WO2007121732A2

WO2007121732A2 - Künstlicher wasser-warmespeicher unter der erde

Info

Publication number: WO2007121732A2
Application number: PCT/DE2007/000719
Authority: WO
Inventors: Michael Henze
Original assignee: Michael Henze
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2007-11-01
Also published as: US20090101303A1; WO2007121732A3; DE102006019339B3

Abstract

Vorrichtung eines Wasser-Wärmespeichers bzw. Speichermediums, das aus Wasser und zumindest einem festen Baustoff besteht, der eine Struktur mit Hohlräumen aufweist, und gezielt dazu bestimmt ist, das ganze Wasser, und soviel wie möglich davon in sich aufzunehmen und eigenständig zu halten, eine statisch tragfähige Struktur hat, und dementsprechend überbaut werden kann, und wasserdurchlässige und/oder hygroskopische Eigenschaften haben kann, und dem alle erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen für den Betrieb und die Nutzung der Wärmespeicherung zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff ein Schaumprodukt ist, bzw. ein Baustoff ist, der aus mehreren gleichen und/oder unterschiedlichen festen Baustoffen besteht, die miteinander fest verbunden sind.

Description

PATENTANMELDUNG

Künstlicher Wasser-Wärmespeicher unter der Erde

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung eines Wasser-Wärrnespeichers bzw. Spei- chermediums, das aus Wasser und zumindest einem festen Baustoff besteht, der eine Struktur mit Hohlräumen aufweist, und gezielt dazu bestimmt ist, das ganze Wasser, und soviel wie möglich davon in sich aufzunehmen und eigenständig zu halten, eine statisch tragfähige Struktur hat, und dementsprechend überbaut werden kann, und wasserdurchlässige und/oder hygroskopische Eigenschaften haben kann, und dem alle erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen für den Betrieb und die Nutzung der Wärmespeicherung zugeordnet sind.

Künstliche Wasserspeicher sind im landläufigen Sinne erst mal Wassersammeieinrichtungen, die je nach Bedarf und speziellem Einsatzzweck als kleinere oder größere Behälter oder Auffangbecken ober- und/oder unterirdisch erbaut werden. Da Wasser eine flüssiges Medium ist, und alleine keine stabile Baukomponente darstellt, bedarf es zur Ansammlung eines entsprechenden Volumens immer eines zumindest absolut dichten Behältnisses. Solche Wasserspeicher müssen je nach gewählter Bauform statisch tragfähig konstruiert sein, und sind dementsprechend sehr aufwendig in der werkseitigen Herstellung oder im Bau vor Ort, und werden zumeist entweder als Stahl- oder GFK-Behälter (Behälter aus Glasfaserverstärktem Kunststoff), oder als Stahlbetonbauwerk erstellt.

Wasserbehälter werden auch sehr lange schon als Wärmespeicher verwendet, da Wasser bekanntlich sehr gut Wärme transportieren und speichern kann, und in großen Mengen, zumindest in Mitteleuropa, kostengünstig zur Verfügung steht. Die Wärmespeicherung umfasst ein sehr weites und sehr vielschichtiges Feld. Das reicht von kleineren Wärmespeichern für den tägliche Gebrauch, wie man sie aus der Haustechnik kennt, sogenannte Kurzzeit-Wärmespeicher, bis hin zu größeren bis sehr großen Langzeit-Wärmespeichern für Niedertemperaturwärme. Wärmespeicher haben grundsätzlich die Aufgabe, das Wärmeangebot im Zeitverlauf und in der Leistung dem Bedarf anzupassen. Erst durch Wärmspeicher lassen sich diskontinuierlich, und in unterschiedlichen Mengen und Temperaturen anfallende (Ab-)Wärme- mengen aus z.B. der Industrie, der Haus- und Fernheiztechnik, oder auch aus dem Abwasser und der Erdwärme kurzfristig Zwischenspeichern oder auch saisonal, d.h. langfristig einlagern, und nach Bedarf effizient nutzen. Insbesondere ist hier noch die solarthermische Kurz- und saisonale Langzeitwärmespeicherung zu nennen, die mit großem Kostenaufwand zur Zeit im Rahmen von immer größeren Pilotprojekten erforscht und erprobt wird, und sich aufgrund der Verknappung und der infolge Verteuerung der fossilen Primärbrennstoffreserven immer weiter zur Wirtschaftlichkeit hin entwickelt. Einen guten Überblick über den gesamten altgemeinen Stand der möglichen Techniken vermittelt die Publikation mit dem Titef „Langzeit-Wärmespeicher und solare Nahwärme" des BINE-lnformationsdienstes des Fachinformationszentrums Karlsruhe, mit Sitz in 53129 Bonn, Mechenstraße 57. Nachfolgend sollen daher nur nochmal die für diese Anmeldung wichtigen Aspekte zum dem Stand der Technik herausgestellt werden.

Nach dem physikalischen Prinzip werden die Speicher nach fühlbarer bzw. sensibler, latenter, und chemischer Wärme, und nach dem Speichermedium in Wasser- oder Gesteinsspeicher bzw. Kies-Wasserspeicher unterschieden, wobei die Speicher mit fühlbarer Wärme mit ausschließlich Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Gesteinsmassen als Speichermedium dominieren. Es gibt noch Erdwärmesonden- speicher, Hybridspeicher und Aquiferspeicher, die für diese Anmeldung weniger relevant sind, weil sie hauptsächlich die natürliche Geologie bzw. das Erdreich als Wärmespeicher und -quelle nutzen, und zu deren Erschließung grabenlose Verfahren, z.B. Bohrverfahren, verwenden. Jedoch werden auch in diesen Systemen zusätzliche oft künstliche Wasser-Wärmespeicher als Pufferbehälter zur Effizienzsteigerung integriert.

Gegenüber reinen Wasserspeichem ist für Wärmespeicher kennzeichnend, dass sie zusätzlich insbesondere zumindest nach oben und zu den Seiten hin wärmegedämmt sein müssen. Ist der Behälter im Erdboden eingelassen kann eine Wärmedämmung im Bereich des Behälterbodens unter Umständen entfallen. Um den Wärmeverlust und den Aufwand an Wärmedämmung zu minimieren, ist eine optimale Geometrie des Speichervolumens anzustreben, die derart realisiert wird, dass man die Oberfläche gegenüber dem Volumen weitestgehend reduziert. Die theoretisch ideale Form wäre in diesem Fall die Kugel, der Würfel, oder der Zylinder mit gleichem Durchmesser und Höhe. Andererseits will man das Speichermedium in einem Wärmespeicher mit unterschiedlichen Temperaturen schichtweise übereinander einlagern können. Vorzugsweise sollen sich dann die kalten Wasserschichten ganz unten, und die mimer wärmer werdenden Wasserschichten nach oben hin einstellen. Dies ist sehr gut möglich, weil Wasser eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, und daher erwiesenermaßen bei vorzugsweise ruhendem Speichermedium nur ein geringer Temperaturaustausch zwischen Kalt und Warm stattfindet. Dementsprechend wird als ideafe Speichergeometrie eher ein hoher und schlanker als ein flacher und breiter Speicher angestrebt, um die Kontaktfläche der unterschiedlichen Speicherschichten so klein wie möglich zu halten. Somit hätte ein schlanker zylindrischer Speicher mir einem Höhen-/ Durchmesserverhäϊtnis von 2:1, oder noch besser 5:1 , die idealen Proportionen. Hinzu kommt, dass zylindrische Behälter schon allein aufgrund ihrer rotationssymetrischen Form gegenüber Innendruck statisch belastbarer sind. Diesen eher theoretischen Überlegungen sind jedoch praktische Grenzen gesetzt, denn diese Geometrie bedarf in jedem Fall immer sehr aufwendiger, d.h. statisch tragender Behälter aus Stahl, Beton oder glasfaserverstärktem Kunststoffen (GFK). Und insbesondere Wärmespeicher mit ausschließlich Wasser als Speichermedium benötigen eine aufwendige Tragkonstruktion für die Abdeckung, deren Anspruch zunimmt je größer der Behälterdurchmesser wird, und wenn eine zusätzliche verkehrstechnische oder bauliche Nutzung über der Abdeckung aus Platzgründen vorgesehen ist. Denn gerade in baulich kompakten Nahwärmeinfrastrukturbereichen, wo solche Speicher vorwiegend sinnvoll einsetzen lassen, ist jeder Quadratmeter Fläche kostbar und wenn möglich als Baugrund oder zumindest für z.B. Grünanlagen und Verkehrswege zu nutzen. Im Bezug auf die Konstruktion und Dimension von Langzeit-Wärmespeicher sucht man daher heute immer noch nach einem Kompro- miss, um diese Technik technisch wie wirtschaftlich machbar werden zu lassen. Die derzeit bevorzugte Bauform ist der teilweise in den Boden eingelassene und mit Erdreich angeböschte und überbaute zylindrische Behälter aus Stahlbeton mit einem Boden und einer tragenden Abdeckung in Form eines Kegelstumpfes. Das Höhen-/ Durchmesserverhältnis liegt bei ca 1:2. Weitere Anforderungen kommen hinzu. Diese Speicher arbeiten mit Temperaturen bis ca. 100° C und stellen somit sehr hohe Qualitätsansprüche an die zu verwendeten Baumaterialien, um die geforderte Zeitstandfestigkeit zu erfüllen. Dies gilt für das Behätterbauwerk selbst, wie auch für die Wärmedämmung und die zumeist zusätzlich erforderliche Abdichtung. Aufgrund der hohen Temperaturen sind viele Kunststoffe nicht mehr geeignet, sodass nur noch eine vergleichsweise sehr teure korrosionsbeständige Innenauskleidungen aus Edelstahl oder GFK in Frage kommt, und das Stahlbetonbauwerk aus einer speziellen Betonmischung bestehen muss.

Da die Kapazität von Langzeit-Wärmespeicher nur 1-2 mal im Jahr genutzt wird, und der vorgenannte Aufwand letztendlich bislang noch zu keinem wirtschaftlich akzeptablen Ergebnis geführt hat, sieht man, um die volumenbezogenen Investitionskosten zu reduzieren, bzw. das Kosten-Nutzen-Verhältnis zu verbessern, nur noch den Weg hin zu immer größeren Speichervolumen.

Eine interessante Variante, um Baukosten im Vergleich zu den Behälterspeichern zu sparen, ist der sogenannte Erdbeckenspeicher. Hierzu wird eine mit wasserdichten Abdichtungsbahnen ausgekleidete und wärmegedämmte Grube oder Mulde im Erdboden ausgehoben, und mit Wasser aufgefüllt. Der Kostenvorteil bei dieser Konstruktion liegt darin, dass eine nicht mehr in dem bisherigen Maße erforderliche tragende Stahlbetonausführung des Auffangbeckens erforderlich ist. Jedoch können diese Becken immer weniger die oben näher beschriebenen Anforderungen hinsichtlich einer optimalen Geometrie erfüllen. Dementsprechend wird der Speicher relativ flach bauen und eine große Fläche benötigen, sodass auch die Wärmeverluste höher werden, es sei denn man speichert in das Wasser nicht mehr derart hohe Temperaturen ein. Letzteres hat aber wieder eine geringere spezifische Leistung pro Kubikmeter Speichervolumen zur Folge, und verlangt nach einem noch größeren Speicher. Ein weiterer Nachteil ist, dass damit die tragende Abdeckung noch aufwendiger wird, jedoch gibt es hier Versuche, diese als schwimmend Konstruktion auszuführen. Ihre konstruktive Ausführung erweist sich jedoch insbesondere aufgrund der Volumenänderung des Wassers und damit des Wasserspiegels bislang als schwierig. Abhilfe schafft in diesem Fall eine weitere Variante des Wasser-Wärmespeichers für die Langzeft-Wärmespeicherung von Niedertemperatur in Form des Kies- oder Erdreich-Wasser-Wärmespeicher. Bei dieser Variante wird ein Gemisch aus Kies und Wasser als Speichermedium genutzt und vorwiegend in Verbindung mit einem Erdbeckenspeicher verwendet Eine tragende Deckenkonstruktion ist bei dieser Ausführung aufgrund des statisch tragenden Kiesanteils nicht mehr erforderlich, sodass eine Überbaubarkeit problemlos möglich ist. Die Verwendung von Kies hat aber auch Nachteile, denn dieser Baustoff nimmt ca. 60 - 70 % des Speichervolumens ein, und es wird aufgrund der geringeren Wärmespeicherfähigkeit dieses Stoffes im Vergleich zum reinen Wasser-Wärmespeicher ein um ca. 50 % größeres Gesamtspeichervolumen benötigt, um die vergleichsweise selbe Wärmemenge speichern zu können. Auch ist Kies um ca. das 10 -fache teurer als Wasser, wenn man ihn nicht im Aushub vor Ort vorfindet und entsprechend reinigen kann, sondern anliefern lassen muss. Man kann auch das einfache Erdreich des Aushubs verwenden, würde aber dann ein ca. doppelt so großes Speichervolumen für die gleiche Wärmeleistung benötigen.

Die nähere Ausgestaltung einer entsprechenden Erdbeckenspeichervariante, die mit wassergesättigtem Bodenaushub, oder einer wassergesättigten Schüttung mit losen Partikeln oder Granulaten verfüllt ist, die auch selbst Wasser in sich aufnehmen können, wird mit der Schrift DE 19929 692 offenbart. Erst durch die Fassung des Bodenaushubs bzw. der einzelnen Partikel oder Granulate in einer mit einer wasserdichten Sperrschicht bzw. Folie ausgeschfagenen Bodengrube wird erreicht, dass diese sich gegenseitig und gegenüber der Grubenwandung abstützen und somit einen Stützkörper bilden können, der als gefasstes Haufwerk horizontale und vertikale Lasten gegenüber der Bodengründung abtragen kann. Gleiches Prinzip betrifft alle inzwischen bekannten Erdmasse- oder Kies-Wasser-Wärmespeicher, bzw. Erdbeckenspeicher.

Grundsätzlich sind die obengenannten Anforderungen auch für unterirdische, schon vorhandene bzw. vorgetriebene, jedoch nicht mehr der eigentlichen Bestimmung gemäß genutzte Bauwerke, wie z.B. stillgelegte Bunker, Zisternen, Kavernen, oder Grubenräume des Bergbaus gültig. Entsprechend ihrem Zustand sind diese mehr oder weniger künstlichen oder natürlichen Bauwerke mit den erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen auszustatten, soweit dies nachträglich machbar ist. Auch kann nicht davon ausgegangen werden, dass z.B. Kavernen oder Bauwerksschächte und Stollen für diesen Zweck einfach nur mit Wasser befüllt, oder mit Sickerwasser selbst vollaufen gelassen werden können. Sicherlich wird man auch hier das Gestein vorher mit zusätzlichen Maßnahmen statisch stabilisieren und mit einer entsprechenden Abdichtung ausstatten müssen. Jedoch wird wohl kaum eine Wärmedämmung erforderlich sein, weil bei immer tieferen Bodenschichten die Erdwärme zunimmt, sodass sogar umgekehrt keine Wärme eingespeichert werden braucht, sondern vorrangige über das Speicherwasser dem Tiefengestein die Erdwärme entzogen werden kann.

Jedoch letztendlich sind alle diese Bauwerke noch sehr aufwendig, und aufgrund ihrer Größe und technischen Komplexität noch recht unüberschaubar, und demzufolge mit Einschränkungen und unkalkulierbaren Risiken behaftet , und bezüglich ihres Bedarfs entsprechend inflexibel, wenn nicht einfachere, kostengünstigere Bauformen, Verfahren, Materialien und Speichermedien gefunden werden, die es ermöglichen, u.a. auch kleinere Einheiten technisch wie finanziell machbar werden zu lassen. Denn die bisherigen Bauwerke waren einerseits immer dem Zwang unterlegen, an zentrale Großbauprojekte gebunden zu sein, und bedurften für eine sinnvolle Wärmeversorgung immer einer entsprechend großen Nahwärmeinfrastruktur (größer als 100 Wohneinheiten), also der Erschließung von größeren Neubaugebieten. Solche Baugebiete werden künftig nur noch im Bereich von Stadtrandbezirken zu erschließen sein, sodass von einer derzeit flächendeckenden Anwendung dieser Technik, u.a. auch in schon bestehenden, d.h. entsprechend beengten Bauinfrastrukturen, nicht ausgegangen werden kann, es sei denn, es werden ganze Stadtbezirke vorher niedergerissen. Denn gerade die flächendeckende dezentrale Wärmeversorgung mit kleinen flexiblen Einheiten hat Zukunft, sodass es künftig auch vernünftige und von Versorgungsmonopolen, wie z.B. den Stadtwerken, oder anderen kommunalen oder privaten Betreibergesellschaften und Energieversorgem, unabhängige technische Lösungen geben sollte, die auch dem kleineren Investor oder Bauherrn, bis hin zum privaten Hausbauer eine individuelle Option ermöglicht. Übrigens geht der Trend in der Gebäudetechnik immer mehr hin zur eigenständigen und unabhängigen, d.h. dezentralen Energieversorgung, wobei die effiziente Nutzung der Energie bei entsprechend anspruchsvoller Wärmedämmung eine immer größere Rolle spielt. Zudem bergen solche Großprojekte immer auch technisch wie finanziell sehr große Risiken, wenn z.B. Konzeptions- Planungs-, oder Ausführungsmängel erst nach der Inbetriebnahme erkannt werden und negativ auswirken, oder nach einer längeren Zeit durch Materialermüdung oder Korrosion Schäden am System auftreten. Zum Beispiel ist bekannt, dass bei entsprechenden Großbehältern Dichtheits- und Korrosionsprobleme aufgetreten sind, oder die geplante Wärmeleistung nicht vorhanden war, weil sie falsch ausgelegt, oder der Behälter undicht wurde, oder die Wärmedämmung zu dünn war oder Feuchtigkeit aufgenommen hat Die Folgen können fatal sein. Denn wenn z.B. der Wärmespeicher Wasser verliert, dann geht auch Wärme verloren. Und das ausströmende Wasser würde den Wärmespeicher bzw. seine Fundamentierung unterspülen und damit die Statik des Bauwerks über Kurz oder Lang in Frage stellen, also ein Szenario, das in einem Scheitern des ganzen Projekts enden kann.

Ausgehend von dem vorstehend angegebenen Stand der Technik und der damit verbundenen Problematik, liegt der vorliegenden Erfindung nun die Aufgabe zu Grunde, einen Wasser-Wärmespeicher bzw. ein Speichermedium zu offenbaren, das aus Wasser und zumindest einem festen Baustoff besteht, der eine Struktur mit Hohlräumen aufweist, und gezielt dazu bestimmt ist, das ganze Wasser, und soviel wie möglich davon in sich aufzunehmen und eigenständig zu halten, eine statisch tragfähige Struktur hat, und dementsprechend überbaut werden kann, und wasserdurchlässige und/oder hygroskopische Eigenschaften haben kann, und dem alle erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen für den Betrieb und die Nutzung der Wärme- speicherung zugeordnet sind, und außerdem zur Herstellung und zum Betrieb nicht unbedingt einer statisch stabilen Einfassung bedarf. Auch soll der neue Baustoff aufgrund seiner einfachen und kostengünstigen Herstell- und Installationsmöglichkeit auch kleinere bis kleinste Wärmespeicher sinnvoll, d.h. mit einer ausreichenden Leistung und Wirtschaftlichkeit realisierbar machen.

Um diese Einheiten dann auch in schon bestehenden Baustrukturen flexibel installieren zu können,, muss das Speichermedium statisch tragend auch z.B. mit Gebäuden ohne größeren zusätzlichen Aufwand überbaut werden können. Dies stellt an die Technik die Anforderung, da diese Einheiten nach der Überbauung nicht mehr zugänglich sind , dass die verwendeten Materialien und Stoffe eine lange Standfestigkeit haben, und verrottungsfest, wartungsfrei und umweltfreundlich sind, und der Speicher bzw. das darin enthaltene Wasser keine Gefahr für die Fundamentierung unter größeren Bauwerken darstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wasser-Wärmespeicher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und den weiteren wesentlichen Ausgestaltungen in den Unteransprüchen 2 bis 8 derart gelöst, indem gemäß dem Hauptanspruch der Baustoff ein Schaumprodukt ist, bzw. ein Baustoff ist, der aus mehreren gleichen und/oder unterschiedlichen festen Baustoffen besteht, die miteinander fest verbunden sind

Zementartige Schaumprodukte, auch Schaumbetone genannt, sind schon für andere Verwendungszwecke gebräuchlich, jedoch dienen sie dort vorwiegend zum Ausfüllen von Hohlräumen oder als Baumaterial, mit dem Ziel, besonders leichte und Baustoff sparende Baumaterialen zu schaffen, die zudem eine gute wärmedämmende Eigenschaft haben. Diese Materialien erfüllen demnach ihren Zweck nur wenn sie weitest- gehend frei von Feuchtigkeit und Nässe sind. Daher müssen solche Bauten erst trocknen bis sie für den weiteren Ausbau bzw. für die Nutzung weiterverwendet werden können. Außerdem sind solche Baustoffe so konditioniert, dass sie nach ihrer Trocknung auch bei Nässe von Außen nur so wenig wie möglich Feuchtigkeit aufnehmen. Grundsätzlich werden solche Bauten dann noch entweder durch Abdeckungen oder entsprechendende Isolationsbeschichtungen gegen Feuchtigkeit von Außen zusätzlich geschützt. Demnach ist die mit dieser Anmeldung beanspruchte umgekehrte Bestimmung und Konzeptionierung des Baustoffs, nämlich für eine maximal mögliche Aufnahme von Wasser vorrangig zur Wärmespeicherung, bislang nicht bekannt. Denn das erfinderische Schaumprodukt ist dazu bestimmt anstatt Luft Wasser in seine festen Schaumblasen aufzunehmen. Dieses Konstrukt dürfte somit nach dem reinen Wasser-Wärmespeicher den größten Anteil an Wasser im Speichermedium bei geringstem Baustoffanteil aufweisen. Dieser Baustoff kann ähnlich wie bei anderen Zementprodukten einfach hergestellt, vermarktet, transportiert, und zügig verarbeitet werden. Anschließend kann die feste Struktur des Baustoffes mit Wasser befüllt bzw. gesättigt und dann überbaut werden. Ein solcher Wärmespeicher ist sehr kostengünstig mit größtmöglicher Speicherleistung auch in kleinen Einheiten individuell unter Gebäudeneubauten installierbar. Der Zement- bzw. Betonbaustoff selbst ist, wie aus anderen Anwendungen bekannt, langlebig, wartungsfrei, und umweltfreundlich. Der Wärmespeicher müsste jedoch dann als ruhender Wasserspeicher mit einer indirekten Wärmebe- und Entladeeϊnrichtung, z.B. über eingebaute Kollektorrohre, betrieben werden.

Auch andere Varianten sind gemäß Anspruch 1 vorteilhaft möglich, wenn der Baustoff aus mehreren gleichen und/oder unterschiedlichen festen Baustoffen besteht, und diese gemäß Anspruch 2 durch ein Bindemittel fest miteinander verbunden sind, insbesondere dann, wenn das Bindemittel gemäß Anspruch 3 zementartige ist und selbst wiederum aus mehreren festen Baustoffen besteht. Als unterschiedlich feste Baustoffe stehen aus anderen bekannten Anwendungen neben entsprechenden Bindemitteln z.B. auch alle geeigneten Formen von Partikeln, Granulaten, sonstige Zuschlagsstoffe, und/oder Fasern handelsüblich zur Verfügung, und können in geeigneter Weise für diesen Zweck kombiniert werden.

Besonders ist dafür gemäß Anspruch 4 Bimsstein geeignet Bimsstein ist ein poröses glasiges Vulkangestein, dessen spezifisches Gewicht kleiner (ungefähr um zwei Drittel) als das von Wasser ist. Dementsprechend hoch ist seine Wasserspeicherfähigkeit, und wird als Granulat u.a. auch zur Belüftung und besseren Feuchthaltung von Böden im Garten- und Landschaftsbau eingesetzt. Er wird auch in Verbindung mit zementartigen Bindemitteln für die Herstellung von Bausteinen, auch als Bims- Hohlblock oder Leichtbetonbaustein bekannt, verwendet, die jedoch wegen ihrer leichten Handhabbarkeit und guten Wärme dämmenden Eigenschaft vorwiegend für den Hausbau, und nicht gezielt als Speicherwerkstoff für die Aufnahme von Wasser für die Wärmespeicherung gedacht sind. Ein Speichermedium gemäß dem Erfindungsgegenstand aus Bimssteingranulat und einem zementartigen Bindemittel ist im Vergleich zu einem Kies-Wasser-Wärmespeicher auch ohne äußere Fassung statisch stabil und hat aufgrund seiner porösen Struktur eine größere Wasseraufnahmekapazität. Auch die Verwendung dieses Baustoffes wäre ein positiver Schritt hin zu effektiveren kleineren Wärmespeichereinheiten.

Mit dem Anspruch 5 wird ein Baustoff für den Bau eines Wärmespeichers beansprucht, der zumindest aus einem Baustoff besteht, der zur Zeit der Verarbeitung flüssig ist, und erst nach der Verarbeitung aufgrund seiner Topfzeit oder Austrocknung fest wird. Dies kann ein Baustoff in Form eines Bindemittels, oder auch ein Bindemittel mit anderen festen Baustoffen sein. Das schließt ein, dass auch das Bindemittel aus mehreren Baustoffen bestehen kann. In diesem Fall ist das Bindemittel flüssig, und kann alleine z.B. als Schaumprodukt, oder ggf. mit anderen festen Baustoffen, z.B. mit Bimsgranulat, gemischt als viskose Betonmasse verarbeitet werden. Dieser flüssige Baustoff kann sehr gut in Auffangbehältem, Verschalungen oder Gießformen verfüllt werden. Handelt es sich hierbei um eingeschalte Räume, wird die Schalung nach der Aushärtung des Baustoffs zumeist wieder entfernt. Der Baustoff kann aber auch ohne zusätzliche Schalung verarbeitet werden, wenn er z.B. direkt in eine entsprechende Baugrube verfüllt wird. Jedoch kann das Speichermedium auch teilweise oder ganz aus dem Erdreich herausragen. In diesen Fällen ist eine zumindest teilweise Einschalung und in diesem Zusammenhang wohl auch eine zusätzliche Umfassung z.B. mit einer Betonwand erforderlich, wobei die Betonwand rationellerweise zugleich als verbleibende Schalung verwendet werden kann. Zumindest jedoch wird das Speichermedium mit der Überbauung nahezu bündig abschließen, unabhängig davon, ob z.B. ein Gebäude ohne oder mit einem Keller darüber erstellt wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Baustoffs gemäß Anspruch 5 ist, wird er bei der Verarbeitung als flüssiger Baustoff in eine nackte Erdgrube verfüllt, dass er gemäß Anspruch 6 in die Randzone des anstehenden Erdreichs eindringt und dieses mit dem entsprechenden Bindemittel sättigt. Nach Aushärtung des Bindemittels wird diese Randzone zu einer weitestgehend gegenüber dem Speichermedium dichten und statisch stabilen Betonwand, die nahezu übergangslos in den Baustoff des Speichermediums übergeht, und auch mehr oder weniger wärmedämmend wirkt. Der Wärmespeicher erhält dadurch automatisch ohne zusätzlichen Aufwand eine zusätzliche Betonschale. Genauso können nicht bemerkte Leckagen in Betonbecken oder in mit einer Abdichtungsbahn ausgekleideten Erdmulden nach Einfüllung dieses Baustoffes dadurch automatisch abgedichtet werden. Auch wird immer eine Schalung hilfreich sein, will man anders als bei der konventionellen Erdbeckenkonzeption optimale Wärmespeichergeometrien realisieren.

Je nach Bedarf, und ggf. auch dann, wenn der Wärmespeicher aufgrund seiner Tiefe in Grundwasserführenden Bodenschichten liegt, wird es ratsam sein, das Speichermedium zur Optimierung seiner Leistungsfähigkeit zusätzlich mit einer gänzlich oder teüweisen Umhüllung auszustatten. Neben einer Abdeckung nach oben, die sicherlich sowieso zumeist als Wärmedämmung und Abdichtung ausgeführt werden muss, sollte in Abhängigkeit von den geologischen bzw. hydrogeologischen Bedingungen zumindest auch an den Seiten entsprechend verfahren werden. Gleiches gilt auch für nach unten, wobei hier die Wärmedämmung ggf. entfallen kann, weil im unteren Bereich des Wärmespeichers vorzugsweise die kalten Temperaturen eingespeichert werden. Die Umhüllung kann auch bedarfsweise der zusätzlichen Stabilisierung des Speichermediums dienen, sofern dies unter bestimmten Umständen erforderlich ist. Eine solche Umhüllung kann aus den unterschiedlichsten Materialien, d.h. auch z.B. aus Kunststoff und/oder Beton bestehen. Ggf. kann auch eine Abdichtung nach unten entfallen, da der Speicher sowohl das Wasser allein schon aufgrund seiner spezifischen Baustoffstruktur weitestehend selbst halten kann, als auch -wie zuvor schon näher ausgeführt- sich selbst während der Installation abdichtet. Hinzu kommt, ist das Speϊchermedium von oben und von den Seiten mit einer Umhüllung haubenförmϊg abgedichtet, dass der Speicher schon allein auf Grund des sich unter der Haube bildenden Vakuums nahezu kein Wasser nach unten verliert. Da es jedoch durch die formschlüssige direkte Berührung des Speichermediums mit dem anliegenden Erdreich zu sukzessiven Ausnässungen kommen kann, d.h. ein geringer Verlust an Speicherwasser nicht immerzu vermeiden ist, wird dieser durch zusätzliche Einrichtungen ausgeglichen, die der Baustoffstruktur von oben zwischen dem eigentlichen Speichermedium und der Umhüllung bzw. Abdeckung bei Bedarf zusätzliches Wasser kontrolliert zuführt. Dies geschieht durch konventionelle Rohranschlüsse, Armaturen, und Messeinrichtungen etc. des Rohrleitungsbaus. Der Sättigungsgrad bzw. der Wasserstand im Speicher kann demnach jederzeit kontrolliert und ordnungsgemäß aufrecht erhalten werden.

Die geometrisch geeignetste Speicherform kann somit einerseits durch die Vor-Ort- Verarbeitung des Baustoffs in flüssiger Form als Liefer- oder Ortbeton, andererseits jedoch auch als angeliefertes festes Fertigprodukt realisiert werden. Gemäß Anspruch 7 können theoretisch komplette Wärmespeichereinheiten samt ihrer zusätzlichen Einrichtungen als Fertigeinbauelement ab Werk vorgefertigt und z.B. mit einem Tieflader auf die Baustelle angeliefert werden. Die Größe wird natürlich von einer vernünftigen Transportmöglichkeit abhängig und nach oben begrenzt sein, jedoch ist dies sicherlich eine interessante Variante für kleinere Gebäude mit entsprechend kleineren Speichereinheiten. Die so angelieferte Speichereinheit kann sodann aufgrund ihres relativ geringen Gewichts von einem Kran in die vorbereitete Baugrube gesetzt werden. Erst anschließend wird der Speicher mit Wasser befüllt. Dieser Rationalisierungseffekt, der sicherlich zu weiteren Kostenreduzierungen führt, wird in Anspruch 8 konsequent weiterverfolgt, indem auch größere Speichereinheiten machbar sind, indem diese aus mehreren kleineren und handhabbareren Fertigbau- Speichereinheiten bestehen, die erst vor Ort zusammengefügt werden.

Damit wird durch die Erfindung das Ziel gegenüber dem Stand der Technik erreicht, dass in neuer und erfinderischer Weise ein Wärmespeichermedium ermöglicht wird, das keinen Stützkörper in Form eines gefassten Speichervolumens von losen festen Teilchen erforderlich macht, sondern einen solchen aus einem festen Schaumprodukt verwendet, bzw. dafür einen Baustoff vorsieht, der aus mehreren gleichen und/oder unterschiedlichen festen Baustoffen gebildet ist, die miteinander fest verbunden sind. Damit können entgegen dem bisherigen Stand der Technik nunmehr in vorteilhafter Weise auch große Stützkörper und damit große Speichervolumen -auch außerhalb des Bodens- ohne erforderliche zusätzliche statisch stützende Einfassung geschaffen werden, die auch nachträglich mit Wasser befüllt werden können. Dies hat insbesondere dann Vorteile, wenn ein solcher Stützkörper als entsprechend großer Block oder Zylinder, gemäß neuem Anspruch 7 und 8, für einen Wärmespeicher in einem Guss als statisch stabile Fertigbaueinheit vorgefertigt, dann an den Einbauort trocken angeliefert, und installiert, und dann erst mit dem Speicherwasser befüllt werden soll.

Der bislang in diesem Zusammenhang bei Kies-Wasser- oder entsprechenden Gesteinsspeicher verwendete Baustoff „Kies" oder „Erdreich" hatte diese Eigenschaft in der Regel nicht. Diese Speicher arbeiten z.B. mit einem losen Kies-Wasser-Gemisch, wobei der Kiesanteil bei ca. 60-70 % liegt, und demnach nur einen Wasseranteil von 30-40 % hat. Entsprechend geringer ist dann auch ihre Speicherkapazität gegenüber reinen Wasser-Wärmerspeichern. Geht man nun davon aus, dass der beanspruchte Baustoff gemäß der Erfindung das gesamte Speichervolumen ausfüllt und selbst aufgrund seiner Hohlräume Wasser aufnehmen kann, dann erhöht sich der Wasseranteil und die mögliche Wärmespeicherkapazität gegenüber dem bisherigen Kies- Wasser-Wärmespeicher erheblich. Diese Hohlräume können z.B. Poren, Fugen, Risse und/oder Kapillare sein. Grundsätzlich sind damit alle Formen von kleinen bis kleinsten Hohlräumen möglich, die Wasser von selbst aufsaugen und halten können. Diese Hohlräume können offen oder geschlossen sein. Um auch geschlossene Hohlräume mit Wasser sättigen zu können, kann das Grundmaterial des Baustoff auch wasserdurchlässige und/oder hygroskopische Eigenschaften haben. Denn es sind Materialen auf anderen Anwendungsgebieten bekannt, die bis zu 80 % ihres Eigenvolumens Wasser in der genannten Weise aufnehmen und halten können. Dies ist ein erster Schritt hin zu kleineren wirtschaftlicheren Speichereinheiten. Wie hoch die Wasseraufnahmekapazität ist, wird letztendlich von dem verwendeten Baustoff und seiner Verarbeitung bzw. seiner handelsüblichen Bereitstellung abhängig sein. Das Material kann selbstverständlich von natürlicher und/oder künstlicher, bzw. organischer oder anorganischer Art sein.

Ein weiterer Vorteil des neues Baustoffs ist, dass er das über die Hohlräume aufgenommene Wasser im Prinzip eigenständig mit seiner speziellen Struktur, d.h. ohne zusätzliche Hilfsmittel bis zu einer bestimmten Sättigung halten kann. Diese Eigenschaft wird allein schon über die Materialbeschaffenheit des Baustoffs, und über kleine bis kleinste Hohlräume und deren Verbindungen mittels der Kapillarwirkung erreicht. Dies hat den besonderen Vorteil, dass das Speichermedium grundsätzlich erst mal keiner zusätzliche Abdichtung nach Außen bedarf, sodass auch nicht das Risiko besteht, wie es bislang bei allen Wasser-Wärmespeichern bestand, dass das gespeicherte Wasser im Fall von Leckagen aus dem Wärmespeicher ungewollt und unkontrolliert ausströmen kann, Wärme entsprechend verloren geht, und unweigerlich das umgebende Erdreich ausschwemmt wird, und dadurch ggf. Bauwerksgründungen bzw. die betreffenden Fundamente in Mitleidenschaft gezogen werden. Zudem kann damit unter bestimmten Umständen die zusätzliche äußere Abdichtung, wie sie bei allen bisherigen Wasser-Wärmespeichern unbedingt erforderlich war, eingespart werden. Dies ist ein weiterer Schritt hin zu kleineren wirtschaftlichen Speichereinheiten. Es wird jedoch nicht in allen Fällen, in denen keine zusätzliche äußere Abdichtung vorgesehen ist, zu vermeiden sein, dass, wenn das Speichermedium z.B. mit dem Gestein einer Erdmulde in Kontakt kommt, Wasser aus dem Speichermedium in das angrenzende Erdreich ausnässt. Dies wird jedoch nur in so kleinen Mengen geschehen, dass aus dem Wärmespeicher nur eine minimale Wärmemenge verloren geht und kein nennenswerte Veränderung der natürlichen Bodenstruktur erfolgt. Das dann im Speichermedium fehlende Wasser, kann in einfacher Weise sukzessive wieder von oben über einen entsprechenden Wasseranschluss nachgefüllt werden. Der Baustoff hat spätestens nach der Installation des Wärmespeichers eine statisch tragfähige feste Struktur, sodass wie bei einem Kies-Wasser-Wärmespeicher grundsätzlich die Voraussetzungen für eine entsprechende Überbauung gegeben ist, jedoch mit dem darüber hinausgehenden Vorteil, dass der Baustoff selbst die erforderliche statische Stabilität hat, und demnach grundsätzlich erst mal keiner zusätzlichen Unterstützung durch z.B. einen Stahl-, GFK-, oder Stahlbetonbehälter oder -becken bedarf. Demnach könnte dieser Baustoff direkt in eine nackte Erdgrube eingebracht, mit Wasser gesättigt, an die Anschlüsse für den Betrieb des Speichers angeschlossen, und anschließend z.B. mit einem Gebäude überbaut werden. Die Grundplatte des Gebäudes, sei sie ebenerdig oder als Kellersohle ausgeführt, kann direkt auf dem Baustoff des Speichermediums bzw. der üblicherweise vorher noch darüber verlegten Abdichtungsbahn und Wärmedämmung aufgebaut bzw. betoniert werden. Die Gebäudelast würde sich dann in diesem Bereich über den Baustoff direkt im Untergrund abstützen können. Dies kann weiterhin in großen Speicher- bzw. Volumeneinheiten geschehen, aber auch ein weiterer Schritt hin zu kleineren wirtschaftlichen Einheiten sein, wie sie künftig insbesondere in vorhandenen städtischen Infrastrukturen gefragt sein werden.

Die wichtigsten Merkmale der Erfindung sollen nachfolgend noch mal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung Fig. 1 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch einen Wärmespeicher, der sich unter der Bodenplatte eines Gebäudes befindet, und als Speichermedium eine mit Wasser aufgefüllte feste Baustoffstruktur mit Hohlräumen aufweist. Dieses Beispiel soll über den Stand der Technik hinaus zeigen, wie mit dem Erfindungsgegenstand eine Lösung geschaffen wird, insbesondere auch kleinere Langzeit-Wärmespeichereinheiten unter z.B. einzelnen Gebäuden in beengten städtischen Infrastrukturen in ausreichend leistungsfähiger Ausführung einfach und kostengünstig bauen zu können.

Folgende bekannte bzw. durch die Kies-Wasser-Wärmespeichertechnik nahegelegte Technik wird hierbei soweit wie notwendig übernommen:

Der erfinderische Wärmespeicher ist vorzugsweise gänzlich im Erdreich eingelassen, um zusätzlich die wärmespeichernde Eigenschaft des Bodens und entsprechend wärmedämmende Wirkung der Erdwärme zu nutzen. Dementsprechend brauchen bekanntermaßen die weiteren Wärmeschutzmaßnahmen nicht derart aufwendig wie bei oberirdischen Speichern ausgeführt werden. Die Speichergeometrie 17 wurde als Zylinders mit einem Boden in Form eines umgekehrten Kegelstumpfes ausgewählt, um die Mantelfläche des Speicherkörpers gegenüber dem Volumen weitestgehend optimal zu minimieren. Der Grundriss des Speichers könnte selbstverständlich auch quadratisch oder mehrkantig sein. Jedoch die Bauform wird letztendlich auch von den Baukosten bestimmt. Ein rechteckiger Grundriss wäre sicherlich auch möglich, würde sich aber von der optimalen Geometrie dann immer wefter entfernen. Der Speicher hat eine gerade Abdeckung, und bestehend aus einem Schutzvlies 3, einer PP-Folie als Dampfsperre 4, und einer entsprechend dicken Wärmedämmung 5. Weiterhin ist der Wärmespeicher mit einer Bodenplatte 11, z.B. aus Beton, und einer üblicherweise mitverlegten PE-Folie 9 und einer Perimeterdämmung 8 überbaut. Eine seitliche Betoneinfassung ist bei Einsatz der beanspruchten Technik im Prinzip nicht mehr erforderlich, wogegen tieferbauende Kies-Wasser-Wärmespeicher mit senkrechten Seiten dann einer solchen Einfassung bedürfen. Jedoch wird man, wie auch bei diesem Beispiel gezeigt, die Seitenwände zumindest im oberen 2/3- oder 3/4-Bereich des Speichers mit einem ähnlichen Aufbau zur Abdichtung und Wärmedämmung, wie oben schon beschrieben, ausstatten. Und die Wärmedämmung 5 sollte zumindest auch gegen Feuchtigkeit von außen, z.B. durch im anliegenden Erdreich 10 vorhandenes Grundwasser verursacht, mit einer von beiden Seite mit einem Filtervlies 12 abgedeckten Drainmatte 13 geschützt sein. Die ggf. vorhandene Feuchtigkeit wird von einem Drainagerohr 14, das in einem mit Kies 7 befüllten umlaufenden Drainagegraben verlegt ist, aufgenommen, und vorzugsweise einer grundstückseigenen Regenwasserbewirtschaftungsanlage zugeführt. Dieses Wasser kann vorteilhaft z.B. auch zur Befüllung des Wärmespeichers dienen. Die Bodenplatte 11 mit ggf. damit verbundenen Fundamenten ist die erste Baukomponenten eines Gebäudes, die nach dem Aushub einer Baugrube betoniert werden, unabhängig davon, ob es sich um ein Gebäude mit oder ohne Unterkellerung handelt. Genauso gut kann es sich bei dieser Bodenplatte auch um den Unterbau einer darüber angelegten Grünanlage, Straße, oder eines Parkplatzes handeln. Bislang war die Unterbringung von Wärmespeichern unter Gebäuden unüblich, da man bei den bisherigen Baulösungen aufgrund des vergleichsweise eher schlechten Kosten-Nutzen-Verhältnisses immer große bis sehr große Volumeneinheiten angestrebt hat, um zumindest zu versuchen, künftig vielleicht eine Wirtschaftlichkeit für diese Technik zu erreichen. Für solche Großbauwerke gibt es jedoch zumeist keine freien Flächen in engbesiedelten städtischen Baustrukturen, und auch eine Überbauung, auch wenn es sich um einen Kies-Wasser-Wärmespeicher handelt, wurde bislang sowohl vom Platzbedarf, als auch von der technischen Machbarkeit als problematisch eingestuft. Unabhängig davon hat aber ein überbauter Wasserwärmespeicher immer den Vorteil, dass er schon alleine durch das Gebäude nach oben sehr gut wärmegedämmt und vor Oberflächenwasser geschützt ist. Schließlich weist der erfinderische Wärmespeicher noch die nötigen Einrichtungen für die Wärme-Be- und Entladung 2 und für ggf. erforderliche Mess- und Befüllzwecken auf. Die entsprechend dafür erforderliche Rohrleitungen führen durch die Abdeckung des Speichers und durch die Bodenplatte 11 auf kürzestem Wege ins Gebäude. Die hierfür üblicherweise notwendigen Mauerdurchführungen, oder auch Mauerhülsen genannt, müssen selbstverständlich auch in geeigneter Weise gegenüber dem Gebäude bzw. Wärmespeicher wärmegedämmt und abgedichtet sein. Das Speichermedium ist verfahrensbedingt ein ruhendes Medium, dem die Wärme indirekt über im Speichermedium 16 verlegte Koltektorrohre und einem darin zirkulierenden Wärmeträgermedium übertragen (Beladung) oder entnommen (Entladung) wird. Die in der Zeichnung Fig. 1 dargestellten Doppelpfeile sollen die Möglichkeit eines diesbezüglich wechselweisen Betriebs der einzelnen Kollektorrohranordnungen vermitteln. In der Skizze sind symbolisch drei unabhängige im Speicher auf unterschiedlichen Ebenen bzw. Höhen verlegte Kollektorrohranordnung gezeigt, die Wärme mit unterschiedlichen Temperaturen in den Speicher einlagern und auch aus diesem Bereich wieder entnehmen können. Dementsprechend wird sich unten die kälteste und oben die wärmste Temperatur befinden. Die diesbezügliche Technik kann je nach Bedarf und dem geeigneten Stand der Technik angepasst werden. Das Gleich gilt im Prinzip auch für die Mess- und Befüll- einrichtung 6. Diese Einrichtung wird zumindest erst mal benötigt, um den Wärmespeicher mit Wasser zu befüllen und ggf. später nachzufüllen. Gemessen werden muss zumindest der Wasserstand, und die Temperaturen des Speichermedium 16, bzw. der mit unterschiedlichen Temperaturen beaufschlagten Wasserschichten.

Der erfinderische Langzeit-Wärmespeicher weist nun über die zuvor erwähnte konventionelle Ausstattung hinaus folgende wichtige Innovationen auf: Das installierte Speichermedium hat die Struktur eines statisch stabilen, d.h. festen, porösen Baustoffs, der mit Wasser komplett gesättigt werden kann, ohne im Prinzip immer eine zusätzliche äußere Abdichtung und statisch stabile Einfassung zu benötigen, weil die poröse feste Struktur des Baustoffs das später eingefüllte Wasser in sich selbst aufnimmt und u.a. durch die Kapillarwirkung darin festhält. Bei einem Kies-Wasser-Wärmespeichers würde bei fehlender Einfassung und Abdichtung die gesamte Speichergeometrie zusammenfallen und das Wasser unweigerlich die lose Kiesmasse verlassen und im Erdboden versickern. Dagegen besteht der erfindungsgemäße Wärmespeicher grundsätzlich erst mal nur aus einem festen Vollkörper, der in sich Wasser aufnehmen, jedoch bedarfsweise auch mit zusätzlichen Einrichtungen zur technischen Optimierung ergänzend ausgestattet werden kann. Dieser besondere Baustoff kann z.B. ein entsprechend für diesen Anwendungszweck speziell hergestellter Zement-Schaumbeton sein, kann aber auch aus Bimssteingranulat mit einem zementartigen Bindemittel bestehen. Dieser Baustoff wird vor seiner Verarbeitung als Fertigbeton oder Ortbeton mit Wasser angerührt und bezogen auf dieses Beispiel anschließend flüssig in die vorbereitete Baugrube eingefüllt. Die Baugrube sollte seitlich eine einfache Verschalung haben, die nach der Aushärtung des Baustoff wieder entnommen wird, wenn die seitlich vorgesehenen Abdichtungsfolien und Wärm- dämmmittel einschließlich der Drainage erst anschließend verlegt werden sollen. Diese Verfahrensweise ist bei einem Kies-Wasser-Speicher aufgrund seines losen Kies-Wasser-Gemisches nicht möglich, es sei denn es wird mit einer Doppelverschalung zuerst eine aufwendige Betonwand erstellt, und erst anschließend die Abdichtung und die Wärmedämmung vorgenommen und der Speicher mit Kies und Wasser gefüllt. Werden diese Einrichtungen jedoch schon vor dem Verfällen der erfinderischen Bausioffmasse an den rohen Erdwänden der Grube entsprechend angeordnet, kann eine Verschalung entfallen. Dies wird aber immer auch davon abhängen, wie tief die Baugrube werden soll, und inwieweit eine Anböschung der Grubenwände möglich bzw. von der Speichergeometrie her gewünscht ist, oder schon allein aus Sicherheitsgründen ein Verbau der Grube vorgeschrieben ist. Der untere Bereich, d.h. die Bodentasse des Wärmespeichers, braucht in diesem Beispiel vor dem Verfällen mit dem Baustoff nicht zusätzlich abgedichtet werden, d.h. die Baugrube verbleibt hier im Rohzustand. Es wird natürlich auch Anwendungsfälle künftig geben, wo auch eine Abdichtung und oder Wärmedämmung des Speicherbodens zu empfehlen und auch problemlos machbar ist. Jedoch ein Betonboden wird bei der beanspruchten Technik immer entfallen können. Gleichzeitig mit dem Verfällen des Baustoffs werden die Kollektorrohre der Be- und Entladeeinrichtung 2 und das Rohr mit den entsprechenden Fühlern der Mess- und Befülleinrichtung 6 mit einbetoniert. Ist das Bindemittel bzw. der Beton dann ausgehärtet, kann der feste Körper des Speichermediums 16 ausgeschalt und an den Seiten mit den zusätzlichen Folien, Vliesen und Dämmmaterialien verkleidet werden. Anschließend wird der Speicher seitlich wieder mit Erdreich verfüllt. Im Bodenbereich des Speichers, und dies ist ein weitere Vorteil der beanspruchten Technik, hat sich automatisch ohne zusätzlichen Aufwand eine zusätzliche mit dem Baustoff übergangslos verbundene Betonschale 15 gebildet, die eine gewisse zusätzliche Stabilisierung und Abdichtung des Speichermediums 16 nach außen bewirkt. Dies rührt daher, dass bei der Verfüllung des Baustoffes nach außen gesättigtes Bindemittel in die angrenzende Gesteinsstruktur der Baugrube eindringt, und zusammen mit dem Erdreich nach der Aushärtung eine massive Betonmasse bildet. Der gesamte Speicher ist nun bis auf eine obere schmale Resthöhe komplett mit diesem festen Baustoff formschlüssig ausgefüllt. Die Resthöhe wird nun noch mit Kies aufgefüllt, bevor die Abdeckung mit den Rohrdurchführungen aufgebracht und abgedichtet wird. Anschließend kann der Speicher mit Wasser befüllt werden. Baumängel sind bei dieser Technik kaum zu befürchten, da das Speichermedium 16 selbsttragend und weitestgehend selbstabdichtend bzw. -wasserhaltend ist. Dies wird noch zusätzlich durch die haubenförmige Abdichtung des Speichermediums 16 im Bereich der Abdeckung und den Seiten unterstützt, indem sich bei Wasserverlust unter der Haube, und damit im Speichermedium ein Vakuum einstellt. Dieses Vakuum kann auch mit der Mess- und Befülleinrichtung 6 gemessen werden. Neben einem Feuchtigkeitsfühler und/oder Wasserstandanzeiger kann auch die Höhe des Vakuums ein Parameter für den Wasserstand 1 im Speicher darstellen. Dieser sollte sich immer optimalerweise auf Höhe der Kiesschicht 7 einstellen, und kann bedarfsweise über die Befülleinrichtung 6 nachgespeist werden. Die Wasserbefüllung dauert sicherlich länger als beim Kies-Wasser-Wärmespeicher, da der Baustoff das Wasser über die Poren, Kapillare und seine hygroskopischen Eigenschaften nur langsam aufnehmen kann. Dies ist aber nicht problematisch, da in der Zwischenzeit noch keine Anforderung an einen Betriebbeginn gestellt wird, weil das Gebäude als Wärmeabnehmer erst noch darüber erbaut werden muss. Rein bauseits dürfte der beanspruchte Wärmespeicher noch um vieles kostengünstiger und einfacher als ein Kies-Wasser-Wärmespeicher in der einfachsten Erdbeckenversion zu erstellen sein. Zudem ist Bimssteingranulat sicherlich aufgrund seiner geringen Volumendichte im Einkauf viel kostengünstiger als Kies einzustufen. Jedoch dürfte der Baustoff Schaumbeton nicht nur diesbezüglich die optimalste Variante darstellen, sondern auch die spezifische Leistungsfähigkeit des Speichermediums 16 aufgrund der zusätzlich geschaffenen Wasseraufnahmekapazität weiter erhöhen. Somit können mit der beanspruchten Technik viele Vorteile gegenüber dem bisherigen Stand der Technik genutzt werden, um bei angenommen gleicher Leistung künftig kleinere und kostengünstigere, überbaubare Speichereinheiten bauen zu können, sodass auch kleinere Neubauten bis hin zu Einfamilienhäusern in innerstädtischen Bereichen mit dieser Technik ausgestattet werden können . Diese Perspektive wird zusätzlich durch den Trend nach Niedrigenergie- bzw. Passϊvhäusern unterstützt, sodass auch immer weniger Energie einem Gebäude von außen zugeführt werden muss. Auch wird man immer weniger Fernwärmetechniken in Anspruch nehmen, weil die Zukunft in der dezentralen und unabhängigen Selbstversorgung der einzelnen Gebäude gesehen wird. Bezuqszeichenl iste :

1 Speicherwasser / -stand

2 Be- und Entladeeinrichtung

3 Schutzvlies

4 Umhüllung / Dampfsperre

5 Wärmedämmung

6 Mess- und Befulleinrichtung

7 Kies

8 Perimeterdämmung

9 PE-Folie

10 Erdreich

11 Bodenplatte

12 Filtervlies

13 Drainmatte

14 Drainagerohr

15 Betonschale

16 Speichermedium (in der Fig. 1 nur teilweise gezeigt)

17 Speichergeometrie

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung eines Wasser-Wärmespeichers bzw. Speichermediums, das aus Wasser und zumindest einem festen Baustoff besteht, der eine Struktur mit Hohlräumen aufweist, und gezielt dazu bestimmt ist, das ganze Wasser, und soviel wie möglich davon in sich aufzunehmen und eigenständig zu halten, eine statisch tragfähige Struktur hat, und dementsprechend überbaut werden kann, und wasserdurchlässige und/oder hygroskopische Eigenschaften haben kann, und dem alle erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen für den Betrieb und die Nutzung der Wärmespeicherung zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff ein Schaumprodukt ist, bzw. ein Baustoff ist, der aus mehreren gleichen und/oder unterschiedlichen festen Baustoffen besteht, die miteinander fest verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Baustoffe mit einem weiteren festen Baustoff in Form eines Bindemittels fest miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere feste Baustoff ein zementartiges Bindemittel ist, das aus mehreren festen Baustoffen bestehen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Baustoffe auch aus Bimsstein sein können.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das entsprechende Bindemittel bei der Verarbeitung flüssig ist, und spätestens nach der Herstellung bzw. Installation des Wasser-Wärmespeichers fest ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das entsprechende Bindemittel während der Verarbeitung bzw. Installation bei direktem Kontakt mit dem Erdreich in die Gesteinsstruktur der Randzone eindringt und anschließend auch dort fest wird, und dadurch das Speichermedium zusätzlich stabilisiert, und gegenüber dem Erdreich abdichtet und isoliert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser-Wärmespeicher in einer geeigneten Größe mit weitestgehend allen möglichen zusätzlichen Einrichtungen als statisch tragfähige Fertigbaueinheit dem Einbauort vorgefertigt zur Verfügung steht, und nach der Installation mit Wasser befüllt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser-Wärmespeicher bzw. die Fertigbaueinheit aus mehreren handhabbaren, kleineren Fertigbaukomponenten besteht, die erst vor Ort zusammengefügt werden.