DE19521343A1 - Geothermisches Solarhaus - Google Patents

Description

Solarenergie und geothermische Wärme werden heute allgemein energietechnisch genutzt.

Diese Nutzung ist jedoch sehr oft mit großem Aufwand und erheblichen Kosten verbunden, so daß ein durchschlagender Erfolg bisher ausgeblieben ist.

Während z. B. Sonnenkollektoren durch ihre enormen Glasflächen und einem enormen Gewicht die Statik der einzelnen Dachgeschoßwohnungen einschränkt, ist auch noch ein zusätzlicher Installationsaufwand erforderlich, so daß diese Maßnahmen den Bauherrn oft abschrecken.

Für Regionen die von der Sonne benachteiligt sind, und derartige Sonnenkollektoren somit undenkbar.

Bekannt sind auch geothermische Systeme bei denen Erdwärme über Wärmepumpen produziert werden.

Auch diese Systeme haben ihre Unwirtschaftlichkeit durch zu hohe Störanfälligkeiten, Wartungs- und Reparaturkosten unter Beweis gestellt.

Ein großer Nachteil der bisherigen Bauweise war die Beschaffung von Bauholz zum Beispiel für die Dachkonstruktion vor allem in solchen Gegenden wie in Wüstenländern oder bei den Bergvölkern bei denen Baumaterial ohnehin unerschwinglich ist.

Aber auch in Katastrophengebieten und erdbebengefährdeten Gebieten bedarf die Bauweise ein Umdenken.

Die neue Erfindung "Geothermisches-Solarhaus" soll nun ein geothermisches Solarhaus so erstellen, daß z. B. der Einsatz von Bauholz zu 80% vermindert wird, denn die neue Konstruktion hat eine starre und doch leichte und flexible Eigenschaft.

Sie besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff. In diesen Kunststoff werden Vliesmatten mit einem Epoxydharz getränkt.

In diesem Epoxydharz werden Kupferplättchen millionenfach als Kupferpulver eingemischt, so daß nach dem Tränken und Aushärten eine durch und durch kupfergetränkte glasfaser­ verstärkte Dachhaut entsteht.

Ist z. B. ein Modell mit einer Größenordnung von 2,6 m Länge und einer Breite von 1,5 m zu einem kleinen Bogen gespannt, und werden die beiden Außenränder angebogen, so entstehen nach dem Ablösen einer Bahn Versteifungen an den Enden welche als Dachrinnen ihren Einsatz finden.

Solche Bahnen können nun in beliebiger Stückzahl übereinander geschichtet bequem transportiert werden.

Soll z. B. ein Gartenhaus mit Wintergarten erstellt werden in einer Größenordnung von 2,60 m Breite und 4 m Länge so werden im Erdreich Bohrungen auf Frosttiefe angebracht und an der Fußsohle wird dann eine Spülung vorgenommen, welche die Grundfläche vergrößert.

Diese Bohrungen werden dann mit Beton gefüllt und es werden einige Betonstähle in diese Betonmasse gestochen. Die Betonstähle werden gebündelt und ein Kunststoffrohr wird über die Betonstähle geschoben und ebenfalls in den Beton eingelagert.

Anschließend wird dieses Kunststoffrohr mit Beton gefüllt und nach allen Seiten lotrecht ausgerichtet verankert. Im oberen Bereich wird eine Stahlschraube in Beton eingelagert, welche ca. 15 cm herausragt.

Je nach Größe und Länge des geothermischen Solarhauses werden dem entsprechend Standfeiler dazu gestellt und ausgerichtet.

Nach dem Aushärten wird ein Windverband entsprechend der Hallenbauweise montiert.

Danach werden über die Breite Holzbohlen mit den heraus­ ragenden Schrauben befestigt.

Im Anschluß daran werden in der Längsrichtung ca. 4 m lange dickwandige Bretter mit den Schrauben verbunden.

Die Längsbretter werden nun mit den Querbohlen verschraubt, so daß im oberen Bereich ein festes Rahmengerüst entsteht. Im Anschluß daran wird eine Dachbahn, welche in den Dachrinnenbogen vorgebohrt ist, quer über das Rahmengerüst geführt und mit der Schraube und entsprechenden Unterleg­ befestigungen mittels einer Mutter befestigt.

Danach wird die gesamte Bahn in der Mitte gehoben und mittels der Bohrung mit der gegenüberliegenden Schraube, entsprechend der vorherigen Weise festgeschraubt.

Ein dickwandiges Brett wird nun auf eine Querbohle gestellt, nachdem ein entsprechender Radius im oberen Bereich angeformt ist.

Das Brett wird dann mit einem Werkzeug in die senkrechte Lage geführt und an der Dachkuppe von außen festgeschraubt. Bei der gegenüberliegenden Seite wird genauso verfahren, so daß sich die gesamte Bahn äußerst stramm anspannt.

Damit ein wirklich gutes Spannen erreicht wird, wird innerhalb des Dachrinnenbogens eine feste Kunststoffleiste gelegt und mit den darunter liegenden Längsbrettern an mehreren Festpunkten verschraubt.

Genauso wird mit den zwei nachfolgen Bahnen verfahren. Die Stirn- und Rückseite werden entsprechend der Formgebung verkleidet.

Ein rechtwinklig angesetztes Gebäudeteil wird mittels zwei Betonsäulen und zwei Lagerhölzern mit den bestehenden Betonsäulen verbunden.

Drei quergelegte Lagerhölzer dienen ebenfalls entsprechend der vorhergehenden Bauweise zur Bespannung Der winkelige Anbau wird nunmehr isolierverglast.

Vorher wird jedoch der Boden ausgetragen und es werden im unteren Bereich Hartschaumplatten verlegt.

Auf diese Platten werden Kupferohre oder Kunststoffrohre befestigt.

Diese Rohre werden an einen zentral installiertem Wasserbehälter angeschlossen, so daß sie später als Fußbodenheizung dienen.

Der Bodenaushub wird mit entsprechender Düngung wieder eingebracht.

Im Zentralbereich ist eine Erdsonde, welche am unteren Ende einen Wärmetauscher, in Form einer Kupferschnecke, angebracht. Beide offenen Enden werden nun an den zentralgelagerten Wasserbehälter angeschlossen.

Die Dachhaut wird nunmehr von innen reflektierend verspiegelt. Anschließend wird die Decke, vorzugsweise aus Kieferholz, untergeschraubt.

Zuvor erhält jedoch die Seitenverbindung mit dem Dach eine Isolierschaumverbindung.

Nachdem ein Teil der Decke befestigt wurde werden tiefschwarze Kunststoffrohre auf die Decke gelegt und ein Ende des Kunststoffrohres wird an einem kleinen Wasserbehälter, welcher mit Entlüftung- und Expansionsgefäß ausgestattet ist, verbunden.

Das andere offene Ende wird nun mit an den Zentralbehälter angeschlossen.

Eine zweite Leitung verbindet nun den Zentralwasserbehälter mit dem oben liegenden Entlüftungsbehälter.

Im Anschluß kann die Decke weiter montiert werden.

Zur besseren Isolierung ist es erforderlich, daß auf dem gesamten Dachboden aluminiumkaschierte Isolierwolle ausgelegt wird.

Nachdem Wände, Fenster, Türen gut isoliert eingebracht sind und die Fußbodenbretter entsprechend auf Lagerhölzer befestigt wurden, sollte auch unterhalb des Bodens ein Isoliermaterial angeordnet werden.

Dieses so zusammen gestellte Gebäude stellt nunmehr das "Geothermische-Solarhaus" dar.

Wird nämlich das Zentralbecken mit Wasser gefüllt, füllt sich das Gesamte Rohrnetzsystem mit Wasser und entlüftet sich an der oberen Zentralentlüftung.

Ein Druckmanometer zeigt den entsprechenden Druck an.

Da die gesamte Dachform nunmehr durch ihre eingelagerten Kupferplättchen als Sonnenkollektor wirkt, wird der Wärmeleitstrahl in diesen Hohlkörper als Energiefalle eingefangen.

Weil jedoch Wärme immer zum kältesten Punkt zieht, wird diese Wärme, nachdem ein Fühler eine bestimmte Temperatur fühlt, mit einer Umwälzpumpe in das Zentralbecken abgeleitet.

Sofern das Zentralbecken eine Übertemperatur erreicht, wird diese Wärme über einer zweiten Umwälzpumpe anhand eines Meßfühlers die Temperatur in das Erdreich oder Schwimmbecken abfließen lassen, so daß bei Sonneneinwirkung immer eine gewünschte kühle Temperatur gewählt werden kann.

In den Jahreszeiten mit Kälteperioden wird die Erdsonde, kombiniert mit Solarwärme, immer warmes Wasser durch die Fußbodenrohre leiten.

Im Wintergarten wird Sauerstoff von Algen produziert und Ozon abgebaut.

Es sollten vorzugsweise nur solche Pflanzen im Wintergarten eingebracht werden, die äußerst sauerstoff- und wärmespendend sind.

In den Fällen jedoch wo z. B. die Sonne gnadenlos brennt und Trinkwasser eine Mangelware ist, können derartige "geothermische Solarhäuser" zum einen die Innentemperatur kühlen und auch zur Trinkwassergewinnung eingesetzt werden, denn statt einer isolierten Dachfläche werden sogenannte Pfannen mit salzigem Meerwasser gefüllt.

Sobald das Salzwasser verdampft bildet sich ein Rinnsal oberhalb der versiegelten Decke, wo es einem Schwamm als Trinkwasser zugeführt wird.

Das noch enthaltene Salz wird vom Schwamm gefiltert, so daß reines Trinkwasser den eingelagerten Rinnen zugeführt wird.

Das anfallende Salz kann bei hohen Temperaturen eingeschmolzen und zu Lava bzw. Muttererde verarbeitet werden.

Anhand der Beschreibung läßt sich erkennen wie vielfältig dieses "geothermische Solarhaus" weltweit eingesetzt werden kann.

Anhand einer schematischen Darstellung soll nun die Erfindung im Einzelnen näher beschrieben werden:

Abb. 1 zeigt das geothermische-Solarhaus in der Vorder­ ansicht mit seitlich versetztem Wintergarten.

Abb. 2 zeigt das geothermische Solarhaus in der Ansicht von oben mit aufgelegter Holzkonstruktion.

Abb. 3 zeigt eine Form auf welcher das geothermische Solardach auflaminiert wird.

Abb. 4 zeigt die abgezogene Solardachbahn in der gestreckten Länge.

Abb. 5 zeigt das geothermische Solardach mit einge­ lagerten Salzwasserbecken und mit Wärme­ tauscher und untergelegten Schwämmen, wobei die Gegenströmer mit der Erdsonde verbunden sind.

Damit ein solches Gebäude erstellt werden kann ist es erforderlich Bohrungen 1 vorzunehmen.

In diesen Bohrungen 1 wird Beton eingefüllt. Anschließend wird ein Kunststoffrohr 2 in den Betonmörtel gesteckt.

Von oben werden dann dünne Betonstähle in das Kunst­ stoffrohr 2 bis zum Fußende eingelassen.

Danach wird auch das Kunststoffrohr 2 mit Betonmörtel gefüllt.

Am obigen Ende wird eine lange Schraube 2a in den Beton zentrisch eingebettet.

Der so erstellte Betonpfeiler 2 wird ausgerichtet und zum Aushärten gebracht.

Nachdem nunmehr acht Pfeiler 2 nach dem gleichen Verfahren eingebracht sind und die Aushärtungszeit beendet ist, werden Windverbände 3 angebracht.

Anschließend werden drei Querverbinder 4, vorzugs­ weise aus Holzbohlen, über die Schrauben gelegt.

Die Längsbohlen 5 werden jeweils über die Ecken mit den Querverbindern 4 verschraubt.

An einer Dachbahn 6, welche vorher auf einer Form 6a aus Glasfaservlies und Epoxydharz mit feinstem Kupferlaminat vermischt, zu einer glasfaserverstärkten Kunststoffmatte, auf diese Form 6a auflaminiert wurde, sind an den Enden Versteifungen 6b angeordnet.

Nach dem Aushärten wird die Dachbahn 6 von der Form 6a abgelöst.

Diese Dachbahn 6 wird nun in den Versteifungskanten 6b mittels vorgebohrten Löchern an einer Seite mit den Schrauben 2a verbunden und auf der ganzen Länge mittels einer eingelegten Verstärkung auf die Längsbohle 5 verschraubt.

Im Anschluß daran wird die gegenüberliegende Versteifungskante in der gleichen Weise verschraubt. Durch die Verkürzung entsteht in der Mitte eine Wölbung. Diese Wölbung wird gespannt durch ein Spannbrett 7 Je nach Länge des geothermischen Solarhauses werden mehrere Lagen der Dachbahn 6 mit ca. 10 cm Überlappung mittels Dichtstoffes und eines Konterrahmens verschraubt.

Nachdem die Dachbahn 6 aufgebracht ist, ist ein massiver Hohlkörper entstanden.

Die Außenwände werden entsprechend mit Fenster und Türen ausgerüstet und mit Holz oder Mauerwerk verkleidet.

Der Wintergarten erhält entsprechende Isolierverglasung. Zentrisch im geothermischen-Solarhaus lt. Abb. 1 wird eine Erdsonde 11 aus Kupferohr auf ca. 10-15 m Tiefe in das Erdreich eingelassen.

Am unteren Ende der Erdsonde 11 ist ein Wärmetauscher 11a angeordnet.

Nachdem die Erdsonde 11 haarnadelförmig in das Erdreich eingebracht ist, werden die beiden offenen Enden mit einem Zentralbehälter 13 verbunden. Oberhalb einer Decke befinden sich schwarze Rohre 8a, welche über die gesamte Decke verlegt, mit einem Entlüftungstopf 9 verbunden sind.

Die Zuleitung erfolgt vom Zentralbehälter 13 über eine Umwälzpumpe 8a.

Die Ablaufleitung wird als Rücklaufleitung dem Sammelbehälter 13 zugeführt.

Die Stirnseiten 10 der Dachhaut 6 werden entsprechend mit Holz- oder Kunststoffgiebeln 10 mit den Dachbahnen 6 verschraubt und verklebt.

Die Versteifungskanten 6b in der Dachbahn 6, welche nun als Dachrinne genutzt wird, werden an den Auflegestellen mit Silikon oder PU-Schaum abgedichtet, so daß ein absoluter Hohlkörper, welcher auch zur Decke hin isoliert ist, entsteht.

Durch die eingelagerten Kupferplättchen, welche in den Dachbahnen 6 angeordnet sind, kann ein Wärmestrahl eindringen.

Da jedoch die Innenfläche verspiegelt ist und die Decke ebenfalls mit aluminiumkaschierter Isolierwolle reflektierend ist, ist die Wärme in diesem Hohlkörper gefangen.

Nachdem der Zentralbehälter 13 mit Wasser gefüllt wurde, füllt sich die gesamte Anlage bis zum Entlüftungstopf 9.

Sobald nun eine erhöhte Temperatur im Dachhohlkörper ansteht wird mittels eines Wärmefühlers die Umwälzpumpe 8a in Bewegung gesetzt.

Diese läßt das Wasser im gesamten Dachbereich durch die tief schwarzen Rohre 8 fließen.

Da bekanntlich Wärme immer zum kältesten Punkt zieht erwärmt sich somit das Wasser im Zentralbehälter 13. Eine Umwälzpumpe 15 erwärmt die Fußbodenheizung 14 aus dem Zentralbehälter 13.

Sobald eine Übertemperatur in dem Behälter 13 ansteht, schaltet sich eine Umwälzpumpe 12 ein und bringt Wärme in die ca. 10°C kühle Erdwärme oder Schwimmbecken.

Somit ist es nunmehr möglich an sehr heißen Tagen eine kühle Zimmertemperatur zu erreichen.

An den Tagen jedoch wo ein Wintereinbruch Minustemperaturen anstehen läßt, wird die Fußbodenheizung 14 über die Erdsonde 11 mit warmen Wasser versorgt.

Weil jedoch dieses geothermische Solarhaus besonders gut isoliert ist und die Dachfläche als Sonnenkollektor auch noch Wärme aufnimmt und außerdem durch den Aufenthalt von Personen und Lichtquellen, sowie besonders geeignete wärmespendende Pflanzengewächse, Wärme entsteht, kann auch an solchen Tagen mit einer Zimmertemperatur von 18°C gerechnet werden.

Es ist somit ein geothermisches Solarhaus entstanden, welches in allen Jahreszeiten ein behagliches Wohnklima entstehen läßt.

In den Fällen wo die Sonne dauerhaft brennt und Trinkwasser eine Mangelware ist, kann das geothermische Solarhaus aus salzigem Meerwasser Trinkwasser gewinnen. Dazu ist es erforderlich, daß oberhalb der Deckenkonstruktion salziges Meerwasser in sogenannte Behälterpfannen 16 gepumpt wird.

Unterhalb der Dachbahnen 6 werden dann entsprechend Schwämme 17 angeordnet.

Durch die hohen Temperaturen in diesem geschlossen Dachhohlkörper verdampft nun das Wasser.

Dieser Wasserdampf wird von den Schwämmen 17 aufgesaugt.

Der gesättigte Schwamm 17 läßt nun das Wasser über die Schwerkraft in eine Rinne 19 fließen, wo es in einem Sammelbehälter 20 lagert.

Es ist auch möglich mittels Taupunktunterschreitung über die Erdsonde 12a wasserführende Schnecken 17 und 21 in den Dachboden einzulagern und somit eine Taupunktunterschreitung zu ermöglichen.

Das hierbei anfallende Kondensat wird in die Rinne 19 geleitet.

Bei dieser Anordnung können die wasserführenden Schnecken 18 und 21 in Trockenregionen durch Taupunktunterschreitung Trinkwasser aus der relativen Luftfeuchtigkeit auskondensieren.

Claims (14)

1. Dadurch gekennzeichnet, daß eine Sonnen­ kollektor-Dachbahn aus glasfaser­ verstärkten Kunststoffbahnen in einer Bogenform so geformt ist, daß an den Enden Aufbiegungen als Verstärkung geformt sind, und daß diese später als Dachrinnen genutzt werden können, und daß in dem glasfaserverstärktem Kunststoffharz Kupferlaminatplättchen in Pulverform in das Harz eingemischt wird.

Die Oberfläche der Sonnenkollektor- Dachbahn ist ebenfalls mit Kupferpulver­ plättchen auf Hochglanz beschichtet und versiegelt.

Die Innenfläche der Sonnenkollektor- Dachbahn ist verspiegelt und an der Innenkante sind kleine Wasserrinnen im unteren Bereich angeordnet.

Durch Aufwölben in der Mitte der Sonnen­ kollektor-Dachbahn wird die gestreckte Länge gekürzt, so daß nach Aufmontieren auf einer ebenen Fläche ein Hohlkörper entsteht an deren Enden die Dachrinnen angeformt sind und als Befestigungen dienen.

2. Dadurch gekennzeichnete daß eine Sonnen­ kollektor-Dachbahn als Hohlkörper auf ein geothermisches-Solarhaus aufgesetzt wird, und daß in diesem Hohlkörper wasserführende Rohre, in Mäanderbandform auf einer Isolierwolle gebettet, gelagert sind.

Die Rohrenden sind mit einem Zentral­ behälter im Erdreich über einer Umwälz­ pumpe verbunden.

Der Zentralbehälter ist an einer Erdsonde angeschlossen.

Die Erdsonde besteht aus zwei Kupfer­ rohren. Diese sind an der tiefsten Stelle an einem Wärmetauscher angeschlossen und im oberen Bereich durch eine Umwälzpumpe mit einem Zentralbehälter verbunden.

Ebenfalls mit dem Zentralbehälter verbunden sind Fußbodenheizungsrohre über eine Umwälzpumpe angeordnet.

Diese Anordnung in einem gut isoliertem Hohlkörper stellt das geothermische Solarhaus dar.

3. Dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenkollektor-Dachbahn im Hohlkörper Wasserbecken angeordnet hat, welche Meerwasser aufnehmen können.

Oberhalb dieser Wasserbecken sind wasserführende Lamellen oder Autokühler mit der Erdsonde über einer Umwälzpumpe, welche vom Erdreich abgekühltes Wasser durch die Lamellen oder Autokühler schickt, verbunden, so daß durch Taupunktunterschreitung Kondensat anfällt, so daß eine Meerwasser­ entsalzungsanlage entstanden ist.

4. Dadurch gekennzeichnet, daß zur Trinkwassergewinnung im geothermischen- Solarhaus ein Heizkörper in Form eines Autokühlers mit der Erdsonde so verbunden ist,so daß vom Erdreich abgekühlte Wasser durch den Autokühler fließt und durch Taupunktunterschreitung der relativen Luftfeuchtigkeit Wasser entzogen wird.

5. Dadurch gekennzeichnet, daß an der verspiegelten Innenseite Schwammlagen angeordnet sind, welche den Wassernebel aufsaugen, welcher über die Schwerkraft wasserführenden Rinnen zugeleitet wird.