) des Schachtes trennt, und daß das innere Volumen (20) des Schachtes eine Pumpe (46) zum Abpumpen des Abwassers aufnimmt.

6. Wasserspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Erdtank (10) ein Aufsatz (26) und auf diesem ein Deckel (30) angeordnet ist, der zwei Mannlöcher (32, 34) bildet, durch die einerseits das innere Volumen (20) des Schachtes (16) und andererseits das Speichervolumen (18) zugänglich ist.

7. Wasserspeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Speichervolumen ( 18) ein Temperaturfühler (58) angeordnet ist, der die Pumpe (46) aktiviert, um das Speichervolumen ( 18) leer zu pumpen, wenn die Temperatur des Abwassers einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.

8. Wasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdtank (60) eine Regenwasserzisterne ist.

9. Wärmepumpenanlage mit einem Primärkreis, in dem ein Wärmemedium zirkuliert, dem durch eine Wärmepumpe (64) Wärme entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkreis als Wärmetauscher mindestens einen der Wasserspeicher (70, 72) nach einem der vorstehenden Ansprüche enthält.

10. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wasserspeicher (70, 72) selektiv als Wärmepumpe in den Primärkreis schaltbar sind.

1 1. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Solarkollektoranlage (92) kombiniert ist.

12. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Solar kollektoranlage (92) ein Kreislauf für ein Wärmemedium aufweist, das auch durch den Wasserspeicher (70, 72) hindurchleitbar ist, um die von der Solarkollektoranlage (92) gelieferte Wärme im Wasserspeicher (70, 72) zu speichern.

13. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Solar kollektoranlage (92) in den Primär kreis der Wärmepumpe (64) schaltbar ist.