DE2729635A1

DE2729635A1 - Heizungs- und klimaausgleichssystem

Info

Publication number: DE2729635A1
Application number: DE19772729635
Authority: DE
Inventors: Anders Daniel Backlund
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1979-01-11
Also published as: AU2687277A; AU513830B2

Description

KRAUS &V\/EISERT ο—** PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-IN G. ANN EKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 ■ TELEFON 089/79 70 77-79 70 78 · TELEX 05-212156 kpat d

TELEGRAMM KRAUSPATENT

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Anders Daniel BACKLUND, Ytterhogdal, Schweden Helzungs- xind Klimaausgleichssystem

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Die Erfindung betrifft ein Heizungs-und Klimaausgleichssystem für Objekte oder Räume, die von einer wärmeisolierenden, äußeren Abdeckung umgeben sind.

Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Hausbauten, die durch bekannte Wärmeverteilungsanlagen erhitzt werden, wie z.B. durch Wasserheiz- und/oder Luftheizkanäle mit zugehörigen Heizkörpern. Solche Wärmeverteilungsanlagen sind gegenwärtig auf der Basis der niedrigsten Umgebungstemperatur während des Jahres dimensioniert, die z.B. als 24 Stunden-Durchschnittstemperatur ausgedrückt ist. Diese Dimensionierung führt zu hohen Anfangsund Betriebskosten, da die Anlage während des Hauptteils des Jahres überdimensioniert ist.

Mit der Erfindung soll es möglich gemacht werden, die Wärmeverteilungsanlagen der vorerwähnten Art für eine scheinbare Umgebungstemperatur zu dimensionieren, die beträchtlich höher als die tatsächliche, niedrigste 24 Stunden-Durchschnittstemperatur ist. Als Beispiel sei angegeben, daß eine Wärmeverteilungsanlage, die mit der bisher verwendeten Technik für eine niedrigste 24 Stunden-Durchschnittstemperatur von etwa -20°C (was für große Teile Schwedens der Fall ist) dimensioniert werden muß, nur für eine niedrigste Temperatur von z.B. -5°C dimensioniert zu werden braucht, wenn das System nach der Erfindung benutzt wird. Gemäß der Erfindung wird der dadurch herabgesetzte Wärmebedarf gedeckt, indem man Wärmeenergie einer niedrigen Temperatur verwendet.

Weiterhin soll es durch die Erfindung möglich gemacht werden, einen einfachen, kostengünstigen und leistungsfähigen Wärmeenergiespeicher zur Verfügung zu haben, der es insbesondere möglich macht, große Mengen von Energie niedriger Temperatur pro Volumeneinheit zu speichern und die gespeicherte Wärmeenergie dieses Wärmeenergiespeichers in ein-

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fächer Weise auf unterschiedlichsten Wegen in brauchbare Wärmeenergie umwandeln zu können.

Mit der Erfindung soll ein Heizungs- und Klimaausgleichssystem zur Verfügung gestellt werden, das es nicht nur möglich macht, den Bedarf an Hochtemperaturenergie während der kalten Jahreszeit herabzusetzen, sondern das auch ein Kühlen während heißer Sommertage ermöglicht«

Schließlich soll es mit der Erfindung ermöglicht werden, Sonnenenergie wirksam zu benutzen und diese Energie in ein Reizungssystem einzuspeisen.

Mit der Erfindung wird ein Heizungs- und Klimaausgleichssystem vorgeschlagen, das einen Wärmeenergiespeicher umfaßt, der mit einem Wärmeaustauschersystem kombiniert ist, das seinerseits in der äußeren Abdeckung des zu heizenden Objekts oder Raums angeordnet ist, wobei ein Wärme transportierendes Strömungsmittel so vorgesehen ist, daß es zwischen dem Speicher und dem Wärmeaus tauscher sys tem über ein geeignetes Rohrsystem umgewälzt werden kann. Die grundsätzlich Idee dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, einen Speicher zu verwenden, in dem Wärmeenergie bei einer niedrigen Temperatur, z.B. etwa O⁰C, während der kalten Jahreszeit gespeichert werden kann, sowie darin, diese Niedrigtemperaturenergie dazu zu verwenden, Wärme an das Wärmeaustauschersystem in der äußeren Abdeckung während kalter Perioden abzugeben, z.B. während Perioden mit Umgebungstemperaturen, die niedriger als etwa O⁰C sind. Da das System bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser arbeiten soll, wird ein Wärme transportierendes Strömungsmittel mit einem niedrigeren Siedepunkt als dem von Wasser verwendet, z. B. werden in ihrem Gefrierpunkt herabgesetzte Mischungen von Wasser und einem oder mehreren Alkoholen, wie z.B. Äthanol, Glykol usw., benutzt.

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Ein derartiger Niedrigtemperaturenergiespeicher kann in vielen unterschiedlichen Weisen ausgebildet werden, jedoch wird gemäß der Erfindung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Speichereinrichtung verwendet, die Speichermassen in Form von porösen, in hohem Maße Wasser absorbierendem Material hat, z.B. mit einer Wasserabsorptionskapazität von mindestens 7096 und vorzugsweise von 80 bis 90%. Bevorzugte Wasserabsorptionsmaterialien sind Torf, Torfstreu und ähnliche Materialien. Da der Speicher gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung dazu verwendet wird, die Temperatur eines Wärme transportierenden Strömungsmittels zu erhöhen, das eine niedrigere Temperatur als etwa O⁰C hat, kann die erforderliche Wärme für diese Temperaturerhöhung von Wasser von 0⁰C genommen werden, das ohne Erniedrigung der Temperatur in Eis umgewandelt wird; mit anderen Worten bedeutet das, daß die Gefrierwärme von Wasser verwendet wird, und wegen des hohen Wassergehalts in dem Speicher kann letzterer große Mengen an Niedrigtemperaturenergie (von etwa O⁰C) pro Volumeneinheit speichern, z.B. etwa 80 kWh/mr Speichervolumen, wenn das gesamte Wasser friert. Der Speicher kann mit Wärme von der Sonne, der Luft, mit Abwärme, mit Wärme von Wasser, vom Erdboden usw. geladen werden, und die Speichermasse kann direkt mit der Wärme versorgt werden, z.B. dadurch, daß man Abwasser etc. zu dem Speicher oder dem umgebenden Erdboden fördert; oder die Wärme kann dem Speicher indirekt durch Rohrsysteme zugeführt werden, in denen das Wärme transportierende Material umläuft und die in der Speichermasse angeordnet sind. Von dem Speicher wird die Energie durch geeignete Leitungssysteme abgezogen, in denen eine Flüssigkeit oder ein Gas umläuft. Das vorstehend edäuterte Wärmeaustauschersystem in der äußeren Abdeckung des zu heizenden Objekts oder Raums zieht Wärme von dem Speicher bei einer niedrigen Umgebungstemperatur ab, aber es versorgt den Speicher während warmer Perioden mit Wärme.

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Abgesehen von vorhandenen Rohrsystemen für die Zuführung und die Abführung von Wärmeenergie ist das Material des Speichers hauptsächlich Torf und Abfallmaterial, und es sind weder Wände erforderlich noch ist eine Isolation erforderlich, wenn der Speicher in geeigneten Bodenschichten, natürlichen Gruben, Erdeinfriedungen und dergl. angeordnet wird. Der Speicher kann vorteilhafterweise in sumpfigen Bereichen angeordnet sein, die bisher grundsätzlich keiner speziellen Verwendung zugeführt worden sind. Leitungen, die zu dem Speicher hin- und von dem Speicher wegführen, erhalten eine einfache Anordnung, ohne daß sie Wärmeverluste bewirken, und der Speicher kann während des gesamten Jahres zum Wärmeentzug oder für Kühlzwecke benutzt werden. Er erfordert normalerweise keine Überwachung oder Erneuerung, sondern jede Beschädigung an Rohren, die auftreten kann, läßt sich leicht lokalisieren und reparieren. Die Speichereinrichtung kann in eine gewünschte Anzahl von Elementen oder getrennten Abschnitten unterteilt werden, und diese können für verschiedene Zwecke und Temperaturniveaus in Reihe oder parallel geschaltet werden; und die Speicheranlage zeichnet sich im übrigen durch Flexibilität aus, insbesondere was die Anpassung an Bodenbedingungen wie auch die Abmessung und die Form anbelangt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine sog. Wärmepumpe zum Erwärmen des erwähnten Objekts oder Raums benutzt, wobei die Wärmepumpe mittels geeigneter Rohrsysteme mit Niedrigtemperaturenergie von der Speichereinrichtung und/oder dem Leitungssystem der äußeren Abdeckung versorgt werden kann, und wobei die Wärmepumpe diese Niedrigtemperaturenergie zu Heizungszwecken in Hochtemperaturenergie umwandeln kann. Derartige Wärmepumpen wurden bisher praktisch ausschließlich als komplementäre Wärmequelle benutzt, aber aufgrund des vermindertem Bedarfsan Hochtemperaturenergie in dem System nach der Erfindung kann die

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Wärmepumpe für alle diese Energie oder den Hauptteil dieser Energie zuständig sein. Die Wärme von der Auslaßseite der Wärmepumpe wird in einer konventionellen Weise über Wärmeaustauscher benutzt, und die Flüssigkeit oder das Gas, die bzw. das auf diese Weise erwärmt worden ist, wird dann dazu verwendet, das in Frage stehende Objekt oder den in Frage stehenden Raum mittels eines geeigneten Wärmeverteilungssystems zu heizen.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird das System mit Sonnenenergie-Absorptionseinrichtungen ergänzt, die mit einem Wärme transportierenden Strömungsmittel über geeignete Leitungen mit dem Wärmeaustauschersystem der äußeren Abdeckung und/oder der Speichereinrichtung und/oder dem Wärmepumpensystem verbunden werden können. Die Sonnenenergie-Absorptionseinrichtungen können nicht nur dazu benutzt werden, die Wärmepumpe mit Energie zu versorgen und an den Speicher Energie abzugeben (um Eis zu schmelzen und Wasser sowie die Speichermasse zu erwärmen), und auf diese Weise dazu beitragen, die notwendige Abmessung des Speichers zu vermindern, sondern sie können auch während vieler Tage und Perioden als die einzige Energiequelle dienen. Gewünschtenfalls können sie auch zum Vorerhitzen von Wasser und für die Erzeugung von heißem Wasser, hauptsächlich während des Sommerhalbjahres, benutzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger, in den Fig. 1 bis 10 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht, welche das grundsätzliche Prinzip der Erfindung in seiner Anwendung auf ein Gebäude schematisch veranschaulicht;

Fig. 2 und 3 entsprechende Ansichten wie Flg. 1, Jedoch ein System, das durch eine Wärmepumpe bzw. eine Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung ergänzt ist;

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Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Wärme austauschenden, isolierenden Matte zeigt;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht längs A-A der Fig.4;

Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeisplel einer Speichereinrichtung für das System gemäß der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung, die in dem System gemäß der Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht, die schematisch ein kombiniertes Ventilations- und Heißluft-System nach der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines Wärmepumpen-Wärmeaustauschers, der für das System gemäß der Fig. 8 vorgesehen ist; und

Fig.10 eine schematische Schnittansicht, die unterschiedliche Betriebspositionen des Heizungs- und Klimaausgleichssystems gemäß der Erfindung zeigt.

Die grundsätzlichen Komponenten des Heizungssystems gemäß der Erfindung sind in Fig.1 dargestellt, die ein Hausgebäude zeigt, das mit einem Wärmeaustauschleitungssystem 1 in Wänden und im Dach sowie mit einem Wärmeenergiespeicher versehen ist. Das Leitungssystem 1 ist in geeigneter Weise in der äußeren, isolierenden Schicht des Hauses angeordnet. Der Dachteil 1a des Systems kann z.B. zwischen den Dachstühlen angeordnet sein, die sich der Dachverkleidung am nächsten befinden, während sein Wandteil 1b zwischen dem Wandgebälk angeordnet sein kann, das sich der Fassadenverkleidung am nächsten befindet. Das Wärmeaustauschersystem 1 ist über Rohrleitungen 3 und eine Umwälzpumpe 4 mit dem Wärmeenergiespeicher 2 in Verbindung, wobei der Zweck der Umwälzpumpe 4 darin besteht, das Wärme transportierende Strömungsmittel zwischen dem Wärmeaustauschersystem 1 und dem Speicher 2 zu fördern.

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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die nähere Ausbildung des Wärmeaustauschersystems 1 in den unterschiedlichsten Weisen variiert werden kann, und das einzige kritische Merkmal des Systems besteht darin, daß es in der Lage sein soll, Wärme zwischen der Strömungsmittelzirkulierung im Leitungssystem 1a, 1b und den Wand-/Dach-Teilen, die das System umgeben, zu übertragen. Das System sollte natürlich so regelmäßig wie möglich angeordnet sein, und es sollte im Sinne der Wärmeübertragung die gesamten Dach- und Wandoberflächen des Hauses bedecken. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Leitungssystem in Form von vorgefertigten Blöcken ausgebildet, die beim Zusammenbau miteinander verbunden werden. Ein Beispiel einer geeigneten Anordnung des Leitungssystem 1 ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von parallelen Rohren 5 mit gemeinsamen Sammelrohren 6 und Verbindungsrohren 7 in einer Matte 8 von einem isolierendem Material, z.B. Mineralwolle, angeordnet. Die Rohre 5 (6, 7) können glatt oder mit Flanschen versehen sein, sie können rund oder flach sein, und sie können z.B. aus einem Kunststoff material hergestellt sein. Die isolierende Matte 8 mit den eingefügten Rohren ist in geeigneter Weise von einer Abdeckung 9 umgeben, die z.B. aus Teerpappe, Kunststoffilm etc. besteht, und die Rohre 5, 6, 7 sind vorzugsweise in der Matte befestigt, z.B. mittels Fadenheftungen 10. Die Rohre 5, 6, 7 müssen natürlich nicht parallel geschaltet sein, sondern man kann z.B. in jeder Matte 8 nur ein Rohr verwenden, das sich in Zick-Zack-Form durch die gesamte Matte erstreckt. Die Verbindungsrohre 7, durch die ein Energie transportierendes Strömungsmittel, z.B. Wasser mit herabgesetztem Gefrierpunkt, eingespeist und abgezogen wird, sind an ein entsprechendes Rohr in einer benachbarten Matte gekuppelt, oder sie sind mit geeigneten Leitungen mit einer Verbindung zu dem Speicher 2 verbunden.

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Der Speicher 2, der schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, ist in Verbindung zum Haus im Erdboden vergraben; er kann z.B. unter dem Haus angeordnet sein. In dem Heizungssystem nach der Erfindung ist es eine der Hauptfunktionen des Speichers 2, das Wärmeaustauschersystem 1 (und dadurch auch das Haus) mit Niedrigtemperaturenergie während kalter Perioden zu versorgen, wobei es möglich ist, anderweitig nicht brauchbare Energie für diesen Zweck zu verwenden, z.B. Energie von Abwasser, vom umgebenden Erdboden, Ventilationsluft etc. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Speicher 2 dann mit einer Speichermasse versehen, die einen hohen Vassergehalt hat, wodurch es möglich ist, die Schmelzwärme des Wassers praktisch zu verwenden und dadurch das Volumen des Speichers herabzusetzen. Der Speicher 2 kann in diesem Falle z.B. so ausgebildet sein, wie in Fig.6 gezeigt, wonach er mittels einer oder mehrerer relativ tiefer Schichten 11 von Wasser absorbierendem Material, z.B. aus Torf oder Torfstreu, aufgebaut ist. Durch die Wasser absorbierende Schicht 11 erstreckt sich die gewünschte Anzahl von Wärmeaustauscherrohren oder -kanälen, in denen ein Wärme transportierendes Strömungsmittel zirkuliert. In Fig. 6 sind z.B. Luftkanäle 12 und Flüssigkeitskanäle 13 schematisch dargestellt. Die Luftkanäle 12 können z.B. zum Vorerwärmen von Ventilationsluft verwendet werden, wobei Außenluft bei 14 zugeführt, in dem Kanal 12 vorerwärmt und über die Leitung 15 zu dem Verwendungsort geführt (oder weiter vorerwärmt) wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wärmeaustauschrohre 13 in äußeren Rohren 16 angeordnet, die mit einer Pufferflüssigkeit gefüllt sind, welche einen niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser hat. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Einrichtungen durch Frost bersten, und Reparaturen und Gebäudekonstruktionen in der Winterzeit sind möglich. Die in ihrem Gefrierpunkt herabgesetzte, Wärme transportierende Flüssigkeit in den Rohren 13 wird durch Einspeisungskanäle 17 zugeführt, und sie wird nach dem Wärmeaustausch

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durch Kanäle 18 abgeführt. Unter gewissen Bedingungen und zum Zwecke der Abdeckung der Rohre ist es erforderlich, zerkleinerten Forstabfall wie auch Baumrinde zuzufügen, die auch zum Schutz der Leitungen 17, 18 verwendet werden können. Jedes Element mit Rohren wie auch umgebenden Schichten von Torf etc. kann in einem Kunststoffilmbeutel B eingeschlossen werden, aber das ist in den meisten Fällen nicht erforderlich.

Die oben erläuterte Speichereinrichtung funktioniert in folgender Weise. Eine Flüssigkeit oder ein Gas, der bzw. dem kontinuierlich Wärme entzogen wird und die bzw. das dadurch eine niedrigere Temperatur als die Temperatur in der Speichereinrichtung bekommt, wird durch die inneren Rohre bzw. die Luftkanäle 12 gepumpt. Das Strömungsmittel wird dann kontinuierlich wenige Grade erhitzt, und aus der Speichereinrichtung kann so lange Wärmeenergie entnommen werden, als sich darin nicht gefrorenes Wasser befindet. Wenn das Strömungsmittel, das sich durch die Rohre 13 und die Kanäle 12 bewegt, eine höhere Temperatur als die Speichereinrichtung hat, wird letzterer Energie zugeführt, und das Eisvolumen wird herabgesetzt (oder die Temperatur wird erhöht). Das gleiche geschieht, wenn Abwasser, Grundwasser, Bodenwasser von einem See, einem Sumpf, Moor oder dergl. gepumpt oder in den Speicher infiltriert wird, z.B. über Einlaß- und Auslaßrohre 19» die in ein Filter 20 zwischen den Elementen der Speichereinrichtung eingefügt sind. Die Rohre 19 sind z.B. perforierte Rohre aus einem Kunststoff oder entsprechendem Material, und das Filter kann aus Sand, Baumrinde, Forstabfall, Torfstreu oder einer Mischung dieser Materialien bestehen, was von dem Boden etc. abhängt. Insbesondere dann,, wenn die Speichereinrichtung vollständig oder teilweise für die Vorerwärmung bzw. die Kühlung von Einlaß- und Auslaßluft benutzt wird, können die Elementabschnitte in Kunstetoffilmbeuteln B eingeschlossen und trocken mit Zwischenräumen angeordnet sein, die offengelassen oder mit einem geeigneten, groben Kies- oder Steinmaterial gefüllt werden.

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Es läßt sich leicht ersehen, daß die ins einzelne gehende Ausbildung der Wärmeaustauschereinrichtungen des Speichers gemäß der Erfindung wie auch die Verwendung von übertragener Wärmeenergie in vielen unterschiedlichen Weisen variiert werden kann. Entsprechend der Anordnung des Speichers zur Verwendung der Schmelzwärme von Sis kann man in dem Speicher einen Eisspeicher bis zum Ende des Sommers aufrechterhalten, und auf diese Weise läßt sich lediglich mit einer Pumpe eine zuglose Herabsetzung der Raumtemperatur während warmer Sommertage erreichen. DarUberhinaus kann man auf einfache Weise temperaturstabile, kalte Räume erhalten, ohne daß es erforderlich ist, andere zusätzliche, mechanische Ausrüstung zu haben, als Rohrschlangen und kleine Flüssigkeitspumpen, die thermostatisch gesteuert werden können. Darüberhinaus kann das Kanalsystem 12 in einer solchen Weise ausgebildet werden, daß ein Gebläse während Tagen von mildem Wetter Außenluft durch den Speicher bläst, um diesen durch Schmelzen von Eis zu laden.

Es sei nun wieder auf Fig. 1 Bezug genommen, bei der die dort mit einem Wärmeaustauschersystem 1 und einem Speicher 2 gezeigte Anlage speziell als Ergänzung zu primären Wärmequellen (in Fig. 1 nicht gezeigt) gedacht ist, und zwar frei von Kosten und unter Verwendung von Abwärme und Umgebungswärme niedriger Temperatur. Die primäre Erwärmung kann mittels einiger konventioneller Wärmequellen (z. B. Koks- und ölheizung, elektrische Heizung, Stadtheizung etc.) erfolgen, wobei die Kombination von Wärmeaustauschersystem 1 und Speicher 2 den Energiebedarf von der primären Wärmequelle beträchtlich herabsetzt, wodurch auch die Dimensionierung des Wärmeverteilungssystems für die primäre Wärmequelle beträchtlich herabgesetzt werden kann. Mit der Anlage gemäß Flg. 1 ist es bei einem Haus in Mittelschweden möglich, den gesamten Wärmebedarf um etwa 40# zu reduzieren.

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Gemäß einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig.2 gezeigt ist, ist die in Fig. 1 veranschaulichte Anlage mit einer sog. Wärmepumpe 21 kombiniert, welche die Hiedrigtemperaturenergie in einer konventionellen Weise in Energie einer höheren Temperatur umwandelt, die z.B. zur Hausheizung benutzt werden kann. Die Wärmepumpe 21, die von dem System 1,2,3 über Leitungen 22 mit Niedrigtemperaturenergie versorgt werden kann, versorgt ein Wärmeverteilungssystem 24 (z.B. für Luft- oder Wasserheizung) über einen Wärmeaustauscher 23 mit Wärme. Die Wärmepumpe 21 kann vorteilhafterweise auch für die Erhitzung von Haushaltsheißwasser dienen, sowie dazu, um Räume für die Nahrungsmittelspeicherung im Sommer temperaturstabil zu halten, zum Trocknen von Luft etc. Mit der in Fig. 2 gezeigten Anlage kann der Energiebedarf bei einem mittelschwedischen Wohnhaus um etwa 70% herabgesetzt werden, aber der Bedarf an zusätzlicher Energie kann weiter (insgesamt etwa 80#) herabgesetzt werden, indem man die Anlage gemäß Fig. 2 (alternativ Fig. 1) mit einer Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung 25 kombiniert, die in dem dargestellten Fall auf der Hauswand angeordnet ist, die aber auch auf dem Hausdach oder getrennt angeordnet sein kann. Die Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung 25 ist über geeignete Leitungen (in Fig. 3 mit 48 und 49 bezeichnet) mit dem Speicher 2 und der Wärmepumpe 21 verbunden. Sie steht auch in geeigneter Weise mit dem Rohrsystem 1 in Verbindung und kann z.B. ein Teil dieses Rohrsystems sein. Die Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung 21, die Sonnenenergie absorbiert und diese über ein Wärme transportierendes Strömungsmittel an den Speicher 2 und/oder die Wärmepumpe 21 und/oder das Rohrsystem 1 abgibt, kann in konventioneller Weise ausgebildet sein - z.B. so, daß die Wärmeaustauschrohre in der kaustischen bzw. Wärme zuführenden Oberfläche von Reflektoren angeordnet sind - oder die Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung kann speziell für den in Frage stehenden Zweck hergestellt sein.

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In Fig. 7 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung 25 gezeigt, die in diesem Falle ein Profil 26 mit einem inneren Hohlraum 27 umfaßt. Das Profil 26, das in geeigneter Weise aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt ist, z.B. aus transparentem Kunststoff mit Luftzellen, ist in geeigneter Weise durch Spritzgießen hergestellt. Der Hohlraum 27 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die niedrige Temperaturen übersteht, ohne daß sie ein Zerspringen des Profils durch Frost bewirkt, z.B. ist diese Flüssigkeit Wasser, dessen Gefrierpunkt herabgesetzt ist. Die Flüssigkeit kann gewünschtenfalls auch in einer Flüssigkeit absorbierenden Masse absorbiert sein. Durch den Hohlraum 27 können sich auch ein oder mehrere Wärmeaustauscherrohre 28 erstrecken, in denen Wärme transportierendes Strömungsmittel zirkuliert. Die Rohre 28 können gleichzeitig mit dem Profil 26 durch Spritzgießen hergestellt werden, oder sie können getrennt von dem Profil und aus einem anderen Material hergestellt sein. Das beschriebene Profil oder die Platte 26 ist vorzugsweise als Dach- oder Wandverkleidung ausgebildet, und es bzw. sie ist gut für das Sammeln von Sonnenenergie geeignet, die über die Wassermasse im Raum 27 zu dem Wärmeträger in den Rohren 28 übertragen wird. Weiterhin kann Verlustwärme in der Form von Übertragungsenergie von einer abgedeckten Wand (oder Dach) wiedergewonnen werden, und die Platte kann vorteilhafterweise in das oben beschriebene Rohrsystem 1 eingebaut sein.

In der in Fig. 2 gezeigten Kombination eines Rohrsystems 1, eines Speichers 2 und einer Wärmepumpe 21 kann die Wärmepumpe, wie oben bereits erwähnt, in vielen verschiedenen Arten zur Heizung verwendet werden. In Fig. 8 ist ein Beispiel eines Luftheizungssystems gezeigt, in dem die Luft sowohl durch den Speicher 2 als auch die Wärmepumpe 21 und vorzugsweise auch durch die Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung 25 erhitzt wird. Ein Gebläse 29 bläst kalte Luft

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durch eine Mehrzahl von Rohren 30, z.B. durch dünnwandige Kunststoffrohre, die sich durch den Speicher 1 erstrecken, wobei die Luft in letzterem vorerwärmt wird. Die Rohre 30 münden in ein größeres, perforiertes Rohr 31» das in geeigneter Weise in einer Schlange unmittelbar unter dem Boden angeordnet ist. In dem Rohr 31 wird die Luft von den Rohren durch die Wärmepumpe 21 erhitzt. Eine bevorzugte Art und Weise, diesen Wärmeaustausch zu bewirken, besteht darin, ein wassergefülltes Rohr 32, in dem ein Kondensorrohr 33 von der Wärmepumpe angeordnet ist, in dem Rohr 31 anzuordnen. In dem Rohr 32 kann man vorteilhafterweise und in geeigneter Form eine Wasserzuführungsleitung 34 für die Heißwassererhitzung und eine Leitung 35 zum Zuführen von Wärme von den Sonnenenergie-Absorptionseinrichtungen 25 anordnen (siehe Fig. 9).

Die Frischluft, die in dem Rohr 31 erhitzt wird, wird in den zu erwärmenden Raum eingespeist, z.B. durch Schlitze 36 im Boden. Die Luft wird vorzugsweise durch ein Kanalsystem 37 an der Innenseite der äußeren Abdeckung nach außen geleitet. Bevor die Luft, z.B. von einem Rohr 38 auf dem Dach, nach außen gelassen wird, wird sie vorteilhafterweise weiterhin so geführt, daß sie durch ein Wärmeaustauschkanal- oder -rohrsystem 39 hindurchgeht, das in einer entsprechenden Weise wie das oben beschriebene System 1 näher an der Außenseite der äußeren Abdeckung angeordnet ist. Bevor die Luft herausgelassen wird, kann ihr noch mehr Wärme entzogen werden, wenn der Verdampfer der Wärmepumpe direkt oder indirekt in dem Luftstrom angeordnet ist. Alternativ kann die Luft wieder nach abwärts in den Speicher 2 gelassen und zum Wärmeaustausch mit einströmender, frischer Luft, vorzugsweise im Gegenstrom, gebracht werden.

Fig. 10 zeigt ein vollständiges Heizungs- und Klimaausgleichssystem mit einem Wärmeaustauschersystem 1, einem

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Speicher 2, einer Wärmepumpe 21 und einer Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung 25. In diesem Falle umfaßt die Wärmepumpe 21 u.a. einen Kompressor 40, einen Kondensor 41, ein Expansionsventil 42 und einen Verdampfer 43, der zum Wärmeaustausch in einem Flüssigkeitstank44 angeordnet ist. Der Tank 44 kann vorteilhafterweise als direkt Energie absorbierender Tank ausgebildet sein, z.B. zur Absorption von Sonnenenergie, oder er kann in Form von Elementen ausgebildet sein, die so angeordnet sind, daß sie zum Trocknen von Luft und zum Wiedergewinnen von überschüssiger Wärme in Tierställen placiert sind.

Die Fig. 10 zeigt einige Beispiele, wie man in Abhängigkeit von der Jahreszeit und dem Wärmebedarf unterschiedliche Betriebspositionen wählen kann und wie man verschiedene Kombinationen des Systems 1, 2, 21 und 25 in einer optimalen Art und Weise benutzen kann. Die Feinregulierung wird dann in bekannter Weise mit Start und Stopp etc. über Thermostaten durchgeführt. Die Bezugszeichen L1, L2 etc. in Fig. 10 sind den Teilen des Leitungssystem zugeordnet, die in den unterschiedlichen Betriebsbedingungen verbunden sind; die Bezugszeichen 45 und 46 bedeuten geeignete Schaltventile, und mit den Bezugszeichen P1 und P2 sind Pumpen zum Umwälzen von Wärme transportierendem Strömungsmittel in dem System bezeichnet.

Betriebsposition 1a. Die Pumpe P1 wird gestartet und pumpt Flüssigkeit durch die mit L1 bezeichneten Leitungen. Das Ergebnis in dieser Betriebsposition ist, daß ein Temperaturausgleich zwischen unterschiedlichen Teilen der äußeren Abdeckung, z.B. vom Dach zur nördlichen Wand, stattfindet.

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Betriebsposition 1b. Diese entspricht der Betriebsposition 1a, aber es wird Wärmeenergie von der Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung 25 zugefügt.

Betriebsposition 2. Sie entspricht der Betriebsposition 1b, aber das Wärme transportierende Strömungsmittel verläuft durch den Tank 44, und der Kompressor 40 wird gestartet. Wärme wird von 1 und 25 entnommen. Zusätzlich wird Betriebswärme von dem Kompressor 40 hinzugefügt. Die Wärme wird über eine Wärmeverteilungsanlage 48 von einer bekannten Art in die Räume 47 gebracht.

Betriebsposition 3a. Sie entspricht der Betriebsposition 2, aber die Temperatur in 1 und 25 wird "unökonomisch¹¹ niedrig und kann unter bestimmten Bedingungen eine Ablagerung von Feuchtigkeit bei einer vollen Wärmeentnahme bewirken, aus welchem Grund auch der Speicher 2 verbunden bzw. eingefügt ist. Die Temperatur in 1 und 25 wird dann auf nicht weniger als -5°C beschränkt.

Betriebsposition 3b. Im Falle von starker Kälte wird die Wärmeabsorptionskapazität dadurch vergrößert, daß man die zweite Pumpe P2 verbindet bzw. mit einfügt, die auch eine Reservepumpe ist. In der Praxis werden die Wärmeabsorptionsoberflächen des Speichers in erster Linie erhöht. Die Wärme von dem Speicher ist dann nicht nur ausreichend für die Versorgung des Wärmepumpensystems mit Energie, sondern zusätzlich - wodurch die Erfindung epochemachend ist - wird 1 mit der notwendigen Wärmeenergie zwischen den Temperaturen von etwa -5°C und -1°C versorgt, und zwar genommen, wenn Wasser in 2 friert, so daß die Wärme von 1 gegen die Außenluft verlustig geht und die starke Kälte kompensiert werden kann.

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Betriebsposition 4. Die Pumpe P1 wälzt die Flüssigkeit durch 2 und 44 um, wenn 44 das Bestreben hat, zu warm zu werden. Auf diese Weise wird ein unnötig hoher Druck in der Wärmepumpe 21 verhindert. Das ist eine Art von Ruheposition in der Sommerzeit, wenn eine geringere Menge an Flüssigkeit, sofern erforderlich, für gewisse Zwecke gekühlt wird, wie z.B. für gekühlte Räume, Keller, etc.

Betriebsposition 5a. Bei einer hohen Belastung innerhalb der Räume 47 wird Wärme von 1 genommen, die durch Umwälzung zu dem Speicher 2 gebracht wird. Eine zugfreie Erniedrigung der Temperatur oder eine aufrechterhaltene, gewünschte Temperatur wird dann in 47 erhalten.

Betriebsposition 5b. Der Speicher 2 wird mit Wärme von 25 versorgt.

Betriebsposition 6. Bei einer extra hohen Wärmebelastung, z.B. bei heißem Wetter, Mengen von Leuten, Erhitzungsprozessen, Maschinen, etc., wird der Kompressor 40 gestartet. Wärme wird von 1 genommen. Die Kondensorkühlung in dem Wärmepumpensystem 21 wird auf 2 (nicht dargestellt) umgeschaltet, oder auf Schlanspn für die Erderwärmung, Erwärmung von Teich- bzw. Schwimmbeckenwasser etc., anstelle der Erwärmung der Räume 47.

Ende der Beschreibung.

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Claims

Patentansprüche

MJ Heizungs- und-Klimaausgleichssystem für Objekte und Räume, die von einer wärmeisolierenden, äußeren Abdeckung umgeben sind, insbesondere für Gebäude, gekennzeichnet durch ein Wärmeaustauschersystem (1), das in der wärmeisolierenden, äußeren Abdeckung angeordnet ist; einen Wärmespeicher bzw. -sammler (2), der so angeordnet ist, daß er das Frieren von Flüssigkeit gestattet; ein Leitungssystem (3)» das mit einem Wärme transportierenden Strömungsmittel verbunden ist und das Wärmeaustauschersystem (1) mit dem Wärmespeicher bzw. -sammler (2) verbindet; und Pumpeneinrichtungen (4;P1,P2) zum Umwälzen des Wärme transportierenden Strömungsmittels zwischen dem Wärmeaustauschersystem (1) und dem Wärmespeicher bzw. -sammler (2).
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschersystem (1) in einem wärmeisolierenden Sinne auf der Außenseite des Zentrums der äußeren Abdeckung angeordnet ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Wärmeaustauschersystem (1) im wesentlichen über die Gesamtheit der äußeren Abdeckung erstreckt.
4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschersystem (1) ein Rohrsystem (ia,1b) umfaßt, in dem das Wärme transportierende Strömungsmittel zirkuliert.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme transportierende Strömungsmittel aus einer wäßrigen Mischung besteht, die einen niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser hat.

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6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher bzw. -sammler (2) eine Wasser absorbierende Masse (11) umfaßt, durch die sich eine Mehrzahl von Wärmeaustauschleitungen (12,13,16) erstreckt.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser absorbierende Masse (11) im Erdboden vergraben ist.
8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser absorbierende Material (11) Torf, Torfstreu bzw. -abfall oder ein ähnliches bzw. gleichartiges Material ist.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung (25) mit dem Leitungssystem (3) verbunden ist.
10. System nach Anspruch9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung (25) als eine vorzugsweise durch Spritzguß hergestellte Platte (26) ausgebildet ist, die mit einem geschlossenen Hohlraum (27) versehen ist, der einerseits eine Flüssigkeit oder eine nasse Masse enthält, die niedrige Temperaturen übersteht, ohne daß sie ein Aufspringen bzw. Bersten der Platte (26) durch Frost bewirkt, und der andererseits Rohre (28) enthält, durch die das Wärme transportierende Strömungsmittel zirkuliert und die mit dem Leitungssystem (3) verbunden sind.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmepumpe (21), die so angeordnet ist, daß sie das Objekt oder den Raum (47) heizt, mit dem Leitungssystem (3) verbunden ist.

809882/03Ö7

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12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Umwälzpumpen (P1,P2) und gesteuerte Ventileinrichtungen (45,46) so angeordnet sind, daß sie einen Transport von Wärmeenergie zwischen den unterschiedlichen Einrichtungen über das Leitungssystem (3) ermöglichen, so daß Sonnenenergie und überschüssige Energie von dem Objekt oder den Räumen (47) und deren Umgebung gespeichert bzw. gesammelt werden kann und daß gespeicherte bzw. gesammelte Energie und/oder Sonnenenergie zu dem Warmeaustauschersystem (1) in der äußeren Abdeckung übertragen werden kann, wodurch es möglich ist, einerseits eine gleichförmigere Verteilung der Wärmeenergie zu erzielen sowie andererseits eine Wärmeübertragung von wärmeren zu kälteren Zeitperioden und dadurch eine Zufügung von Wärmeenergie über die äußere Abdeckung zu dem Objekt oder den Räumen während kälterer Perioden, wodurch wiederum herabgesetzte Dimensionen der Wärmeverteilungsanlage und der Wärmepumpe (21) ermöglicht werden.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (P1,P2) parallel geschaltet und an einer Seite mit einem Ende einer Leitung über den Wärmespeicher bzw. -sammler (2) und eine Leitung mit einer ersten Ventileinrichtung (45) verbunden sind, und daß sie an einer zweiten Seite mit einem Flüssigkeitstank (44) verbunden sind, der ein integraler Teil der Wärmepumpe (21) ist, sowie mit einer zweiten Ventileinrichtung (46); wobei ein Ende einer Leitung durch das Wärmeaustauschersystem (1) in der äußeren Abdeckung und ein Ende einer Leitung durch die Sonnenenergie-Absorptionseinrichtung (25) mit der ersten Ventileinrichtung (45) verbunden sind; während das andere Ende der Leitung durch das Wärmeaustauschersystem (1) wie auch eine Leitung über den Tank (44) mit der ersten Ventileinrichtung (45), mit der auch das andere Ende der Leitung durch den Wärmespeicher bzw. -sammler (2) verbunden ist, mit der zweiten Ventileinrichtung (46) verbunden sind.

609832/0387