DE3302324C2

DE3302324C2 -

Info

Publication number: DE3302324C2
Application number: DE3302324A
Authority: DE
Inventors: Nikolaos Dr.Rer.Nat. 7000 Stuttgart De Malatidis
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1983-01-25
Filing date: 1983-01-25
Publication date: 1987-06-11
Also published as: DE3302324A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Wärmespeicher baustein nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a heat accumulator Building block according to the preamble of claim 1.

Aus der DE-AS 26 02 530 und aus der DE-OS 29 26 960 sind An ordnungen zur Speicherung von Solarstrahlungsenergie be kannt, bei denen die z. B. durch Sonnenkollektoren aufgenom mene, in ihrer Intensität schwankende Strahlungsenergie über einen Kollektor zunächst als Wärme an ein Strömungsmittel, meist Wasser, abgegeben und durch ein Leitungssystem, in das ein Wärmespeicher eingeschaltet ist, einem Wärmeverbraucher, z. B. einer Raumheizung, zugeführt wird. Diese bekannten An ordnungen sind wegen des ausgedehnten Strömungsmittelkreis laufs und der baulich getrennten Anordnung von Solarkollek tor, Strömungsmittel-Leitungen, Wärmespeicher und Raumheiz körper aufwendig in Platzbedarf und Baukosten sowie mit er heblichen Wärmeverlusten behaftet.From DE-AS 26 02 530 and from DE-OS 29 26 960 to regulations for the storage of solar radiation energy be knows where the z. B. by solar panels radiation energy fluctuating in intensity a collector first as heat to a fluid, mostly water, released and through a pipe system into which a heat store is switched on, a heat consumer, e.g. B. a space heater is supplied. This well-known An Orders are due to the extensive fluid circuit Laufs and the structurally separate arrangement of solar collector gate, fluid lines, heat storage and space heating body consuming in space and construction costs as well as with it significant heat loss.

In der FR 23 03 250 ist ein Wärmespeicherbaustein für Gebäude zum Speichern von Solarstrahlungsenergie beschrie ben, der aus einem quaderförmigen, in die Wand eines Gebäu des einsetzbaren flachen Kasten besteht, der eine der Solar strahlung zugewandte, großflächige Außenwand und eine gleichflächige, dem Innenraum des Gebäudes zugewandte Innen wand, sowie eine obere und eine untere schmale Seitenwand aufweist und der mit einer Latentspeichermasse gefüllt ist, wobei der Kasten mit seiner Außenwand einen Teil der Außen fläche des Gebäudes bildet und einen die Solarstrahlung auf fangenden Kollektor aufweist. Dieser bekannte Wärmespei cherbaustein weist zwar die Nachteile der eingangs genann ten Anordnungen zur Speicherung von Solarstrahlungsenergie nicht auf, hat aber die ungünstige Eigenschaft, daß bei ihm die Wärmeübertragung zwischen dem Kollektor und der Spei chermasse konvektiv erfolgt, und zwar durch am Kollektor aufgeheizte Luft, die durch einen Kanal zirkuliert und da bei Wärme an die Speichermasse abgibt. Diese Art der Wärme übertragung hat zur Folge, daß der dünne, jalousieartige Kollektor während der Aufladung des Speicherbausteins hohe Temperaturen annimmt, die entsprechend hohe Wärmever luste zur Folge haben.In FR 23 03 250 there is a heat storage module for Building described for storing solar radiation energy ben, from a cuboid, into the wall of a building of the usable flat box, which is one of the solar radiation-facing, large outer wall and a equal interior facing the interior of the building wall, as well as an upper and a lower narrow side wall and which is filled with a latent storage mass, the box with its outer wall being part of the outer surface of the building and the solar radiation catching collector. This well-known heat spit cherbaustein has the disadvantages of the beginning Arrangements for storing solar radiation energy not on, but has the unfavorable property that with him the heat transfer between the collector and the Spei This is done convectively, namely on the collector heated air circulating through a duct and there releases heat to the storage mass. That kind of warmth has the consequence that the thin, blind-like Collector during charging of the memory module high Adopts temperatures, the correspondingly high heat to cause lust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Speichereffek tivität der bekannten Anordnung zu verbessern. Als zur Lösung dieser Aufgabe wesentlich werden bei einem Wärmespeicherbaustein gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die im Kennzeichnungsteil enthaltenen Merkmale vorgeschlagen.The invention has for its object the memory effect tivity to improve the known arrangement. As for solving this task become essential for a heat storage module according to the preamble of claim 1, the features contained in the labeling part suggested.

Die Verwendung von Wärmerohren, die in gut wärmeleitendem Kontakt mit Rippen eines Wärmespeichers stehen, ist an sich aus der DE-AS 26 02 530 bekannt. Für diese Maßnahme wird daher für sich allein kein Schutz begehrt sondern nur in Verbindung mit dem aus den genannten Druck schriften Bekannten.The use of heat pipes that are good in heat conduction There is contact with the ribs of a heat accumulator known from DE-AS 26 02 530. Protection alone is therefore not sought for this measure but only in connection with that from the mentioned print wrote acquaintances.

Von wesentlicher Bedeutung für die Funktion der erfindungsgemäßen und anderer, unter ähnlichen Betriebsverhältnissen arbeitender Wärmespeicheranordnungen ist auch die in dem Speicherbehälter befindliche Latentspeichermasse. Solche Speichermassen sind z. B. in Spalte 4 der DE-AS 26 02 530 angegeben. Sie weisen alle gewisse Nachteile, wie geringe Wärmeleitfähigkeit, nicht ausreichendes Wärmespeichervermögen, für Raumheizzwecke durch Solarenergie nicht geeignete Umwandlungstemperatur oder Entmischung beim Phasenwechsel auf.The latent storage mass located in the storage container is also of essential importance for the function of the heat storage arrangements according to the invention and other heat storage arrangements operating under similar operating conditions. Such storage masses are e.g. B. specified in column 4 of DE-AS 26 02 530. They all have certain disadvantages, such as low thermal conductivity, insufficient heat storage capacity, transition temperature which is unsuitable for space heating purposes by solar energy, or segregation during phase change.

Zur Vermeidung dieser Mängel wird als Latentspeichermasse das anorganische eutektische Gemisch ausTo avoid these shortcomings is called latent storage mass the inorganic eutectic mixture

61,5 Gew.-% Mg(NO₃)₂ · 6 H₂O (Magnesiumnitrathexahydrat) und
38,5 Gew.-% NH₄NO₃ (Ammoniumnitrat) vorgeschlagen, das61.5 wt .-% Mg (NO₃) ₂ · 6 H₂O (magnesium nitrate hexahydrate) and
38.5 wt .-% NH₄NO₃ (ammonium nitrate) proposed that

ein Eutektikum bei 50°C bildet, gut wärmeleitend ist, ein hohes Wärmespeichervermögen aufweist und sich beim Schmelz- bzw. Erstarrungsvorgang nicht zersetzt.forms a eutectic at 50 ° C, is a good heat conductor has high heat storage capacity and or solidification process does not decompose.

Ein wesentlicher Vorteil des Wärmespeicherbausteins gemäß der Erfindung besteht darin, daß die in ihm speicherbare Energie im wesentlichen doppelt so groß ist wie diejenige, die von einem Wärmebaustein gemäß dem Stand der Technik unter gleichen Voraussetzungen gespeichert wird.A major advantage of the heat storage module according to the invention is that the storable in it Energy is essentially twice that that of a heat module according to the prior art is saved under the same conditions.

Im folgenden werden zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigtThe following are two embodiments of the invention of the drawings. It shows

Fig. 1 einen Wärmespeicherbaustein mit gegenüber der Ka stenaußenseite vergrößerter Kollektorfläche in per spektivischer Darstellung, Fig. 1 shows a heat storage block with respect to the Ka stenaußenseite enlarged collector in per spectral representation TiVi shear,

Fig. 2 den Wärmespeicherbaustein nach Fig. 1 in einem Längsschnitt senkrecht zur Kollektorfläche, wesent lich vergrößert und zwischen zwei Rippen unterbro chen, Fig. 2 shows the heat storage module according to Fig. 1 in a longitudinal section perpendicular to the collector, enlarged Wesent Lich and Chen between two ribs unterbro,

Fig. 3 den Wärmespeicherbaustein nach Fig. 1 in Frontan sicht, längs und quer unterbrochen, Fig. 3 shows the heat storage module according to Fig. 1 in view Frontán, longitudinally and transversely interrupted,

Fig. 4 perspektivisch eine andere Ausführung des Wärmespeih cherbausteins, bei der die Außenfläche der Innenwand des Kastens einem zu beheizenden Raum zugewandt ist, Fig. 4 shows in perspective a different embodiment of the Wärmespeih cherbausteins, wherein the outer surface of the inner wall of the box facing a room to be heated,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Wärmespeicherbaustein nach der Fig. 4 in Lage und Maßstab entsprechend der Fig. 2. Fig. 5 shows a longitudinal section through the heat storage device according to FIG. 4 in position and scale corresponding to FIG. 2.

Fig. 6 eine Frontansicht des Wärmespeicherbausteins nach Fig. 5. FIG. 6 shows a front view of the heat storage module according to FIG. 5.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Wärmespeicherbaustein mit einem flachen Kasten 1 ist in die Wand 14 eines Gebäudes oder Raumes als kompaktes Bauelement so eingesetzt, daß die Außenfläche 2 a seiner Außenwand 2 als Kollektorfläche einer Strahlungsquelle, vorzugsweise direkter oder diffuser Solar strahlung, zugewandt ist. Im Inneren des Kastens 1 befindet sich eine Latentspeichermasse 13, die bei einer vorgegebenen Temperatur während eines Aufheiz- bzw. Abkühlvorgangs eine Änderung ihres Aggregatzustandes erfährt und dabei er hebliche Wärmemengen aufnimmt bzw. abgibt.The heat storage block as shown in FIGS. 1 to 3 with a flat box 1 is inserted in the wall 14 of a building or room in a compact device such that the outer surface 2 a of its outer wall 2 as a collector of a radiation source, preferably a direct or diffuse solar radiation, is facing. Inside the box 1 there is a latent storage mass 13 , which experiences a change in its physical state at a predetermined temperature during a heating or cooling process and thereby absorbs or emits considerable amounts of heat.

Die an der als Kollektorfläche ausgebildeten Außenfläche 2 a in Wärme umgewandelte Strah lungsenergie wird mit Hilfe von auf der gesamten Innenfläche 2 i der Außenwand 2 des Kastens 1 wärmeleitend angeordneten, parallelen Rippen 4, welche fast bis zu der Innenwand 3 rei chen, an die sie umgebende Speichermasse 13 abgegeben.The radiation energy converted to heat on the outer surface 2 a, which is designed as a collector surface, is arranged on the entire inner surface 2 i of the outer wall 2 of the box 1 in a heat-conducting manner, parallel ribs 4 , which extend almost to the inner wall 3 , to which they are applied surrounding storage mass 13 released .

Die Gesamtheit der Rippen 4 ist etwa senkrecht zu ihnen von mehreren Wärmerohren 7 durchsetzt, die bis nahe an die unte re schmale Seitenwand 8 des Kastens 1 reichen und durch des sen obere, lösbare schmale Seitenwand 9 dichtend herausra gen. Die auch als "heat pipes" bekannten und z. B in den eingangs zum Stande der Technik genannten Druckschriften be schriebenen Wärmerohre 7 bewirken einen besonders guten Wär metransport von den Rippen 4 bzw. aus der Speichermasse 13 zu an ihren oberen Enden 10 vorgesehenen Wärmetau schern 11, die in einen Heiz- oder Brauchwasserkreislauf 12 eingeschaltet sind und über die dem Wärmespeicherbaustein die von der Außenfläche 2 a aufgenommene und in der Spei chermasse 13 gespeicherte Wärme entnommen werden kann. The entirety of the ribs 4 is interspersed approximately perpendicular to them by a plurality of heat pipes 7 , which extend up to close to the narrow narrow side wall 8 of the box 1 and through which the upper, detachable narrow side wall 9 sealingly protrudes. Also known as "heat pipes "known and z. B in the publications mentioned at the beginning of the prior art be described heat pipes 7 cause a particularly good heat transfer from the ribs 4 or from the storage mass 13 to the upper ends 10 provided heat exchanger 11 which are switched on in a heating or process water circuit 12 are and via which the heat storage module, the heat absorbed by the outer surface 2 a and stored in the storage mass 13 can be removed.

Zur Vergrößerung der Außenfläche 2 a ist an der Außenwand 2 des Kastens 1 ein nach allen Seiten über den Kasten 1 vorste hender Rand 6 vorgesehen, der bei eingebautem Kasten 1 mit der Gebäudewand 14 fluchtet.To enlarge the outer surface 2 a is provided on the outer wall 2 of the box 1 on all sides over the box 1 vorste existing edge 6 , which is flush with the building wall 14 when the box 1 is installed.

Die in den Fig. 4 bis 6 mit denselben Bezugszahlen dar gestellte Ausführungsform eines Wärmespei cherbausteins unterscheidet sich von der vorstehend be schriebenen hauptsächlich dadurch, daß der die Latentspei chermasse 13 enthaltende Kasten 1 die Gebäudewand 14 ganz durchdringt, so daß die Außenfläche 3 a seiner Innenwand 3 einem Raum zugewandt ist und einen Heizkörper für diesen Raum bildet, der mit der als Kollektorfläche ausgebildeten Außenfläche 2 a und dem Wärmespei cherbaustein als kompaktes Bauelement ausgeführt ist. Dabei ist die Innenwand 3 des Kastens 1 durch die Rippen 4 mit der Außenwand 2 wärmeleitend verbunden, wodurch ein guter Wärme übergang von der Außenwand 2 zur Außenfläche 3 a be wirkt wird. Durch Anordnung einer weiteren Wand im Ab stand vor der Innenwand 3 wird eine Doppelwand 3 c gebildet, in deren Zwischenraum 3 b sich elektrische Heizwiderstände 15 befinden. Durch diese kann z. B. mittels billigen Nachtstroms eine Aufladung des Wärmespeicherbausteins oder eine direkte Beheizung des Raumes erfolgen, wenn der Raum über die Außenwand 2 nicht oder nicht ausreichend erwärmt wird.The through 6 with the same reference numbers are supplied in the Fig. 4 embodiment of a thermal storage cherbausteins differs from the above be written mainly in that the Latentspei chermasse 13 containing box 1, the building wall 14 completely penetrates so that the outer surface 3 a of its inner wall 3 faces a room and forms a radiator for this room, which is designed as a compact component with the outer surface 2 a designed as a collector surface and the heat storage module. The inner wall 3 of the box 1 is connected in a heat-conducting manner by the ribs 4 to the outer wall 2 , as a result of which good heat transfer from the outer wall 2 to the outer surface 3 a acts. By arranging another wall in the stand before the inner wall 3 , a double wall 3 c is formed, in the space 3 b there are electrical heating resistors 15 . Through this z. B. by cheap night electricity charging the heat storage device or direct heating of the room if the room is not or not sufficiently heated via the outer wall 2 .

Dabei sind, wie zu den Fig. 1 bis 3 erläutert, auch bei dieser Ausführungsform mit durch die Wand gehendem Kasten 1 Wärmerohre 7 vorgesehen, welche die Rippen 4 eng an liegend durchdringen und über Wärmetauscher 11 eine Wärme entnahme aus dem Wärmespeicherbaustein auch über einen Heiz- oder Brauchwasserkreislauf 12 ermöglichen. Here, as explained in connection with FIGS . 1 to 3, heat pipes 7 are also provided in this embodiment with a box 1 going through the wall, which penetrate the ribs 4 closely and, via heat exchangers 11, take heat from the heat storage module also via a heater - or enable hot water circuit 12 .

Zur Anpassung des Wärmeflusses auf der Kollektorseite bzw. auf der Heizflächenseite dieses Wärmespeicherbausteins ist es vorteilhaft, wenn an der Außenwand 2 und/oder an der Doppelwand 3 c Einrichtungen zu deren zeitweiliger, wärmeisolierender Abdeckung, z. B. eine Jalousie oder Klappen aus wärmedämmenden Werkstoff vorgesehen sind. Dadurch können Wärmeverluste an den genannten Flächen vermieden oder vermindert werden.To adjust the heat flow on the collector side or on the heating surface side of this heat storage module, it is advantageous if on the outer wall 2 and / or on the double wall 3 c devices for their temporary, heat-insulating cover, for. B. a blind or flaps made of insulating material are provided. As a result, heat losses on the surfaces mentioned can be avoided or reduced.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn zwischen der Innenwand 3 und der Doppelwand 3 c des Kastens 1 Wärmebrücken, z. B. in Form von metallischen Stegen, vorgesehen sind, die den Wärmeübergang von 3 nach 3 c verbessern.It is also useful if 1 between the inner wall 3 and the double wall 3 c of the box 1 thermal bridges, for. B. in the form of metallic webs are provided, which improve the heat transfer from 3 to 3 c .

Claims

1. Wärmespeicherbaustein für Gebäude zum Speichern von So larstrahlungsenergie, bestehend aus einem quaderförmigen, in die Wand eines Gebäudes einsetzbaren flachen Kasten, der eine der Solarstrahlung zugewandte, großflächige Außenwand und eine gleichflächige, dem Innenraum des Gebäudes zuge wandte Innenwand, sowie eine obere und eine untere schmale Seitenwand aufweist und der mit einer Latentspeichermasse gefüllt ist, wobei der Kasten mit seiner Außenwand einen Teil der Außenfläche des Gebäudes bildet und einen die So larstrahlung auffangenden Kollektor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen wand (2) als Kollektorfläche ausgebildet ist, und daß an der Innenfläche (2 i) der Außenwand (2) parallel angeordnete Rippen (4) befestigt sind, die die Speichermasse (13) wärmeleitend durchsetzen, wobei die Rippen (4) in gut wärmeleitendem Kon takt mit etwa senkrecht zu ihnen sie durchsetzenden Wärme rohren (7) stehen, deren Enden aus der oberen schmalen Sei tenwand (9) des Kastens (1) herausragen und als in Heiz- oder Brauchwasserkreisläufe (12) eingeschaltete Wärmetau scher (11) ausgebildet sind.1.Heat storage block for buildings for storing solar radiation energy, consisting of a cuboid flat box which can be inserted into the wall of a building and which has a large-area outer wall facing solar radiation and a flat inner wall facing the interior of the building, as well as an upper and one has lower narrow side wall and which is filled with a latent storage mass, the box with its outer wall forms part of the outer surface of the building and has a solar radiation collecting collector, characterized in that the outer wall ( 2 ) is designed as a collector surface, and that on the inner surface ( 2 i) of the outer wall ( 2 ) are arranged parallel ribs ( 4 ) which pass through the storage mass ( 13 ) in a heat-conducting manner, the ribs ( 4 ) in good heat-conducting contact with approximately perpendicular to them penetrating heat stand pipes ( 7 ), the ends of the upper narrow Be tenwand ( 9 ) of the Are formed protrude box (1) and a shear-in heating or hot water circuits (12) switched Wärmetau (11).

2. Wärmespeicherbaustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen wand (2) in der Außenfläche des Gebäudes fluchtend angeord net ist, wobei die Außenwand (2) größer ist als der anlie gende Kastenquerschnitt.2. Heat storage module according to claim 1, characterized in that the outer wall ( 2 ) in the outer surface of the building is aligned angeord net, the outer wall ( 2 ) is larger than the appendage box cross-section.

3. Wärmespeicherbaustein nach Patenanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (4) in einem Abstand vor der zur Außenwand (2) parallelen Innenwand (3) des Kastens (1) enden. 3. Heat storage module according to claim 1 or 2, characterized in that the ribs ( 4 ) end at a distance in front of the parallel to the outer wall ( 2 ) inner wall ( 3 ) of the box ( 1 ).

4. Wärmespeicherbaustein nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen fläche (3 a) der Innenwand (3) des Kastens (1) einem zu be heizenden Raum zugewandt ist.4. Heat storage module according to claim 1 or 2, characterized in that the outer surface ( 3 a) of the inner wall ( 3 ) of the box ( 1 ) faces a space to be heated.

5. Wärmespeicherbaustein nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (4) mit der Außen- und der Innenwand (2 bzw. 3) des Kastens (1) verbunden sind.5. Heat storage module according to claim 4, characterized in that the ribs ( 4 ) with the outer and inner walls ( 2 and 3 ) of the box ( 1 ) are connected.

6. Wärmespeicherbaustein nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zu beheizenden Raum zugewandte Innenwand (3) des Kastens (1) als Doppelwand (3, 3 c) ausgebildet ist, deren Zwischenraum (3 b) elektrische Heizwiderstände (15) oder Kanäle für den Durchfluß eines erhitzten Fluids enthält.6. Heat storage module according to claim 5, characterized in that the inner wall ( 3 ) of the box ( 1 ) facing the space to be heated is designed as a double wall ( 3, 3 c) , the intermediate space ( 3 b) of electrical heating resistors ( 15 ) or channels contains for the flow of a heated fluid.

7. Wärmespeicherbaustein nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wänden (3, 3 c) der Doppelwand wärmeleitende Brücken vor gesehen sind.7. Heat storage module according to claim 6, characterized in that between the walls ( 3, 3 c) of the double wall, thermally conductive bridges are seen before.

8. Wärmespeicherbaustein nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen wand (2) des Kastens (1) und/oder die als Heizfläche wirken de Doppelwand (3 c) der Innenwand (3) mit Einrichtungen zu ihrer zeitweisen, wärmeisolierenden Abdeckung, bspw. mit einer Jalousie oder mit Klappen aus wärmeisolierendem Mate rial, versehen sind. 8. Heat storage module according to one of claims 1 to 7, characterized in that the outer wall ( 2 ) of the box ( 1 ) and / or act as a heating surface de double wall ( 3 c) of the inner wall ( 3 ) with devices for their temporary use, heat-insulating cover, for example with a blind or with flaps made of heat-insulating material.

9. Wärmespeicherbaustein insbesondere nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Latent speichermasse (13) ein anorganisches eutektisches Gemenge aus 61,5 Gew.-% Magnesiumnitrathexahydrat (Mg(NO₃)₂ · 6H₂O) und 38,5 Gew.-% Ammoniumnitrat (NH₄NO₃) dient.9. Heat storage module in particular according to one of the claims 1 to 8, characterized in that an inorganic eutectic mixture of 61.5% by weight magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO ₃ ) ₂ .6H ₂ O) and 38 as latent storage mass ( 13 ), 5 wt .-% ammonium nitrate (NH ₄ NO ₃ ) is used.