DE3016456A1 - Erdboden-waermspeicher sowie verwendung und verfahren zum anlegen des speichers - Google Patents

Description

• Beschreibung
• betreffend Erdboden-Wärmespeicher sowie Verwendung und Verfahren zum Anlegen des Speichers Die Erfindung betrifft einen Erdboden-Wärmespeicher mit von einer Flüssigkeit parallel und/oder in Reihe durchströmbaren Wärmetauscherelementen aus korrosionsbeständigen Rohren.
• Es ist bekannt, dem Erdboden Wärme zu entziehen, beispielsweise zu Heizzwecken, wozu rohrförmige Wärmetauscherelemente im Erdboden verlegt werden, die in einen Flüssigkeitskreislauf eingeschaltet sind. Die entnommene Wärme fällt bei einem naturgegebenen Temperaturniveau an und kann mittels einer bekannten Wärmepumpenanlage auf ein höheres Tempern turniveau angehoben werden. Das Warmepulllpensystem führt aber zu erhöhten Anlage- und Betriebskosten. Im übrigen wirkt es sich ungünstig aus, daß durch die ständige Wärmeentnahme die Temperatur im Bodenbereich rund um die Wärmetauscherelemente auf ein niedrigeres Niveau absinkt.
• Bei der bekannten Anlage werden außerdem die Wärmetauscherelemente in größerer Tiefe verlegt, damit die dem Erdboden entnommene Wärme von allen Seiten nachströmen kann und die auftretende Temperaturabsenkung an den Wärmetauscherelementen nicht übermäßig groß wird. Aus diesem Grunde werden die Wärmetauscherelemente auch im allgemeinen in waagerechter Erstreckung verlegt. Dementsprechend muß bisher ein erheblicher Erdaushub vorgenommen werden, um die Wärmetauscherelemente in der vorgesehenen Lage im Erdboden anordnen zu können. Dadurch erhöht sich ebenfalls der Aufwand, und in manchen Fällen fehlt es überhaupt an den räumlichen Voraussetzungen, Erdwärme in der vorgenannten Weise nutzbar zu machen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen Erdboden-Wärmespeicher zu schaffen, der mit geringem Aufwand hergestellt und betrieben werden kann und trotzdem sehr leistungsfähig ist, wobei auch kleine Freiflächen bzw.
• Gartengrundstücke problemlos genutzt werden können.
• Diese Aufgabe wird bei einem Erdboden-Wärmespeicher der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmetauscherelemente jeweils aus zwei an ihren unteren Enden durch einen Rohrbogen miteinander verbundenen, im wesentlichen parallelen und senkrechten Rohrsträngen bestehen, die in einem mit einer Einrammspitze versehenen Mantelrohr angeordnet sind, das mit einer die Rohrstränge umgebenden Füllmasse ausgefüllt ist, Bei dieser Ausbildung entfällt ein größerer Bodenaushub, weil durch ein in bekannter Weise schnell und einfach durchzuführendes Einrammen der Mantelrohre die benötigten Erdtiefen für die rohrförmigen Wärmetauscherelemente geschaffen werden, die jeweils mit einem entsprechend gebogenen Doppelrohrstrang in ein Mantelrohr hinabragen. Dabei begünstigt die Erdverdichtung auf der Außenseite des eingerammten Mantelrohrs den Wärmeübergang vom Erdreich zum Mantelrohr, während die Füllmasse die weitere Wärmeleitung zu den Rohrsträngen der Wärmetauscherelemente begünstigt.
• Zugleich kann die Füllmasse die beiden Rohrstränge innerhalb eines jeden Mantelrohrs in einem begrenzten Abstand voneinander halten, so daß ein leistungsrnindernder Wärmeaustausch zwischen den beiden Rohrsträngen weitgehend unterbunden wird und die Temperatur der durch den Doppelrohrstrang strömenden Flüssigkeit sich im wesentlichen gleichmäßig langs des Doppelrohrstrangs bzw. vom Eintritt bis zum Austritt der Flüssigkeit im wesentlichen gleichmäßig ändert.
• Das einfache Einrammen der Mantelrohre in Verbindung mit dem Wegfall eines entsprechenden Erdaushubs schafft die Möglichkeit, problemlos auch größere Erdtiefen zu nutzen und unabhängig von den räumlichen Verhältnissen an der Erdoberfläche ein dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßtes Erdvolumen anzuzapfen. Die Erfindung zielt aber nicht nur auf eine Entnahme von Erdwärme sondern auch auf die Einleitung und Speicherung von Wärme im Erdboden, beispielsweise mittels industrieller Abfaliwärme oder im Sommer gewonnener Sonnenenergie, die dann im Winter zu Heizzwecken genutzt werden kann. Insofern bildet der Erdboden im Rahmen der Erfindung nicht nur einen natürlichen sondern auch einen künstlichen Wärmespeicher, dem ein Volumen gegeben werden kann, das die im Einzelfall benötigte Speicherkapazität aufweist. Es ist ersichtlich, daß durch die Einleitung und Speicherung von Wärme im Erdboden eine übermäßig Abkühlung des Erdbodens während der Wärmeentnahmephasen vermieden wird, was dem Wirkungsgrad der Wärmenutzung zugute kommt. Ebenfalls kommt es dann weniger auf ein Nachführen von Wärme aus den angrenzenden Erdbereichen an, so daß der Erdboden-Wärmespeicher ggf. auch mit einer größeren Ausdehnung in waagerechter und einer kleineren Ausdehnung in senkrechter Richtung nahe unter der Erdoberfläche angeordnet werden kann.
• Im Hinblick auf die Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers als künstlicher bzw. aufgeheizter Speicher ist es zur Vermeidung von Wärmeverlusten besonders zweckmäßig, wenn iiber den Wärmeaustauscherelementen eine Wärmedämmschicht angeordnet ist. Ferner ist es von Vorteil, wenn den Wärmetauscherelementen auch eine seitliche Wärmedämmwand zugeordnet ist, die mit ihrem oberen Ende an die Wärmedämmschicht anschließt. Auf diese Weise wird das Speicher volumen mehr oder weniger vom restlichen Erdreich abgegrenzt, mit dem beispielsweise nur noch an der unteren Speicherbegrenzungsfläche ein direkter Wärmeaustausch besteht. Während die obere Wärmedämmschicht sehr einfach anzubringen ist und auch die seitliche Wärmedämmwand, die sich nicht über die ganze Höhe der Wärrneaustauscherel emente bzw. Mantelrohre erstrecken muß und auch eine geringere Stärke als die Wärmedämmschicht aufweisen kann, noch mit vertretbarem Aufwand hergestellt werden kann, wird auf eine Isolierung unter dem Wärmespeichervolumen verzichtet, weil ihr Anbringen übermäßig aufwendig wäre und den Vorteil des einfachen Einbringens der Wärmetauscherelemente durch Einrammen weitgehend aufzehren würde. Aber bereits allein durch die obere Wärmedämmschicht und verstärkt auch noch durch die seitliche Wärmedämmwand werden bereits gute Wärmespeichereigenschaften erzielt.
• Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Erdboden-Wärmespeichers ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 16.
• Der Erdboden-Wärmespeicher 1 äí3t sich auf verschiedene Weise sirlnvol 1 einsetzen. Von besonderem Vorteil ist seine Verwendung sowohl zur Speicherung momentan überschüssiger Warme wie zur Deckung eines zeitweiligen Wärmebedarfs. Dazu wird der Erdboden-Warmespeicher über Verbindungsleitungen und eine Umwälzpumpe wahlweise mit einem wärmeverbrauchenden Wärmetauschers insbesondere einem großflächigen Heizkörper, oder einem wärmeliefernden Wärmetauscher, insbesondere einem Sonnenenergie aufnehmenden Wärmetauscher verbunden.
• Dabei sind zweckmäßigerweise Maßnahrnen getroffen, damit der Wärmespeicher während der Aufheizphase im wesentlichen von seiner Mitte nach außen durchströmt-bzw. aufgeheizt werden kann, während in der Wärmeentnahmephase die Wärmetauscherelemente im wesentlichen umgekehrt von außen nach innen durchströmt werden, so daß sich jeweils ein Temperaturabfall von innen nach außen einstellt.
• Die Speichertemperaturen sind naturgemäß begrenzt, so daß auch mit einer niedrigen Vorlauftemperatur von beispielsweise etwa 30° C gearbeitet werden muß. Deshalb empfiehlt es sich, zu Heizzwecken wärmeverbrauchende Wärmetauscher mit großen Wärmedurchgangsflächen vorzusehen, die von Fußboden-Heizrohren und/oder Außenwand-Heizrohren gebildet sind, die über die Wandflächen der zu heizenden Räume verteilt sind.
• Die Aufheizung des Wärmespeichers erfolgt im wesentlichen während des Sommers und nicht oder nr in unbedeutendem Maße während des Winters, wenn gespeicherte Wärme zu Heizzwecken benötigt wird. Daher muß die Speicherwärme sparsam genutzt werden, insbesondere wenn man mehr oder weniger ohne Zusatzheizung mit herkömmlichen Brennstoffen durch den Winter kommen will. Daher ist es besonders zweckmäßig, zusätzlich zu den bekannten Maßnahmen der Wärmedämmung im Bereich der Außenwände zu heizender Räume auch eine Kälteabschirmung vorzusehen, wie sie sich aus den Ansprüchen 20 bis 27 ergibt. Danach dient das Grundwasser das,eine im wesentlichen gleichbleibende Temperatur von etwa 100C aufweist, dazu, tiefe Außentemperaturen (Minustemperaturen) aufzufangen udd so den Speicher zu entlasten.
• Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Anlegen des Erdboden-Wärmespeichers, insbesondere in einem Gartengrundstück oderdgl. das dadurch gekennzeichnet ist, daß innerhalb des waagerechten Ausdehnungsbereichs des Erdboden-Wärmespeichers der Humus beiseite geschoben wird, daß eine weitere Erdreichschicht entfernt wird, deren Stärke mindestens der vorgesehenen Dicke der Wärmedämmschicht entspricht, daß die Mantelrohre in der vorgesehenen geometri schen Anordnung mit ihrer ganzen Länge im wesentlichen senkrecht in den Boden eingerammt werden, daß biegsame korrosionsbeständige Austauscherrohre für jede Gruppe von Wärmetauscherelementen in angepaßten Zwischenabständen mit im wesentlichen rechtwinklig abgebogenen Doppelrohrsträngen von annähernd Mantelrohrlänge versehen und mit den Doppelrohrsträngen in die Mantelrohre eingesetzt werden, daß die als Verteiler und Sammler dienenden Rohrleitungen auf dem abgesenkten Boden verlegt, mit den Enden der Austauscherrohre fest verbunden und mit den benötigten Anschlüssen bzw. Verbindungsleitungen versehen werden, daß die Mantelrohre mit einer Betonmischung, Zementschlempe od. dgl. ausgegossen werden, daß eine Wärmedämmschicht auf den abgesenkten Boden aufgebracht wird und daß wenigstens ene wasserundurchlässige Schicht über der Wärmedätrinschicht angeordnet wird und daß schließlich der Humus wider aufgeschüttet wird. Weitere zweckmäßige Maßnahmen ergeben sich aus den Ansprüchen 29 und 30.
• Nach dem vorbeschriebenen Verfahren läßt sich der Wärmespeicher vergleichsweise schnell und einfach anlegen. Dabei können die örtlichen Gegebenheiten berücksichtigt und insbesondere die Abmessungen des 1Värmespeichers angepaßt werden. Stößt das Einrammen der-Mantelrohre auf Schwierigkeiten, weil an der vorgesehenen Stelle ein Steinboden vorhanden ist, so wird ein den Abmessungen des Mantelrohrs angepaßtes Loch gebohrt, in das das Mantelrohr anschließend eingesetzt wird. Ggf. kann dann auch auf ein Mantelrohr ganz verzichtet werden und der betreffende Doppelrohrstrang direkt in das Bohrloch eingeführt werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 in einem Vertikal schnitt die Anordnung des Erdboden-Wärmespeichers neben einem Haus, seine Verbindung mit Raumheizkörpern und mit einem Sonnenenergiekollektor auf dem Hausdach sowie eine mit Grundwasser betreibbare Klteabschirmeinrichtung für die Außenwände des Hauses, Fig. 2 in Draufsicht auf den freigelegten Wärmespeicher die Anordnung und Strömungsverbindung der einzelnen Wärmetauscherelemente des Wärmespeichers, Fig. 3 einen Teilschnitt längs Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein einzelnes senkrechtes Wärmetauscherelement, Fig. 5 einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Schnitt durch eine Außenwand eines Hauses mit nachträglich angebrachten Heizrohren und Kälteabschirmrohren, Fig. 6 ein aus Glasbausteinen aufgebautes Fenster mit Kälteabschirmrohren, Fig. 7 einen Schnitt längs Linie VII-VII in Fig. 6, Fig. 8 ein Doppelglasfenster mit Kälteabschirmrohren, Fig. 9 einen Schnitt längs Linie IX-IX in Fig. 8, Fig. 10 ein Schwenkflügelfenster mit einer rohrlosen Kälteabschirmung und Fig. 11 a, b, c drei Vertikalschnitte längs der Linien a-a, b-b und c-c in Fig. 10.
• Fig. 1 veranschaulicht ein Heizsystem für ein Haus 1 mit einem Erdboden-Wärmespeicher 2, einem auf dem Hausdach angeordneten Sonnenenergiekollektor 3, einer Fußbodenheizung II, , einer Wandheizung 5, einer Außenwand-Kälteabschirmung 6 mit einem Wärmetauscher 7 und einem Grundwa sserkreis auf 8.
• Aus dem Wärmespeicher 2, der nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert wird, treten drei Verbindungsleitungen 10, 11 und 12 in den Keller des Hauses 1 ein. Die Verbindungsleitung 10 ist mit einer Heiz-Umwälzpumpe versehen. Die Verbindungsleitungen 11 und 12 sind jeweils mit einem Handabsperrventil 14 bzw. 15 versehen und dann zu einer gemeinsamen Verbindungsleitung 16 zusammengeführt. Die Heizrohre 17 der Fußbodenheizung 4 sind über ein Handabsperrventil 18 an die Verbindungsleitung 10 sowie mit ihrem anderen Ende über eine Rückleitung 19 an die gemeinsame Verbindungsleitung 16 angeschlossen. In entsprechender weise sind die Heizrohre 20 der Wandheizung 5 ihrer ein Handabsperrventil 21 an die Verbindungsleitung 10 und mit ihrem anderen Ende über eine Rückleitung 22 an die gemeinsame Verbindungsleitung 16 angeschlossen. Die Heiz-Umwälzpumpe 13 und damit die Fußbodenheizung 4 sowie die Wandheizung 5 sind wie angedeutet durch einen Raumthermostaten 23 gesteuert.
• An die Verbindungsleitung 16 schließt sich eine lvaltwasser-Steigleitung 25 mit einer Speicher-Umwälzpumpe 26 an. An die Verbindungsleitung 10 schließt sich eine Warmwasser~ Falleitung 27 mit einem Handabsperrventil 28 an. Die Steigleitung 25 und die Falleitung 27 führen zum Dach des Hauses und sind dort an die Rohre 29 des Sonnenenergiekollektors 3 angeschlossen. Diesem ist auch ein Thermostat 30 zugeordnet, der die Umwälzpumpe 26 steuert, um während der Speicheraufheizphase, die jahreszeitlich bedingt mit der Heizphase wechselt und eine entsprechende Betätigung der Ventile erforderlich macht, die vom Sonnenenergiekollektor 3 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmte Flüssigkeit, bei der es si.ch zur Vermeidung des Einfrierens um eine Sole handelt, durch den Wärmespeicher 2 umzuwälzen. An die Falleitung 27 ist wie dargestellt ein Druckausgleichsbehälter 31 angeschlossen.
• Die Heizrohre 20 der Wandheizung 5 sind nicht nur an Innenwänden sondern auch an den Außenwanden 33 des Hauses angeordnet, in denen außerdem noch Kälteabschirmrohre 34 verlegt sind. Sowohl die Heizrohre20 wie die Kälteabschirmrohre 34 sind wie angedeutet mit gleichmäßigen Zwischenabständen von beispielsweise 50 cm über die gesamte Raumhöhe der Außenwände 33 verteilt. Die Heizrohre 20 können beispielsweise einen Durchmesser von 12 mm aufweisen, während die Kälteabschirmrohre 34 einen Durchmesser von beispielsweise 16 mm haben. Die Heizrohre 20 sind mehr an der Innenseite und die Kälteabschirmrohre 74 mehr an der Außenseite der Außenwand angeordnet und durch eine Wärmedämmschicht 35 von beispielsweise 3 cm Stärke voneinander getrennt. Außerdem ist eine äußere Wärmedämmschicht 36 von beispielsweise 5 cm Starke an der Außenseite der Außen~ wände 33 vorgesehen.
• Somit ergibt sich also beispielsweise folgender Aufbau der Außenwände von außen nach innen: 5 cm Styropor mit Außenputz, 15 cm Außenwand mit eingebauten Kälteabschirinrohren 34, 3 cm Styropor und 20 cm Innenwand mit den Heizrohren 20.
• Ein solcher oder vergleichbarer Wandaufbau ist bei einem Neubau des Hauses ohne Schwierigkeiten herstellbar. Außerdein ist die Geschoßdecke 37 über dem Erdgeschoß mit einer Wärmedämmschicht 38 von beispielsweise 3 cm Stärke versehen, während auf der obersten Geschoßdecke 39 eine Ifärrnedämmschicht 40 von beispielsweise 5 cm Starke aufliegt.
• In Fig. 5 ist ein abweichender Außenwandaufbau dargestellt, der in Frage kommt, falls ein Haus nachträglich mit dem Heizsystem ausgerüstet werden soll. Hier ist eine Altbauwand 42 vorgesehen, in deren Außenseite Ausnehmungen zur versenkten Aufnahme der Kälteabschirinrohre 34' ausgebildet sind, worauf die Außenseite der Wand mit einer äußeren Wärmedämmschicht 36' von beispielsweise 5 cm Stärke verkleidet wurde. Die Innenwandfläche ist mit einer Wärmedämmschicht 35' belegt, auf der die Heizrohre 20' verlegt und mit einer Mörtel schicht 43 zugeputzt sind.
• Die Kälteabschirmrohre 34 bilden mit der Rohrschlange 45 des Wärmetauschers 7 einen geschlosssenen KreisLauf, in den eine Abschirm-Umwälzpumpe 46 eingebaut ist, die von einen Außentherrnostaten 47 gesteuert wird, damit bei Erreichen einer vorbestimmten niedrigen Außentemperatur die Kälteabschirmrohre 34 von einer im Wärmetauscher 7 erwärmten Flüssigkeit durchströmt werden und somit einen Kälteschirm gegen Eindringen von Kälte in das Haus 1 bilden. Auch in diesem Falle ist die umgewälzte Flüssigkeit zweckmäßiger weise eine Sole, bei der keine Einfriergefahr besteht.
• Ferner ist an den Abschirmkreislauf ein hochliegender Druckausgleichsbehälter 48 angeschlossen.
• Der Wärmetauscher 7 wird außerhalb der Rohrschlange 45 von Grundwasser durchströmt, das auch im Winter eine im wesentlichen gleichbleibende Temperatur von beispielsweise etwa 10°C aufweist. Zum Grundwasserkreislauf 8 gehören ein Ansaugrohr 50 und ein Rücklaufrohr 51 von jeweils beispielsweise 70 mm Durchmesser, die mit einem Abstand d von beispielsweise 15 m in den Erdboden 52 eingerammt sind und mit ihrem unteren Ende 53, das mit Wasserdurchtrittsöffaungen 54 versehen ist, bis unter den Grundwasserspiegel 55 ragen. Das Ansaugrohr 50 ist über eine Ansaugleitung 56, in die eineGrundwasser-Umwälzpumpe 57 eingebaut ist, mit dem einen Ende des Wärmetauschers 7.
• bzw. der Wärmetauscherlcammer 58 verbunden, deren anderes Ende über eine Rücklaufleitung 59 mit dem Rücklaufrohr 51 verbunden ist. Auf diese Weise ist der offene Grundwasserkreislauf 8 gebildet, bei dem durch den entsprechend großen Abstand d zwischen den Rohren 50 und 51 sichergestellt ist, daß das aus dem Rücklaufrohr 51 austretende Wasser nicht direkt bzw. ohne zwischenzeitliche Rückerwännung wieder in das Ansaugrohr 50 eintritt. Für die erwünschte Grundwasserzikulation reicht eine einfache Umwälzpumpe 57 mit geringer Leistung von beispielsweise nur 25 Watt aus, wenn für eine vollständige Evakuierung bzw.
• Entlüftung des Grundwasserkreislaufs 8 gesorgt ist. Im übrigen wird auch die Umwälzpumpe 57 wie die Umwälzpumpe 46 vom Außenthermostaten 47 gesteuert, damit die Pumpen jeweils gleichzeitig arbeiten und der vorgesehene Wärmeaustausch im Wärmetauscher 7 stattfinden kann.
• Die Ausbildung des Erdboden-Wärmespeichers 2 und seiner einzelnen Teile ergibt sich insbesondere aus den Figuren 2 bis 4. Danach wird der Wärmespeicher 2 von einer Vielzahl von Wärmetauscherelementen 61 gebildet, die in einem geometrischen Muster, wie es aus Figur 2 zu ersehen ist, mit Abstand zueinander senkrecht angeordnet sind. Diese Wärmetauscherelemente 61 weisen gemäß Fig. II zwei paralziele Rohrstränge 62 und 63 auf, die an ihren unteren Enden durch einen Rohrbogen 64 einstückig miteinander verbunden sind und in ein gerades Mantelrohr 65 mit einer einstüclcig angeformten Einrammspitze 66 eingeführt sind. Die Rohrstränge 62 und 63 mehrerer jeweils gemäß Fig. 2 auf einer Geraden angeordneten Wärmetauscherelemente 61 sind aus einem einzigen zusammenhängenden Rohr 67, vorzugsweise einem Kupferrohr, gebogen, so daß die betreffenden Wärmetauscherelemente 61 eine in Reihe miteinander verbundene Gruppe bilden.
• Die Enden der Rohre 67 stehen in Strömungsverbindllng mit einer zentralen Rohrleitung 68 und einer äußeren Ringleitung 69, die in waagerechter Erstreckung verlegt sind und Verteiler bzw. Sammler für die strahlenförmig und in Parallelschaltung zwischen ihnen verlaufenden Rohre 67 mit den zugehörigen Wärmetauscherelementen 61 bilden. Die äußere Ringleitung 69 umfaßt zwei einander zugekehrte Haibbögen 70 und 71, die durch zwei gerade parallele Leitungsabschnitte 72 und 73 miteinander verbunden sind. In der Mitte zwischen diesen Leitungsabschnitten 72 und 73 verläuft die zentrale Rohrleittlng 68 zwischen den Mittelpunkten der beiden Haibbögen 70 und 71. Diese ovale Ausbildung bzw. Anordnung ermöglicht im allgemeinen eine gute Anpassung an die für den Erdboden-Wärmespeicher 2 verfügbare Grundfläche, die häufig eine im wesentlichen rechteckige Form haben wird. Es sei jedoch bemerkt, daß sich die besten Speichereigenschaften bei einer kreisförmigen Anordnung ergeben, bei der die beiden Halbbögen 70 und 71 unmittelbar aneinander anschließen.
• Die in das Haus 1 führende Verbindungsleitung 10 ist an die zentrale Rohrleitung 68 angeschlossen. Die beiden übrigen Verbindungsleitungen 11 und 12 sind an einander im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Punkten an die äußere Ringl eitung 69 angeschlossen, und zwar im Bereich der geraden Leitungsabschnitte 72 und 73. Daher wird bei geschlossenem Handabsperrventil 14 im wesentlichen nur die dem Haus 1 henachbarte Speicherhälfte durchströmt, während bei geschlossenem Handabsperrventil 15 im wesentlichen nur die hausferne Speicherhälfte durchströmt wird. Diese Unterteilung des Speichers 2 erhöht insbesondere die töglichkeiten zur Aufheizung, da bei einer gleichmäßigen Aufheizung beider Speicherhälften eine weitere Aufheizung nur bei einer entsprechend höheren Soletemperatur im Sonnenenergiekollektor 3 möglich wäre, während bei einem Aufheizen zunächst nur einer Speicherhälfte dann auch noch niedrigere Soletemperaturen zur Wärmespeicherung in der kälteren Speicherhälfte ausgenutzt werden können.
• Wie in Fig. 4 angedeutet sind die Mantelrohre 65 rings um die Rohrstränge 62 und 63 herum mit einer Füllmasse 34 ausgefüllt, die einen guten Wärmeübergang von den Rohrsträngen 62 und 63 zum Mantelrohr 65 und damit zum umgebenden Erdboden sichert. Als Füllmasse 34 können eine Betonmischung, eine Zementschlempe oder dgl. in Betracht kommen.
• Bei einer praktischen Ausführungsform können die waagerechten Abmessungen des Wärmespeichers 2 bis zu 6 m oder auch noch mehr betragen, so daß entsprechend Lange Mantelrohre 65 verwendet werden. Als Mantelrohre 65 kommen Stahlrohre von beispielsweise 6 cm Außendurchmesser in Betracht.
• Diese können auch mit lose aufgesetzten Einrammspitzen verwendet werden, aus Kostengründen wird es jedoch bevorzugt, die Mantelrohre 65 im Wege der Preßverformung mit einstiickig angeformten Einrammspitzen 66 zu versehen. Der Abstand zwischen benachbarten Mantel rohren 65 bzw. Wärmetauscherelementen 61 kann beispielsweise etwa 1 m betragen.
• *beispielsweise 12m x 16m betragen. Die Tiefe des Wärmespeichers 2 kann Als Rohr 67, aus der die Rohrstränge 62 und 63 sowie die Rohrbögen 64 gebogen werden, ist Kupferrohr mit einem Außendurchmesser von 8 mm oder 10 mrn geeignet. Diese Kupferrohre 67 werden an ihren Enden mit den gleichfalls aus Kupferrohr bestehenden Rohrleitungen 68 und 69 verlötet. Auch die Verbindungsleitungen 10, 11 und 12 bestehen aus Kupferrohr, das mittels Lötverbindungen angeschlossen ist.
• Wie in Fig. 1 und 3 dargestellt ist die vorbeschriebene, im Erdboden 52 verlegte Rohranordnung von einer oberen Wärmedämmschicht 76 abgedeckt und ferner durch eine seitliche Wärmedämlllschicht 77 vollständig oder teilweise umgrenzt. Vorzugsweise ist die obere Warmedammschicht 76 dicker als die seitliche Wärmedämmschicht 77 ausgeführt, wobei eine Schichtstärke von beispielsweise 30 cm in Betracht komrnt. Aus Kostengründen kann die Wärmedämmschicht 76 und/oder 77 aus Isoliermaterialabfall hergestellt bzw. aufgeschüttet sein. Es ist ersichtlich, daß sich die Speicherfähigkeit des Wärmespeichers 2 durch Verbesserung der Wärmedämmung erhöhen läßt.
• Über der oberen Wärmedämmschicht 76 ist eine wasserundurchlässige Schicht 78 angeordnet, die eine Folie oder Dachpappe aufweisen kann. Über der wasserundurchlässigen Schicht 78 ist eine beispielsweise etwa 30 cm oder auch 50 cm dicke Humusschicht 79 angeordnet, so daß die vom Wärmespeicher 2 eingenommene Fläche nicht als Gartenfläche verloren geht.
• Die vorbeschriebene Einrichtung wird so betrieben, daß in der wärmeren Jahreszeit bei geschlossenen Handabsperrventilen 18 und 21 und somit abgeschalteter Heizung die im Sonnenenergiekollektor 3 gewonnene Wärme durch Umwälzung der Sole mittels der vom Thermostaten 30 gesteuerten Umwälzpumpe 26 dem Wärmespeicher 2 zugeführt wird. Dabei wird die ankommende warme Sole über die zentrale Rohr'Bei tung 68 in den Wärmespeicher 2 eingeleitet, der bei Speicherabmessungen von etwa 12 in x 16 m und bei einer Speichertiefe von etwa 2,50 m ein Volwnen von ungefähr 350 m3 aufweist, die wie dargestellt oberhalb des Grundwasserspiegels55 angeordnet sind. Bei einer Aufheizung auf beispielsweise 350C kann später im Winter.Wärme zum Heizen entnommen werden, beispielsweise mit einer Vorlaufteinperatur im Bereich von 250 bis 300C. Zum Heizbetrieb werden die Handalisperrventi Le 18 und 21 der Fußbodenheizung 4 bzw. Wandheizung 5 genffnet und das Handabsperrventil 28 geschlossen. Dabei wird die Sole im Heizkreislauf mittels der Umwälzpnmpe 13 umgewälzt, so daß die Sole bei geöffneten Handabsperrventilen 14 und 15 den Wärmespeicher von außen nach innen durchströmt.
• Die Warmeentnahme aus dem Speicher 2 wird durch den Raumthermostaten 23 geregelt, der die Umwälzpumpe 13 steuert.
• Es ist ersichtlich, daß sowohl während der Aufheizung des Wärmespeichers 2 wie während der Heizung des Hauses 1 geringe Betriebskosten anfallen, da jeweils ledigLich eine Umwälzpumpe betrieben werden muß.
• Wenn während der Heizphase irn Winter die Außentemperaturen stark absinken und Minustemperaturen auftreten, tritt die vom Außenthermostaten 47 gesteuerte Kälteabschirmung dadurch in Tätigkeit, daß beide Umwälzpumpen 46 und 57 eingeschaltet werden, nachdem zuvor der Wärmetauscher 7 über einen mit einem Handabsperrventil 80 versehenen Anschluß evakuiert und mit Grundwasser gefüllt wurde. Somit wird im Wärmetauscher 7 dem umgewälzten Grundwasser Wärme entnommen und mittels der durch die Rohrschlange 45 strömenden Sole den Außenwänden 33 des Hauses 1 zugeführt, so daß die Außenwände nicht übermäßig abkühlen, wozu im übrigen auch die äußere Wärmedämmschicht 36 beiträgt. Auf diese Weise wird die im Wärmespeicher 2 gespeicherte Wärme geschont, so daß die Möglichkeit besteht, ohne Zusatzheizung bzw. ggf. nur mit einer kleinen zusätzlichen Heizleistung durch den Winter zu kommen.
• Im übrigen werden auch durch die Kälteabschirmung die Betriebskosten nicht nennenswert erhöht, da auch die Kälteabschirmung nur den Betrieb zweier Umwäl zpumpen 46 und 57 mit geringer Leistungsaufnahme erfordert.
• Um im vorgenannten Sinne den Verbrauch von Speicherwärme möglichst niedrig zu halten, können auch die Fenster des Hauses 1 mit einer Kälteabschirmung versehen sein, die im Prinzip der für die Außenwände 33 beschriebenen Kälteabschirmung entspricht. Atif diese Kens ter-Käl teabschi rmit beziehen sich die Figuren 6 bis 11.
• Gemäß Fig. 6 ist ein Fenster 82 vorgesehen, das aus quadratischen Glasbausteinen 83 aufgebaut ist, deren Abmessung zusammen mit einer Mörtelbandstärke beispielsweise 23,5 cm betragen kann. Wie dargestellt snd die an den Kälteabschirmkreislauf angeschlossenen Kälteabschirmrohre 34' ' von beispielsweise 12 mm Durchmesser in den Mörtelbändern zwischen den Glasbausteinen 83 verlegt.
• Gemäß Fig. 8 und 9 ist ein großflächiges Fenster 85 vorgesehen, das beispielsweise zur Verwendung in Industriebetrieben oder Gärtnereien geeignet ist. Auch hier ist wiederum ein Kälteabschirmrohr 34''' vorgeshen, das mäanderförmig über die Fensterfläche verteilt ist und zwischen zwei im Abstand zueinander angeordneten Glasscheiben 86 und 87 angeordnet ist, deren Rinder von einem Fensterrahmen 88 aufgenommen werden, der die seitlichen Verbindungsabschnitte 89 und die Durchführungen des Wärmeabschirmrohrs 34''' aufnimmt.
• Das Schwenkfenster 90 gemäß Fig. 10 weist einen feststekenden Rahmen 91 und einen Flügelrahmen 92 auf, in den drei Glasscheiben 93, 94 und 95 im Abstand zueinander dicht eingelassen sind. Zwischen den druckfesten Glasscheiben 94 und 95 ist ein flacher Strömungskanal gebildet, der mittels in der waagerechten Schwenkachse angeordneter Rohrstutzen, die im feststehenden Rahmen 91 mittels entsprechender Lagerbuchsen gelagert sind, durch den Flügelrahmen 92 nach außen geführt sind. Die Rohrstutzen 96 sind unter Verwendung jeweils eines Dichtungsringes an die von beiden Seiten zugeführten Kälteabschirmrohre 34'''' angeschlossen. Die Lager- und Durchführungsteile, die mittels Flanschen an den Rahmen 91 und 92 befestigt werden, sind in den Figuren 11a, b, c angedeutet, Ferner ist an ein Kälteabschirmrohr 34'''' ein Ausdehnungsgefäß 97 angeschlossen, das eine übermäßige Druckbelastung der Giassoheiben 94 und 95 Über den statischen Flüssigkeitsdruck hinaus vermeiden soll. Ferner ist am oberen Ende des flachen Strömungskanals zwischen den Glasscheiben 94 und 95 ein Entlüftungsventil 98 angedeutet, das benötigt wird, um eine vollständige Füllung des Strömungskanals mit Flüssigkeit zu gewährleisten, die entsprechend den in Fig. 10 eingezeichneten Pfeilen strömt. Zweckmäßiget weise sind jeweils die auf gleicher Höhe angeordneten Fenster an einen eigenen Kälteabschirmkreislauf angeschlossen.

Claims (5)

1. A n s p r ü c h e 1. Erdboden-Wärmespeicher mit von einer Flüssigkeit parallel und/oder in Reihe durchströmbaren Wärmetauscherelementen aus korrosionsbeständigem Rohren, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Wärmetallscherelemente (61) jeweils aus zwei an ihren unteren Enden durch einen Rohrbogen (6/) miteinander verbundenen, im wesentlichen parallelen und senkrechten Rohrsträngen (62 und 63) bestehen, die in einem mit einer Einrammspitze (66) versehenen Mantelrohr. (65) angeordnet sind, das mit einer die Rohrstränge (62 und 63) umgebenden Füllmasse (74) ausgefüllt ist.
2. 2. Erdboden-Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß über den Warmetauscherelementen (61) eine Wärmedämmschicht (76) angeordnet ist.
3. 3. Erdboden-Wärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß den Wärmetauscherelementen (61) eine seitliche Wärmedämmwand (77) zugeordnet ist, die mit ihrem oberen Ende an die Wärmedämmschicht (76) anschließt.
4. 4. Erdboden-Wärnespeicher nach Anspruch 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Wärmedämmwand (77) etwa die halbe bis ganze Höhe der Wärmetauscherelemente(61) bzw. Mantelrohre (65) aufweist.
5. 5. Erdboden-liärmespeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch F e k e n n z e i c h n e t , daß die Warmedazutnschicht(76) stärker als die Wännedämmwand (77) ist.

   6. Erdboden-Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i ch n e t , daß über den Wärmetauscherelementen (61) bzw. der Rärmedämmschicht (76) eine wasserundurchlässige Schicht (78) angeordnet ist.

   7. Erdboden-Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß er durch eine gewichtsbelastbare Tragschicht abgedeckt ist.

   8. Erdboden-Warmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Rohrstränge (62 und 63) eines jeden Wärmetauscherelements (61) durch den Rohrbogen (64) einstückig miteinander verbunden sind.

   9. Erdboden-Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mantelrohre (65) mit einer die Füllmasse (74) bildenden Betonmischung, Zementschlempe oder dgl. je nach Bodenart ausgegossen sind.

   10. Erdboden-Wärmespeicher nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Mantelrohre (65) in ihrer Umfangsfläche Austrittsöffnungen aufweisen, durch die Zementschlempe od. dgl. in den umliegenden Bodenbereich eindringen kann.

   11. Erdboden-Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mantelrohre (65) eine einstückig angeformte Einrammspitze (66) aufweisen.

   12. Erdboden-Wärmespeicher nach einem der Anspniche 1 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Rohrstränge (62 und 63) eines jeden Wärmetauscherelements (61) mit ihrem oberen Ende jeweils an eine von zwei als Verteiler bzw. Sammler ausgebildete Rohrleitungen (68 bzw.

   69) angeschlossen sind, die sich im wesentlichen in Höhe der oberen Rohrstrangenden erstrecken.

   13. Erdboden-Wärmespeicher nach Anspruch 12, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die eine Rohrleitung als äußere RingLeitung (69) ausgebildet ist, in deren mittleren Bereich die andere zentrale Rohrleitung (6X) ausgebildet ist, und daß sämtliche Wärmetauscherelemente (61) nach einem geometrischen Muster im wesentlichen gleichmäßig verteilt zwischen den beiden Rohrleitungen (68 und 69) angeordnet sind.

   14. Erdboden-Wärmespeicher nach Anspruch 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n c t , daß die Wärmetauscherelemente(61) längs die zentrale Rohrleitung (68) strahlenförmig mit der äußeren Ringleitung (69) verbindenden Geraden angeordnet sind, wobei jeweils die einer gemeinsamen Geraden zugeordneten Wärmetauscherelemente (61) eine durch ein Rohr(67) in Reihe miteinander verbundene Gruppe bilden, die parallel zu den anderen Gruppen an die zentrale Rohrleitung (68) und die äußere Ringleitung (69) angesclllossen ist.

   15. Erdboden-Wärmespeicher nach Anspruch 13 oder 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die äußere Ringleitung (69) zwei sich zugekehrte IIalt)lxögen (70 und 71) aufweist, die durch zwei gerade Leitungsabschnitte (79 und 73) miL-einander verbunden sind, zwischen denen in der Mitte die parallel verlaufende zentrale Rohrleitung (63) von etwa gleicher Länge angeordnet ist.

   16. Erdboden-Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die äußere Ringleitung (69) an zwei sich etwa diametral gegenfiberliegenden Stellen Anschlüsse fiir Verbindungsleitungen (11 und 12) aufweist.

   17. Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch g e 1c e n n z e i c h n e t daß der Erdboden-Wärmespeicher über Verbindungsleitungen (10, 11 und 12) und eine Umwälzpumpe (13 bzw. 26) wahlweise mit einem wärmeverbrauchenden Wärmetauscher (, 5) insbesondere einem großflächigen Heizkörper, oder einem wärmeliefernden Wärmetauscher (3), insbesondere einem Sonnenenergie aufnehmenden Wärmetauscher, verbunden ist.

   18. Verwendung gemäß Anspruch 17 des Erdboden-Wärmespeichers nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Wärmetauscherelemente (61) bei Verbindung mit dem wänueverbrauchenden Wärmetauscher (4,5) von der äußeren Ringleitung (69) zur zentralen Rohrleitung (68) und bei Verbindung mit dem wärme liefernden Wärmetauscher (3) umgekehrt von der zentralen Rohrleitung (68) zur äußeren Ringleitung (69) durchströmbar sind.

   19. Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers nach Anspruch 14 oder 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der wärmeverbrauchende Wärmetauscher (4, 5) von Fußboden-Heizrohren (17) und/oder Wand-Heizrohren (20) gebildet ist, die über die Wandflächen der zu heizenden Räume verteilt sind.

   20. Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß über die Außenwandflächen verteilter außerhalb der Heizrohre (20) angeordnete und von diesen durch eine Wärmedämmschicht (35) getrennte Kälteabschirmrohre (34) vorgesehen sind, die in einem geschlossenen Kreislauf mit einer Abschirmflüssigkeit durchströmbar sind, die dahei den einen Strömungs pfad (45) eines Abschirm-Wärmetauschers (7) durchströmt, dessen anderer Strömungspfad (58) mit Grundwasser durchströmbar ist.

   21. Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers nach Anspruch 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf der Außenseite der Kälteabschirmrohre ( 34) eine weitere Wärmedämmschicht (36) vorgesehen ist.

   22. Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers nach Anspruch 20 oder 21, dadurch g e Ic e n n z e i c h n e t , daß der Abschirmwärmetauscher (7) über eine Ansaugleitung(56) mit einer Umwälzpumpe (57) an ein in den Boden (52) bis unter den Grundwasserspiegel (55) eingerammtes Ansaugrohr (50) mit Ansaugöffnungen (54) und über eine Rücklaufleitung (59) an ein im Abstand vom Ansaugrohr (50) in den Boden (52) bis unter den Grundwasserspiegel (55) eingerammtes Rücklaufrohr (51) mit Austrittsöffnungen (4) angeschlossen ist.

   23. Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers nach einem der Anspriiche 20 bis 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß auch die in den Außenwänden (33) vorhandenen Fenster (82, 85, 90) von der Abschirmflüssigkeit durchströmbar sind.

   24. Verwendung des Erdboden-Speichers nach Anspruch 23, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fenster (82) aus Glasbausteinen (83) zusammengesetzt sind und Kälteabschirmrohre (34'') durch die Mörtelbänder zwischen benachbarten Glasbausteinen (83) verlegt sind.

   25. Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers nach Anspruch 23, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fenster(85) zwei im Abstand zueinander angeordnete Glasscheiben (86 und 87) aufweisen, zwischen denen Kälteabschirmrohre (34''') verlaufen.

   26. Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers nach Anspruch 23, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fenster(90) zwei im Abstand zueinander angeordnete druckfeste Glasscheiben (94 und 95) aufweisen, deren Zwischenraum von der Abschirmflüssigkeit durchströmbar ist.

   27. Verwendung des Erdboden-Wärmespeichers nach Anspruch 26, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fenster(90) als Schwenkfenster mit in der Schwenkachse angeordneten und in den Glasscheibenzwischenraum mündenden Flügelrohrstutzen (96) ausgebildet sind, die in einer Fensterrahmenbüchse gelagert sind, die gegenüber dem Flügelrohrstutzen (96) abgedichtet und an einen Abschirmflüssigkeitskreislauf angeschlossen ist.

   28. Verfahren zum Anlegen eines Erdboden-Wärmespeichers geniäß einem der Ansprüche 1 bis 16, insbesondere in einem Gartengrundstück od. dgl.,dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß innerhalb des waagerechten Ausdehnungsbereichs des Erdboden-Wärmetauschers der Humus beiseite geschoben wird, daß eine weitere Erdreichschicht entfernt wird, deren Stärke mindestens der vorgesehenen Dicke der Wärmedämmschicht entspricht, daß die Mantelrohre in der vorgesehenen geometrischen Anordnung mit ihrer ganzen Länge im wesentlichen senkrecht in den Boden eingerammt werden, daß biegsame korrosionsbeständige Austauscherrohre für jede Gruppe von Wärmetauscherelementen in angepaßten Zwischenabständen mit im wesentlichen rechtwinklig abgebogenen Doppelrohrsträngen von annähernd Mantelrohrlänge versehen und mit den Doppelrohrstrangen in die Mantelrohre eingesetzt werden, daß die als Verteiler und Sammler dienenden Rohrleitungen auf dem abgesenkten Boden verlegt, mit den Enden der Austauscherrohre fest verbunden und mit den benötigten Anschlüssen bzw. Verbindungsleitungen versehen werden, daß die Mantelrohre mit einer Betonmischung,Zementschlempe od. dgl.

   ausgegossen werden, daß eine Wärmedämmschicht auf den abgesenkten Boden aufgebracht wird, daß wenigstens eine wasserundurchlässige Schicht über der Wärmedämmschicht angeordnet wird und daß schließlich der Humus wieder aufgeschüttet wird.

   29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch g e k e n n z e i ch -n e t , daß zwischen der Wärmedämmschicht und dem Humus eine örtliche Gewichtsbelastung flächig verteilende Tragschicht angeordnet wird.

   70. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß vor dem Einrammen der Mantelrohre rings um den von den einzurammenden Mantelrohren bzw.

   Wärmetauscherelementen eingenommenen Bereich ein schmaler Bodenschacht ausgehoben wird, in dem anschließend eine Wärmedämmwand ausgebildet wird.