DE3025520A1 - Integrated heat distribution and storage system - uses insulated moist ground layer as heat store for low temp. background heating of buildings - Google Patents

Abstract

The system uses a sealed water circulation circuit as the heat transport medium. The longterm heat store (1) is provided by a heat-insulated moist ground layer, coupled to a low temp. hot water supply network (4..7), e.g. with a circulation temp. of 50 deg.C. The heat sources for the system comprise heat generation plant (2) through which the water is circulated to effect cooling and solar collectors (3). The room heating is provided directly by radiators connected in the low temp. circuit, or by heat pumps (9) using the low temp. circuit as the primary source. The system can also be used to provide swimming pool heating and may include an integrated heat measurement and billing system connected to the telephone network.

Description

Be schreibungDescription

"Integriertes Wärmeverteil- und Speichersystem" Die Erfindung betrifft ein integriertes Wärmeverteil- und Speichersystem für Niedrigtemperaturheizung, vorzugsweise von Gebäuaen,mit Wärmerückgewinnung und Langzeitwärmespeischerung und einem geschlossenen Wasserkreislauf als Wärmetransportmedium."Integrated Heat Distribution and Storage System" The invention relates to an integrated heat distribution and storage system for low temperature heating, preferably of buildings, with heat recovery and long-term heat storage and a closed water cycle as a heat transport medium.

In der Bundesrepublik Deutschland dient etwa 40 °% des Primärenergieverbrauches der Gebäudeheizung. Fossile Brennstoffe sind knapp und sollten vorzugsweise als Chemierohstoffe genutzt werden. Sonnenenergie steht lediglich im Sommer in ausreichender Menge zur Verfügung, im Winter hingegen fehlt sie. Viele Industrieprozesse und vor allem Kraftwerke erzeugen riesige Mengen von Abwärme, die heute noch weitgehend ungenutzt bleibt, weil die Transportkosten zu hoch sind und sie im Sommer weitgehend ungenutzt bleiben, da die Verbraucher die Wärme über lange Zeit nicht speichern können.In the Federal Republic of Germany, around 40% of the primary energy consumption is used the building heating. Fossil fuels are scarce and should preferably be considered Chemical raw materials are used. There is only sufficient solar energy in summer Amount available, but lacking in winter. Many industrial processes and before Above all, power plants generate huge amounts of waste heat, which is still largely present today remains unused because of the transport costs are too high and they remain largely unused in summer, since consumers use the heat for a long time Can't save time.

Aus der DE-OS 25 20 101 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung, Lagerung, Modulierung und Verteilung von Energie bekannt geworden, daß wenigstens eine Wärmezentrale zur Erzeugung von Energie, ein Netz zur Verteilung von heißem Wasser, Pumpstationen zum Heraufpumpen des Wassers, Verbrauchergeräte bzw. Einrichtungen des neigen Wassers sowie vorzugsweise Wärmepumpen und Kühlungsmaschinen umfaßt. Bei diesem Verfahren werden die übersobissigen Mengen an heißem Wasser in Behältern großen Aufnahmevermögens aufgespeichert und ausgenutzt. Das Heißwassernetz hat eine Vorlauftemperatur von 80 bis 1000C.From DE-OS 25 20 101 a method and an apparatus for Generation, storage, modulation and distribution of energy became known that at least one heating center for generating energy, one network for distribution of hot water, pumping stations for pumping up the water, consumer devices or facilities of the tendency water as well as preferably heat pumps and cooling machines includes. In this process, the oversubsid amounts of hot water are in Large capacity containers stored and used. The hot water network has a flow temperature of 80 to 1000C.

die Langzeitspeicher sind tiefliegende Grundwasserschichten in einer Tiefe von 100 bis 2500 m. Dieses System ist jedoch in vielen Fällen zur Eingabe von Abwärme mittels Wärmepumpe unwirtschaftlich. Ferner ist die Nutzung tieflegende Grundwasserschichten als Wärmespeicher äußerst c=oole.atisch.the long-term reservoirs are deep-lying groundwater layers in one Depth from 100 to 2500 m. However, this system is used in many cases for input waste heat using a heat pump is uneconomical. Furthermore, the usage is profound Groundwater layers as heat storage extremely cool.

s ist Aufgabe der Erfindung, ein integriertes Wärmeverteil- und Speichersystem der eingangs genannten Art anzugeben, das 1. Sonnenenergie und Kraftwerksabwärme nutzt 2. Abwärme sammeln und speichern kann 3. in bestehenden Gebäuden verwendet werden kann und 4. Wärmepumpen mit gutem Wirkungsgrad einzusetzen gestattet.The object of the invention is to provide an integrated heat distribution and storage system of the type mentioned at the beginning, the 1. solar energy and power plant waste heat uses 2. can collect and store waste heat 3. used in existing buildings and 4. the use of heat pumps with good efficiency is permitted.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung Dalöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Mit dem erfindungsgemäßen System ist es möglich, mit möglichst wenig Primärenergie vor allem den Gebäudewärmebedarf auch in der kalter Jahreszeit zu decken. Große Querschnitte der Rohrleitungen haben den Vorteil, daß das dort umlaufende Wasser bereits einen erheblichen Anteil an der Wärmespeischerung hat,~die zusätzlichen Materialkosten jedoch im Vergleich zu den ohnehin erforderlichen Erdarbeiten gering sinS Durch die niedrige Vorlauftempenatur kann Abwärme und damit Wärme wirtschaftlich genutzt werden.The object is achieved by the invention mentioned in claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention are set out in the subclaims specified. With the system according to the invention it is possible with As little primary energy as possible, especially the building's heat demand, even in the cold Cover season. Large cross-sections of the pipelines have the advantage that the water circulating there already accounts for a considerable proportion of the heat storage has ~ the additional material costs compared to those already required Earthworks low sinS Due to the low flow temperature, waste heat and thus Heat can be used economically.

Im den gro3v:3lumigen Erdapeichern läßt sich die Energie in vorteilhafter Weise zu Zeiten speichern, in denen sie besonders preisgünstig als Abwärme zur Verfügung steht, wobei die Wärmeverluste der Speicher zusätzlich nutzbar ist.In the large, 3-lumen earthenware store, the energy can be used more advantageously Save wisely at times when they are available particularly inexpensively as waste heat stands, whereby the heat losses of the memory can also be used.

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. FIG. 1 zeigt ein Blockschaltbild des vorgeschlagenen Wärmeverteil- und Speichersystems. Mit 1 ist ein Wärmespeicher, mit 2 und 3 sind Energiequellen, z. B. Kraftwerksabwärme, Sonnenkollektoren oder andere Abwärmequellen mit mehr als 50 - 600C Abwassertemperatur, mit 4 eine Warmwasserspeiseleitung (Vorlaufleitung) und mit 5 eine Kaltwasserrücklaufleitung gezeichnet. 6 und 7 deuten Verzweigungen des Netzes zu Verbrauchern 8 an, die bei geirgend warmem Wasser in der Vorlaufleitung 4 direkt und anderufalls über Wärmepumpen 9 den System Wärme, z B für Heizzwecke, entziehen. Andererseits kann Abwärme der Verbraucher über Wärmetauscher 10 und die Rücklaufleitung 5 in den Wärmepool zurückverkauft werden.The invention will now be explained in more detail with reference to drawings, for example explained. FIG. 1 shows a block diagram of the proposed heat distribution and Storage system. With 1 is a heat storage, with 2 and 3 are energy sources such. B. power plant waste heat, solar panels or other waste heat sources with more than 50 - 600C waste water temperature, with 4 a hot water feed line (flow line) and drawn with 5 a cold water return line. 6 and 7 indicate branches of the network to consumers 8, which with geirgend warm water in the flow line 4 directly and otherwise via heat pumps 9 the system heat, e.g. for heating purposes, revoke. On the other hand, waste heat from the consumer via heat exchanger 10 and the Return line 5 to be sold back to the heat pool.

Die Gebäudeheizung der Verbraucher ist in vorteilhafter Weise eine Niedrigtemperatur-Fußbodenheizung. Sie hat bekanntlich die Vorteile: 1. bestmögliche Temperaturverteilung im Raum 2. günstig für Wärmepumpenbetrieb 3. geringe Wärmeverluste 4. beste Bodenflächenausnutzung des vorhandenen Raumes Wärmepumpen wandeln Energie niedrigen Temperaturniveaus in solche höheren Temperaturniveaus um. Dabei ist der Wirkungsgrad um so besser, ae höher die Temperatur des Nediums und je geringer die Temperaturdifferenz der umzuwandelnden Temperaturen ist. Das erfindungsgemäße Wärmeverteil- und Spei chersystem ist ein Warmwasserverteilnetz, dem Wärmeenergie mit ausreichender Temperatur über Wärmetauscher direkt und über Wärmepumpen mit gutem Wirkungsgrad entnommen werden kann. Da es mit niedrigen Temperaturen des Wassers arbeitet, muß es für größere Wassermengen dimensioniert werden. Es ist daher bei allen Fernwärmenetzplanungen vorteilhaft, von vornherein große Rohrquerschnitte zu wählen, um gegebenenfalls später auf ein Niedrigtemperatursystem umstellen zu können, ohne das ganze Netz erneuern zu müssen. Ein doppelter Rohrquerschnitt gegenüber dem z. Z. in Fernwärmeversorgungen benutzten dürfte im Netz kaum mehr als 10 - 20 ,cS Mehrkosten ausmachen, da die Erdarbeiten den Hauptanteil der Kosten verursachen.The building heating of the consumer is advantageously one Low temperature underfloor heating. It is well known that it has the following advantages: 1. best possible temperature distribution in the room 2. favorable for heat pump operation 3. low Heat losses 4. best floor space utilization of the available space heat pumps convert energy from low temperature levels to such higher temperature levels around. The higher the temperature of the medium, the better the efficiency and the lower the temperature difference between the temperatures to be converted. That heat distribution and storage system according to the invention is a hot water distribution network, the heat energy with sufficient temperature via heat exchangers directly and via Heat pumps can be removed with good efficiency. As it is with low temperature of the water works, it must be dimensioned for larger amounts of water. It is therefore advantageous in all district heating network planning, large pipe cross-sections from the outset to be selected in order to switch to a low-temperature system later if necessary without having to renew the entire network. A double pipe cross-section opposite the z. Currently used in district heating supplies should hardly be more than 10 - 20 in the network , cS account for additional costs, since the earthworks cause the majority of the costs.

Dieses Warmwasserverteilrietz soll nicht nur der Wärmezufuhr sondern auch der Wärmeabfuhr dienen, d. h. der geschlossene Kreislauf dieses Systems bildet sozusagen einen "Wärmepool", also ein Wärmespeichersystem, in dem keine Wärme als Verlustwärme sn die Umgebung abgegeben wird. Abwärme über 500C wird in die Vorlaufleitung, Abwärme unter 500C in die Rücklaufleitung eingespeist, wobei die Abwärme entsprechend vergütet wird.This hot water distribution network should not only provide heat but also serve to dissipate heat, d. H. forms the closed cycle of this system so to speak a "heat pool", so a heat storage system in which no heat as Heat loss sn the environment is given off. Waste heat over 500C is in the flow line, Waste heat below 500C is fed into the return line, with the waste heat correspondingly is remunerated.

Aus FIG. 1 ist ferner zu entnehmen, daß die private Reizanlage 8 am Ort des Verbrauchers direkt von der Vorlau«-leitung 4 oder über eine Wärmepumpe 9 gespeist werden kann, je nachdem, ob die Wassertemperatur der Vorlaufleitung 4 für den Verbraucher ausreicht oder nicht. Die Sbwärme des Verbrauchers 8 kann über einen Wärmetauscher 10 in die Rücklaufleitung 5 zurückgeführt werden.From FIG. 1 it can also be seen that the private stimulus system 8 on Location of the consumer directly from the supply line 4 or via a heat pump 9 can be fed, depending on whether the water temperature of the flow line 4 Sufficient or not for the consumer. The heat of the consumer 8 can over a heat exchanger 10 can be fed back into the return line 5.

Der Verbraucher 8 muß nicht unbedingt eine Wohnung oder ein Haus sein. Insbesondere kann eine Wärmepumpe 9 für einen ganzen Häuserblock unter Umständen wirtschaftlicher arbeiten, weil sie nacheinander mehrere Reizkreisläufe bedienen kann und mit weniger Leerlauf arbeiten muß als eine einzelne Pumpe, die, für eine Spitzenleistung ausgelegt, im Mittel die meiste Zeit steht. Es ist daher vorteilhaft, mehr oder weniger Wärmepumpen nach Bedarf einzuschalten, um die Vorlauftemperatur auf den jeweils gewünschten Wert zu bringen.The consumer 8 does not necessarily have to be an apartment or a house. In particular, a heat pump 9 can be used for an entire block of houses under certain circumstances work more economically because they serve several stimulus circuits one after the other can and must operate with less idle than a single pump that, for a Designed for top performance, standing on average most of the time. It is therefore advantageous switch on more or fewer heat pumps as required to set the flow temperature to bring it to the desired value.

Die Spitzenleistung einer Heizungsanlage wird üblicherweise unter Berücksichtigung der etwa 10 kältesten T'age des Jahres 30 % höher ausgelegt als es ohne diese Tage sein müßte. Um das integrierte Wärmeverteilnetz mit möglichst wenig Wärmeverlusten betreiben zu können, wird es zweckmäßigerweise für etwa 60 - 70 % der Spitzenleistung ausgelegt. Bei Bedarf kann dann die fehlende;Wärmemenge durch eine elektrische Zusatzheizung ergänzt weiden Wesentliches Element des Warmepools ist dgr Wärmespeicher 1, der neben den gewaltigen Kosten aller anlagen zur sparsamen Energienutzung der größte Engpaß der Energietechnik zur Zeit ist. Als Wärmespeicher wird eine wärmeisolierte Schicht des Erdbodens als besonders geeignet anesenen.The peak performance of a heating system is usually below Consideration of the 10 coldest days of the year 30% higher than it would have to be without these days. In order to use the integrated heat distribution network as much as possible To be able to operate with little heat loss, it is expedient for about 60 - 70% of the peak performance designed. If necessary, the missing; amount of heat Weiden is an essential element of the warm pool, supplemented by an additional electric heater is dgr heat storage 1, which in addition to the enormous costs of all systems for economical Energy use is the biggest bottleneck in energy technology at the moment. As heat storage becomes a thermally insulated Layer of the ground as particularly suitable anesenen.

In der Studie "Fernwärme" der Serie "Forschung Aktuell" Umschau-Verlag 1977 wird der Gesamtbedarf an Niedrigtemperaturwärme zu Heizzwecken der Bundesrepublik Deutschland in Jahr 1990 mit 400 GJ/s# 400 GW angegeben. Das ist eine Spitzenleistungsangabe, die für eine Berechnung der Gesamtmenge ungeeignet ist. Aus der Jahresdauerlinie (Häufigkeitsverteilung der Wärmeleistung über den Stunden eines Jahres) kann ein Jahresmittel von etwa 35 % der Spitzenleistung entnommen werden. Die gesamte Wärmemenge ist bei etwa 3,15. .107 s/a Q s 0,35 a 400 (GJ/s) 3 3.107 (s/a) #4,4.109 GJ/a=1,22.1012 kwh/a Wird mit einem mittleren Wärmebedarf einer, Wohnung mit 1,5.108 kJ/a gerechnet, so sind für 26,5 Mio Wohnungen in der Bundesrepublik Deutschland etwa 4 .10@@ kJ/a bereitzustellen.In the study "Fernwärme" of the series "Forschungs Aktuell" Umschau-Verlag 1977 the total demand for low-temperature heat for heating purposes of the Federal Republic Germany in 1990 with 400 GJ / s # 400 GW. This is a peak performance rating, which is unsuitable for calculating the total amount. From the annual duration line (Frequency distribution of the heat output over the hours of a year) can be a Annual average of around 35% of the peak output can be drawn. The entire amount of heat is at around 3.15. .107 s / a Q s 0.35 a 400 (GJ / s) 3 3.107 (s / a) # 4.4.109 GJ / a = 1.22.1012 kwh / a If an average heat demand of an apartment is calculated with 1.5.108 kJ / a, for 26.5 million apartments in the Federal Republic of Germany, around 4 .10 @@ kJ / a provide.

Für den gesamten Energiebedarf ist mit 350 Mio t SKE/a (Steinkohle-Einheiten pro Jahr, 1 SKE=29,3 MJ (Energieeinheit von 1 kg Steinkohle)) zu rechnen. 40 % davon dienen der Gebäudeheizung. Somit ist der Wärmemengentedarf für die Heizung Q=350 . 109(SKE/a) . 0,4 . 29,3 MJ#4,1 . 109 GJ/a Dieser Wert simmt mit der vorher ermittelten Wärmemenge überein.The total energy requirement is 350 million tonnes of SKE / a (hard coal units per year, 1 SKE = 29.3 MJ (energy unit of 1 kg hard coal)). 40% of it serve to heat the building. The amount of heat required for the heater is therefore Q = 350 . 109 (SKE / a). 0.4. 29.3 MJ # 4.1. 109 GJ / a This value is consistent with the previously determined The amount of heat.

Um solch eine Energiemenge zu speichern, sind z. B. bei 400C Temperaturdifferenz 2,5 zu 2,5.1013 1 Wasser erforderlich.To store such an amount of energy, z. B. at 400C temperature difference 2.5 to 2.5.1013 1 water required.

Diese Wassermenge hat beispielsweise ein See von 10 n Tiefe und einer Fläche von 2500 km2. Sie entspricht etwa der des halben Bodensees. Künstliche wärmeisolierte Becken dieser Größe dürften sich kaum realisieren lassen.This amount of water has, for example, a lake 10 n deep and one Area of 2500 km2. It corresponds roughly to that of half of Lake Constance. Artificial heat insulated Basins of this size are unlikely to be realizable.

Wesentlich einfacher erscheint die Speicherung der tärne im Erdboden In 1 dm3 Erdboden sind etwa 1,7 kJ/K ober n 1 m3 Erdboden etwa 1,7 MJ/K speicherbar. Zur Speicherung einer Heizenergie von 4,4 . 109 GJ ergibt sich damit eine 25 m dicke Schicht Erdboden mit 2500 km2 Fläche bei 4000 Übertemperatur.The storage of the tears in the ground appears to be much simpler About 1.7 kJ / K can be stored in 1 dm3 of soil and about 1.7 MJ / K can be stored in 1 m3 of soil. To store a heating energy of 4.4. 109 GJ results in a 25 m thickness Layer of soil with an area of 2500 km2 at 4000 excess temperature.

FIG. 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Speicher 1 im Erdboden. Etwa 1 bis 2 m unter der ErdoDerfläche liegt eine Deckisolation 12, gegebenenfalls mit einer Drainage versehen. Etwa 25 m tiefer liegt eine Bodenisolation 13. Eine Speicherschicht 16 wird durch Seitenisolationen 14 bzw. 141 in Zellen unterteilt, die getrennte Wärmebewegungen erlauben. Eine Speicherzelle enthält Rohrleitungen 15 zum Wärmeaustausch. Diese Rohrleitungen führen über eine Pumpe 17 zu den Vor- und Rücklaufleitungen des integrierten Systems in einem Rohrschacht 18.FIG. 2 shows a section through a memory according to the invention 1 in the ground. About 1 to 2 m below the surface of the earth is a cover insulation 12, if necessary, provide drainage. Floor insulation is located about 25 m lower 13. A storage layer 16 is subdivided into cells by side isolations 14 or 141, which allow separate heat movements. A storage cell contains pipelines 15 for heat exchange. These pipes lead via a pump 17 to the pre and return lines of the integrated system in a pipe shaft 18.

Rechnet man mit einer maximalen Rohdichte des Erdbodens von 2 kg/dm3, so lastet bei 25 m Speicherhöhe ein Druck von 5 kg/cm2 auf der Bodenisolation 13, die diesen Druck aufnehmen muß. Die Bodenisolation muß außerdem wasserdicht sein, da feuchter Erdboden wie z. B. Kies, Kalkstein usw.If one calculates with a maximum gross density of the soil of 2 kg / dm3, for example, at a storage height of 25 m, a pressure of 5 kg / cm2 is exerted on the floor insulation 13, who has to take up this pressure. The floor insulation must also be waterproof, because moist soil such. B. gravel, limestone, etc.

die Wärme besser leitet und auch speichern. LäBt man einen Wärmeverlust von 25 % im Jahr zu, so muß bei großem Verhältnis der Bodenfläche der Bodenisolation 13 zu den Wandflächen der Seitenisolationen 14 bzw. 141 die verlorene Wärme in den Untergrund 19 etwa 12,5 % der gespeicherter Wärme betragen.the heat conducts better and also stores it. Let there be a loss of heat of 25% per year, so with a large ratio of the floor area of the floor insulation 13 to the wall surfaces of the side insulation 14 or 141 the lost warmth in the underground 19 amount to about 12.5% of the stored heat.

Pro m2 Fläche sind in 25 m3 bei einer Wärmekapazitat des Erdbodens von 1,7 MJ/(m³K) und einer Speicherübertemperatur #t=40°C etwa 25 . 1,7 . 40 = 1,7 GJ gespeichert. 12,5 % davon als Verlustwärme sind 210 MJ in ca. 104 Stunden Der Wärmedurchgang durch die Deckisolation des Speichers darP also 21 kJ/(hm2) betragen.Per m2 of surface there are 25 m3 with a heat capacity of the ground of 1.7 MJ / (m³K) and a storage tank excess temperature # t = 40 ° C about 25. 1.7. 40 = 1.7 GJ saved. 12.5% of this as heat loss is 210 MJ in approx. 104 hours The heat transfer through the top insulation of the storage tank should therefore be 21 kJ / (hm2).

Bei einem Temperaturüberschuß von #t1= 500C ergibt sich damit eine Wärmedurchgangszahl von K=#/d=Q/#t=0,42 kJ/(hm²K) Diese Wärmedurchgangszahl hat eine Isolierschicht, deren Wärmeleitfähigkeit A= 0,42 kJ/(mhK) ist, von der Dicke d=#/K=1 m. Die gleiche Isolation bewirkt eine 30 cm dicke Schaumstoffschicht. Sie kann beispielsweise aus Verbundsteinen mit einem Gerüst aus Blähton, Schlackensteinen, Gasbeton o. ä., innen ausgeschäumt oder mit Schaumstoff gefüllt, bestehen. Eine wasserdichte Isolation ist z. B. durch Anteile von Glas in den Verbundsteinen oder durch aufgebrachte Glasschmelzen o. ä. zu erreichen.With a temperature excess of # t1 = 500C, the result is a Heat transfer coefficient of K = # / d = Q / # t = 0.42 kJ / (hm²K) This heat transfer coefficient has an insulating layer, the thermal conductivity of which is A = 0.42 kJ / (mhK), of the thickness d = # / K = 1 m. The same insulation results in a 30 cm thick layer of foam. she can be made of composite stones with a framework made of expanded clay, cinder blocks, Aerated concrete or similar, foamed inside or filled with foam. One waterproof insulation is e.g. B. by shares of glass in the composite stones or to be achieved by applied glass melts or the like.

Die Wandisolation 14 sollte ebenfalls eine Wärmedurchgangszahl K von 0,42 KJ/(hm2K) haben und ebensc die Deckisolation 12, nur das letztere nicht so druckfest sein muß, Wenn es nötig ist, muß sie sogar Wasser durchlassen, um die Wärme kapazität der aus Erde bestehenden Speicherschicht 16 zu verbessern-.The wall insulation 14 should also have a heat transfer coefficient K of 0.42 KJ / (hm2K) and the top insulation 12, only the latter is not must be pressure-resistant, if necessary, it must even let water through to the Heat capacity of the existing earth storage layer 16 to improve.

Die Speicherschicht 16 kann aus gewachsenem Erdboden, Kies, Kalksteinbruch o. ä. bestehen, der zur besseren Wärmeleitung und Speicherung feucht gehalten wird. Die Wärme wird über die Rohrleitungen 15 mittels des vor Pumpem 17 angetriebenen Wassers im integrierten Wärmeverte 11 system zu-bzw. abgeführt. Eine Konvektion wie bei Wasserspeichern findet bei Erdbodenspeichern nicht statt.The storage layer 16 can consist of natural soil, gravel, limestone quarry or the like, which is kept moist for better heat conduction and storage. The heat is driven via the pipes 15 by means of the pump 17 before it Water in the integrated heat distribution 11 system to or. discharged. A convection as with water storage, does not take place with underground storage.

Die Herstellung einer solchen Speicherzelle erfordert migewöhnlich große Erdarbeiten wie sie im Braunkohlentagebau üblich sind. Vorteilhaft sind Bagger mit 3000 m) Stundenleistung. Sie legen die Sohle 19 des speichers frei, au dem dann die Bodenisolation 13 auf gebracht wird. ZwIschen oen korrosionsfesten Rohrleitungen 15 wird dann der zerkleinerte Erdboden 16 eingefüllt. Uber die Deckisolation 12 -ird Mutterboden 11 aufgetragen, dessen Nutzung unter Umständen von der nach oben vom Speicher abfließenden Wärme profitieren kann. Ein Wärmestrom von 21 kJ/(m²h) kann z. B. die Luft in einem Treibhaus erwärmen, daß über dem Speicher gebaut ist. Zusätzlich wirkt sich die erhöhte Bodenwärme auf das Wachstum günstig aus.The manufacture of such a memory cell requires a lot of usual large earthworks as they are common in lignite mining. Excavators are advantageous with 3000 m) hourly output. They expose the sole 19 of the memory, on which then the floor insulation 13 is brought on. Between the corrosion-proof pipelines 15 the crushed soil 16 is then filled. Over the deck insulation 12 -Is top soil 11 applied, its use may be from the top can benefit from the heat dissipating from the storage tank. A heat flow of 21 kJ / (m²h) can e.g. B. heat the air in a greenhouse that is built over the memory. In addition, the increased warmth of the soil has a positive effect on growth.

Auf lange Sicht wird man ohne sehr große Speicher dieser Art nicht auskommen, aber sie sind bei einer schrittweisen Einführung eines solchen Systems keine Vorbedingung. Es kommt vielmehr darauf an, daß der Gesetzgeber die Niedrigtemperaturheizung für neu zu errichtende Gebäude vorscareibt und neue Fernheizsysteme grundsätzlich für Niedrigtemperatur auslegen läßt.In the long run you will not be without a very large memory of this type get along, but they are in the process of gradually introducing such a system no precondition. Rather, what matters is that the legislature allows low-temperature heating for new buildings to be erected and new district heating systems in principle can be designed for low temperatures.

Sollen fossile Brennstoffe in größerem Umfang eingespart werden, so muß in hohem Maße Sonnenenergie eingefangen und gespeichert werden. Hierzu ist zu empfehlen, daß jeder Hausbesitzer auf seinem Dach Sonnenkollektoren anbringt, durch die Sonnenkollektoren aus der Rücklaufleitung 5 entnommenes Kaltwasser zum Aufheizen leitet und dieses so erwärmte Wasser bei fehlendem Eigenbedarf über die Vorlaufleitung 4 an den Pool verkauft. Aber die dadurch a-=fgenommene Energie wird kaum ausreichen, den Jahreswärmemengenbedarf zu decken, selbst wenn alle Industriegelände und Parkplätze in passender Höhe mit Sonnenkollektoren überbaut werden sollten.If fossil fuels are to be saved on a larger scale, so must to a large extent captured and solar energy get saved. For this it is recommended that every homeowner have solar panels on his roof attaches cold water withdrawn from the return line 5 by the solar collectors for heating and this so heated water over if there is no personal use the supply line 4 sold to the pool. But the energy absorbed by it will hardly be sufficient to cover the annual heat demand, even if all industrial sites and parking spaces at a suitable height should be built over with solar panels.

Aus der Serie "Forschung Aktuell Sonnenenergie II des Umschau-Verlages 1977 kann als ungünstigste jährliche Sonneneinstrahlungsleistung 780 kWh/(m²e)im Ruhrgebiet entnommen werden. Wird bei einer Sonnenkollektoranlage mit einem Wirkungsgrad von 30 % und mit 2,2 m2 Stellfläche für 1 m2 Kollektorfläche gerechnet, so ist theoretisch für 4,2 1015 kJ eine Fläche von 4,2 . 1015 kJ . 2,2 F= # = 11 000 km² erforderlich, 780 . 3,6 . 103 . 0,3 wenn nur Sonnenenergie zum Heizen bereit. stünde und keine Abwärme zurückgewonnen würde. Als Kraftwerksabwärme werden aber z. B 1980 etwa 85 Mio t SEE abfallen, was allein schon fast 2,5 .1015 kJ, also 60 % des gesamten Heizenergiebedarfs ausmacht.From the series "Research Current Solar Energy II" by Umschau-Verlag In 1977 the worst annual solar irradiation output could be 780 kWh / (m²e) im Can be taken from the Ruhr area. Is used in a solar collector system with an efficiency of 30% and 2.2 m2 of floor space for 1 m2 of collector surface is theoretical for 4.2 1015 kJ an area of 4.2. 1015 kJ. 2.2 F = # = 11,000 km² required, 780 3.6. 103. 0.3 if only solar energy is available for heating. and none Waste heat would be recovered. As power plant waste heat z. B 1980 about 85 Million tons of SEE fall, which alone is almost 2.5,1015 kJ, i.e. 60% of the total heating energy requirement matters.

Bekanntlich brauchen Pflanzen zur Fotosynthese nur die violetten (##410 nm) und die sichtbaren roten Anteile (##650 nm) des Sonnenstrahlungsspektrums.It is well known that plants only need the purple ones for photosynthesis (## 410 nm) and the visible red components (## 650 nm) of the solar radiation spectrum.

FIG. 3 zeigt die Wirkungsgradkurve) = f (A) der Fotosynthese über der Wellenlänge A des Lichts. Für eine optimale Fotosyntheseleistung ist eine Beleuchtungsstärke von 10 000 Lux und eine Umgebungstemperatur von 3300 besonders günstig. Der Rest des Strahlungsspektrums kann für andere Zwecke verwertet werden. Stehen die Pflanzen warm genug, so genügt auch eine geringere Beleuchtungsstärke durch das Sonnenlicht. Es ist deshalb vorteilhaft, über den Speichern 1 (FIG. 2), die in die Erde eingebaut sind, Treibhäuser anzulegen und Sonnenkollektoren zu entwickeln, die zugleich Treibhausdachfläche sind und die das rote und das blaue Licht durchlassen und lediglich den Rest der Strahlung absorbieren und damit in Wärme umwandeln.FIG. 3 shows the efficiency curve) = f (A) of photosynthesis over the wavelength A of light. An illuminance is required for optimal photosynthesis performance of 10,000 lux and an ambient temperature of 3300 particularly favorable. The rest of the radiation spectrum can be used for other purposes. Stand the plants warm enough, a lower illuminance from sunlight is sufficient. It is therefore advantageous to have memories 1 (FIG. 2) built into the ground are to create greenhouses and develop solar collectors, which are also greenhouse roof areas and which let the red and blue light through and only the rest of the Absorb radiation and convert it into heat.

Unter Umständen ist es auch sinnvoll, die Speicher mit "Winterhäusern" zu überbauen, in denen die Menschen in Zeiten größerer Energieknappheit in der kalten Jahreszeit sich aufhalten. Diese Häuser sollten optimal isoliert sein, mit Niedrigtemperaturheizungen und für Abwärmerückgewinnung versehen sein und sollten auf den Dach die Treibhäuser mit selektiv wirkenden Sonnenkollektordächern tragen.Under certain circumstances it is also useful to have the storage facilities with "winter houses" to overbuild in which people in times of greater energy shortages in the cold Season to stay. These houses should be optimally insulated, with low temperature heating and for waste heat recovery and should be on the roof of the greenhouses wear with selective acting solar collector roofs.

Aber auch Wiesen und Felder können insbesondere in der Nähe der Städte mit gitterförmigen selektiv wirkenden Sonnenkollektoren überbaut werden, ohne daß der landwirtschaftliche Ertrag nennenswert zurückgeht In vorteilhafter Weise wird die Wärmemengenmessung sowohl zur Abrechung als auch zur Regelung des Systems in einem Telemetrienetz, das mit dem Fernsprechnetz integriert werden kann, durchgeführt. Als Meßgrößen sind Durchflußmenge und Temperaturdifferenzen zwischen entnommener und zurückgeführter Wärme geeignet. Zur Berechnung können Tageszeit, Jahreszeit, Leitungskostenanteil, Außentemperatur, Wärmepumpenanteil u. ä. als zusätzliche Parameter in die R.cnnung eingeführt werden. Gerade das Pool system und eine exakte Abrechnung der entnommenen und eingespeisten Tjärme menge fördert Investitionen zur Energieeinsparung Jener private Sonnenkollektor kann im Sommer für den Eigenbedarf nicht benötigte Wärmemengen an das System abgeben, die verrechnet und für kalte Tage im Speicher aufbewahrt werden Dasselbe gilt in noch höherem Maße für Prozeßwärme und Kraftwerksabwärme, die mit dem integrierten Netz einen wirkungsvollen Kühlwasserkreislauf bekommen und unweltbelastende Kühl türme, insbesondere der Kernkraftwerke,überflüssig machen.But meadows and fields can also be found, especially in the vicinity of cities be built over with grid-shaped, selectively acting solar collectors without the agricultural yield decreases appreciably in an advantageous manner the heat quantity measurement both for billing and for controlling the system in a telemetry network that can be integrated with the telephone network. The measured variables are the flow rate and temperature differences between removed and returned heat. Time of day, Season, line cost share, outside temperature, heat pump share, etc. as additional Parameters are introduced into the control. Especially the pool system and an exact one Settlement of the amount of heat removed and fed in promotes investments for energy saving That private solar collector can be used in summer for own use Unnecessary amounts of heat are released into the system, which are offset and for cold Days of Storage in Storage The same is true to an even greater extent for process heat and power plant waste heat, which, with the integrated network, form an effective cooling water cycle and environmentally harmful cooling towers, especially those of nuclear power plants, are superfluous do.

Das erfindungsgemäße Wärmeverteil- und Speichersystem ist besonders für Großstädte und Ballungsräume geeignet. Aber auch Dörfer und Kleinstädte können das erfindungsgemi?e System als abgeschlossene Einheit mit Vorteil betreiben.The heat distribution and storage system according to the invention is special suitable for large cities and metropolitan areas. But also villages and small towns can operate the system according to the invention as a self-contained unit with advantage.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht es, im Prinzip das Energieproblem, soweit es die Heizung betrifft, ohne fossile Brennstoffe zu lösen. Lediglich Atomkraftwerke sind unumgänglich zur Lieferung des Stromes, mit dem alle Arten von Pumpen und Wärmepumpen zu betreiben sind. Die Kraftwerksabwärme ist dabei eine entscheidende Wärmequelle neben der Sonnenenergie.The system according to the invention makes it possible in principle to solve the energy problem as far as heating is concerned, without solving fossil fuels. Only nuclear power plants are essential for the supply of electricity with which all types of pumps and heat pumps are to be operated. The power plant waste heat is a crucial heat source next to solar energy.

Claims (7)

Patentansprüche 1. Integriertes Wärmeverteil- und Speichersystem für Sieirigtemperaturheizung, vorzugsweise von Gebäuden, mit Wärmerückgewinnung und Langzeitwärmespeicherung und einem geschlossenen Wasserkreislauf als Wärmetransportmedium, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: 1) Ein Fernwärmeversorgungsnetz (4 bis 7) mit niedrigen Vorlauftemperaturen (ca. 500C) versorgt die Gebäude (8) mit Heizwasser, 2) Langszeitwärmespeicher (1), als wärmeisolierte feuchte Erdschicht ausgebildet, sorgen für die Speicherung von zeitweise nicht benötigter Energie, 3) als Wärmequellen sind Wärmekraftwerke (2), deren Kühlung das Fernwärmenetz oder die Langzeitwärmespeicher (1) übernehmen, Sonnenkollektoren (3), abfallende Brozeßwärme und in Gebäuden wiedergewonnene Wärme vorgesehen, 4) die Heizung in den Gebäuden (8) erfolgt bei ausreichender Vorlauftemperatur direkt aus dem Bernwärmenetz mittels Niedrigtemperaturheizkörper und bei unzureichender Vorlauftemperatur mittels zentraler oder dezentraler Wärmepumpen (9), die das Fernwärmenetz als Primärwärmequelle nutzen, 5) Abwärme kann äe nach Temperatur an j jeder Stelle in das Netz in den Vorlauf (4) und/oder Rücklauf (5) eingespeist werden, 6) die dem Netz entnommene Wärmemenge wird nach Dur&nflußmenge des Wassers, Temperatur und Datum den Verbraucher berechnet, zugeführte Wärme entsprechend vergütet, 7) das System wird schrittweise als Fernwärmenetz für Niedrigtemperaturheizung zum Wärmepool ausgebaut. Claims 1. Integrated heat distribution and storage system for Sieirig temperature heating, preferably of buildings, with heat recovery and long-term heat storage and a closed water cycle as a heat transport medium, characterized by the combination of the following features: 1) A district heating supply network (4 to 7) with low flow temperatures (approx. 500C) supplies the buildings (8) with heating water, 2) long-term heat storage (1), as a thermally insulated, moist layer of earth trained, ensure the storage of temporarily unneeded energy, 3) as heat sources are thermal power plants (2) whose cooling is the district heating network or the long-term heat storage (1) take over, solar collectors (3), falling process heat and provide for heat recovered in buildings, 4) the heater in the buildings (8) takes place directly from the Bern heating network if the flow temperature is sufficient by means of low-temperature radiators and, if the flow temperature is insufficient, by means of centralized or decentralized heat pumps (9) that use the district heating network as the primary heat source use, 5) Waste heat can - depending on the temperature - at any point in the network Feed (4) and / or return (5) are fed in, 6) the ones taken from the network The amount of heat is determined by the amount of water flowing through, temperature and date to the consumer calculated, supplied heat remunerated accordingly, 7) the system is gradually expanded as a district heating network for low-temperature heating to form a heat pool. 2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch große Querschnitte der Rohrleitungen.2. System according to claim 1, characterized by large cross-sections of the pipelines. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Langzeitwärmespeicher mit einer Wärmeisolation, deren Wärme durchgangszahl K erz 0,4 kJ/(hm2K) ist, einer feuchten Boden-oder Gesteinsschicht (16) mit einer Bodenisolation (13) in 15 - 25 m Tiefe, einer Deckisolation (12) unterhalb der Erdoberfläche, einer Ausdehnung in der Größenordnung von km2, mit Rohrleitungen (15) zum Wärmeaustausch und mit Zwischenwänden (141) zur getrennten Wärmespeicherung.3. System according to claim 1 or 2, characterized by long-term heat storage with a thermal insulation whose heat transfer coefficient K ore is 0.4 kJ / (hm2K), one moist soil or rock layer (16) with a soil insulation (13) in 15-25 m depth, a cover insulation (12) below the earth's surface, an expansion of the order of km2, with pipes (15) for heat exchange and with Partition walls (141) for separate heat storage. 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eines Speichers (1) für die Landwirtschaft, Forstwirtschaft, für Treibhäuser und/oder Wohnhäuser genutzt wird.4. System according to claim 3, characterized in that the surface a memory (1) for agriculture, forestry, for greenhouses and / or Residential buildings is used. 5. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch Sonnenkollektoren (5)'als Energiecuellen, die Wasser aus dem Rücklauf (5) des Fernwärmenetzes erwärmen und deren Bauweise es erlaubt, unter ihnen P2lanzen wachsen zu lassen.5. System according to one of the preceding claims, characterized by solar collectors (5) 'as energy sources, the water from the return (5) of the district heating network and their construction allows P2 lances among them to let it grow. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenkollektoren (3) für die roten und violetten Spektralanteile des Sonnenlichtes durchlässig sind.6. System according to claim 5, characterized in that the solar panels (3) are transparent to the red and violet spectral components of sunlight. 7. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein integriertes Wärmemeß- und Abrechnungssystem, gekoppelt mit dem Fernsprechnetz, das Temperatu:Wrerteilung und Durchflußmenge des Zu- und Ablaufs mit aaressierter Abfrage zentral erfaßt zur Netzbeobachtung und C-ebührenabrechnung.7. System according to one of the preceding claims, characterized through an integrated heat measurement and billing system, coupled with the telephone network, the temperature: distribution and flow rate of the inflow and outflow with aaressierte Query recorded centrally for network monitoring and C-fee accounting.