CH624752A5

CH624752A5 - Heat accumulator arranged in the ground for heating a building

Info

Publication number: CH624752A5
Application number: CH372577A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Schlatter
Original assignee: Friedrich Schlatter
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1977-03-24
Publication date: 1981-08-14
Also published as: DE2812827C2; DE2812827A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen im Erdreich angeordneten Wärmespeicher für die Speicherung von Wärme für die Beheizung eines Bauwerks, mit Mittel zur Durchführung eines Wärmeträgers durch das Wärmespeichermedium, mit 55 einer Wärmeisolation gegen vorzeitiges Entweichen der Wärme. The invention relates to a heat accumulator arranged in the ground for storing heat for heating a building, with means for carrying out a heat transfer medium through the heat storage medium, with a thermal insulation against premature escape of the heat.

Bekannte Speicher bestehen aus einem Wassertank von z. B. ca. 6 m3 Inhalt, der von einigen Tonnen faustgrosser Steine umgeben ist. Solche Speicher können bei einer Son- 60 nenenergieheizung für etwa vier sonnenlose Tage Heizenergie speichern, bezogen auf ein Einfamilienhaus von ca. 140 m2 Wohnfläche. Known memory consist of a water tank of z. B. approx. 6 m3 content, which is surrounded by a few tons of fist-sized stones. With a solar energy heating system, such storage can store heating energy for about four days without sun, based on a single-family house of approx. 140 m2 living space.

Es ist Ziel dieser Erfindung, einen Wärmespeicher vorzuschlagen mit geringen Unterhaltskosten und bei welchem 65 eine Unfallgefahr ausgeschlossen ist, wie sie bei einem Heiss-wassertank besteht. The aim of this invention is to propose a heat storage device with low maintenance costs and in which an accident risk such as that which exists in a hot water tank is excluded.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das This is achieved according to the invention in that the

Wärmespeichermedium aus verschiedenen festen Materialien besteht und die mindestens teilweise von der Isolation umgebene Erde volumenmässig den grössten Anteil des Wärmespeichermediums bildet. Heat storage medium consists of various solid materials and the earth, at least partially surrounded by the insulation, forms the largest part of the heat storage medium in terms of volume.

Die nachstehenden Zeichnungen erläutern ein erfindungs-gemässes Beispiel. The following drawings illustrate an example according to the invention.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 die Aufsicht auf einen Wärmespeicher, 1 shows the supervision of a heat accumulator,

Fig. 2 einen Querschnitt nach I—I in Fig. 1. FIG. 2 shows a cross section according to II in FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein etwa oval angelegter Wärmespeicher in Aufsicht dargestellt. Ein Rohrstrang 1 führt bei 2 in den Boden und tritt bei 3 wieder aus. Dieser Rohrstrang 1, ein galvanisiertes Wasserrohr, ist in einem Graben 4 verlegt (Fig. 2). Der Rohrstrang 1 ist eingebettet in Schwerschlacke 5 zwecks Verbesserung des Wärmeübergangs an das Erdreich 6. Das vorhandene Erdreich 6 ist umrandet von einem Graben 7, der mit leichter Schlacke 8 aufgefüllt ist zwecks Wärmeisolierung. In diesem Beispiel ist keine Wärmeisolierung nach unten vorgesehen. Auf der Schwerschlackenschicht 5 ist eine Schicht runder Steine von 5 bis 25 cm Durchmesser eingebracht und mit feinerem Kies abgedeckt, damit die Aufschüttung nicht zwischen die Steinschicht eindringt. Diese Steinschicht 9 ist als Luftkanal ausgebildet, der Warmluft führen kann, welche sowohl die Steine wie auch das Erdreich erwärmt. Auch hier dient diese Schicht 9 dem besseren Wärmeübergang auf das Erdreich. Bei 10 ist ein Zuführkanal für die Warmluft angeordnet, welche bei 11 die Steinschicht 9 wieder verlässt. Thermometer 12, 13, 14 sind in der Steinschicht 9, in der Schwerschlackenschicht 5 und im Erdreich 6 angeordnet. In Fig. 1, an approximately oval heat accumulator is shown in supervision. A pipe run 1 leads into the ground at 2 and exits again at 3. This pipe string 1, a galvanized water pipe, is laid in a trench 4 (FIG. 2). The pipe string 1 is embedded in heavy slag 5 for the purpose of improving the heat transfer to the soil 6. The existing soil 6 is surrounded by a trench 7 which is filled with light slag 8 for the purpose of thermal insulation. In this example, there is no downward thermal insulation. A layer of round stones of 5 to 25 cm in diameter is introduced on the heavy slag layer 5 and covered with finer gravel so that the fill does not penetrate between the stone layer. This stone layer 9 is designed as an air duct which can carry warm air which heats both the stones and the ground. Here, too, this layer 9 serves for better heat transfer to the ground. A supply duct for the warm air is arranged at 10, which leaves the stone layer 9 again at 11. Thermometers 12, 13, 14 are arranged in the stone layer 9, in the heavy slag layer 5 and in the soil 6.

Auf dem Grund des Grabens 7 ist ein Entwässerungsrohr 15 angeordnet. Eine Betonplatte 16, vorteilhaft aus Isolierbeton erstellt, bedeckt den Wärmespeicher und dient als Gebäudefundament. Da der Baugrund, wenn als Wärmespeicher ausgebildet, nicht gefriert, sind keine Gebäudefundamente bis in frostfreie Tiefe erforderlich. On the bottom of the trench 7, a drainage pipe 15 is arranged. A concrete slab 16, advantageously made of insulating concrete, covers the heat accumulator and serves as a building foundation. Since the building ground, if designed as a heat store, does not freeze, no building foundations are required down to a frost-free depth.

Es ist darauf zu achten, mit möglichst wenig Material und wenig Erdbewegungen ein Höchstmass an Speichervolumen zu erreichen. Vorerst wird ein Graben 4 ausgehoben und das Aushubmaterial gegen die Mitte hin deponiert. Darnach erfolgt das Einbringen der Schwerschlacke 5 und des Rohrstranges 1 sowie der Thermometerrohre 12, 13, 14. Sind auch die Steine 9 eingebracht, kann der Graben 7 ausgehoben werden und das Erdreich gegen die Mitte deponiert und verfestigt werden. Vorerst wird nun das Entwässerungsrohr 15 verlegt und darnach die Schlacke 8 eingebracht und verfestigt. Zuletzt werden Hauszuleitungen wie Elektrokabel, Wasserleitung, Abwasserrohre usw. verlegt und die Fundamentplatte darübergegossen. Care must be taken to achieve the highest possible storage volume with as little material and as little earth movement as possible. For the time being, a trench 4 is dug and the excavated material is deposited towards the center. The heavy slag 5 and the pipe string 1 and the thermometer pipes 12, 13, 14 are then introduced. If the stones 9 have also been introduced, the trench 7 can be excavated and the soil deposited and solidified towards the center. For now, the drainage pipe 15 is now laid and then the slag 8 is introduced and solidified. Finally, house supply lines such as electrical cables, water pipes, sewage pipes, etc. are laid and the foundation plate poured over them.

Die Fundamentplatte besteht vorteilhaft aus Isolierbeton, insbesondere solchem, der Polystyrolgranulat enthält. Dieser Beton reagiert langsamer auf Temperaturschwankungen und ist gleichzeitig eine Dampfsperre. Dabei werden unerwünschte Spannungen in der Platte vermindert. Das ursprüngliche Niveau ist mit 17 bezeichnet. The foundation plate is advantageously made of insulating concrete, especially that containing polystyrene granules. This concrete reacts more slowly to temperature fluctuations and is also a vapor barrier. This reduces undesirable stresses in the plate. The original level is 17.

Nimmt man eine längere Heizperiode, zum Beispiel im Sommer, an, so kann ein unisoliertes Rohr in gewöhnlichem Erdreich dieses im Umkreis bis 2 m erwärmen, wenn das Rohr ständig eine Wärme von 70° in genügender Menge liefert. Man kann hier Erfahrungswerte vom Verlegen von Elek-trokabeln heranziehen. Eine vorteilhafte Verlegetiefe für den Rohrstrang 1 ist deshalb etwa 3 m, da über dem erwärmten Erdreich noch eine Schicht von 1 m verbleibt. Diese kann, wenn erwünscht, teilweise als Speichermasse dienen und teilweise mittels Schlacke als Isolierschicht ausgebildet sein. Nach oben dringende Wärme ist in der Regel nicht verloren, sondern dient als Gebäudeheizung. Der horizontale Abstand zwischen Rohren im Rohrstrang 1 ist vorteilhaft etwa 3 m, If you assume a longer heating period, for example in summer, an uninsulated pipe in ordinary soil can heat it up to 2 m if the pipe constantly provides a sufficient amount of heat of 70 °. Experience from the laying of electrical cables can be used here. An advantageous laying depth for the pipe string 1 is therefore about 3 m, because a layer of 1 m remains over the heated soil. If desired, this can serve partly as a storage mass and partly as an insulating layer by means of slag. As a rule, upward heat is not lost, but serves as building heating. The horizontal distance between pipes in pipe string 1 is advantageously about 3 m,

3 3rd

624 752 624 752

womit sich eine Überschneidung der Heizwirkung der Rohre schlacke, welche oft Metalle enthält, liegt in trockener Umergibt. gebung und praktisch unter Luftabschluss, so dass sie kaum Zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Rohrstrang 1 korrodiert. Im weiteren bestünde die Möglichkeit, die Schwerauf das Erdreich ist die Einbettung des Rohrstranges in ein schlacke mit bitumenhaltigen Mitteln, wie sie im Strassenbau Material besserer Wärmeleitfähigkeit vorgeschlagen, wobei 5 bekannt sind, zwecks Versiegelung zu behandeln. Schwerschlacke (Raumgewicht ca. 3,5) sehr billig ist. Dabei Weitere AiiKfiihmngsartp.tr soll auf eine Kornabstufung geachtet werden, die ein kom- l. Selbstredend kann der erfindungsgemässe Wärmespeipaktes Verlegen erlaubt. eher auch nur für Luftbetrieb, d. h. ohne Rohrstrang 1 und Der Rohrstrang 1 wird in der Regel mit einer Flüssigkeit 0hne Schwerschlacke, gebaut sein. with an overlap of the heating effect of the slag, which often contains metals, lies in dry conditions. and practically with the exclusion of air, so that it hardly corrodes to improve the heat transfer from pipe string 1. There would also be the possibility that the pipe string is embedded in a slag with bituminous agents, as suggested in road construction material with better thermal conductivity, 5 of which are known, for the purpose of sealing. Heavy slag (density around 3.5) is very cheap. Additional AiiKfiihmngsartp.tr should be paid attention to a grain gradation that a complete. It goes without saying that the heat spread according to the invention allows laying. rather only for air operation, d. H. without pipe string 1 and pipe string 1 will usually be built with a liquid without heavy slag.

als Wärmeträger beschickt. 10 2. Ebenso ist es möglich, als Wärmeübertragungsmedium charged as a heat transfer medium. 10 2. It is also possible as a heat transfer medium

Die Stemschicht 9 ist als Luftkanal ausgebildet wobei hier nur Hüssigkeit zu werwenden und die Steine wegzulassen. Luft als Warmeträger dient. Zwar ist der Wärmeübergang von The stem layer 9 is designed as an air duct, in which case only horniness is used and the stones are omitted. Air serves as a heat carrier. The heat transfer is of

Luft auf Stein relativ schlecht, was jedoch durch die grosse . 3" ^weiteren kann man einen zusatzlichen Rohrstrang, Oberfläche der Steine wettgemacht wird. Auch hier ist durch beschrieben, mit Schwerschlacke umhullt einbauen und die grosse Kontaktfläche der Steine mit dem Erdreich ein 15 ?as Ganf ™eisolieren. Dieser zusätzliche Rohrstrang guter Wärmeübergang an das Erdreich gegeben. ^ann auf eine höhere Temperatur als der übrige Speicher ge- Air on stone relatively bad, but this is due to the large. 3 "^ another one can be an additional pipe string, the surface of the stones is made up. Here too is described by installing it covered with heavy slag and isolating the large contact area of the stones with the earth a 15? As Ganf ™. This additional pipe string good heat transfer to the Soil given. ^ Ann at a higher temperature than the rest of the storage

Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Speichers ist die £eizt ^erden un,f dlen* dann^ B- als Warmespeicher fur Möglichkeit, sowohl Luft wie auch Flüssigkeit zum Be- Brauchwasser allein Da der Temperatursprung zum Ungeschicken des Speichers mit Wärmeenergie verwenden zu kön- Menden Warmespeicher klem ist, kann mit einer langen Spei-nen 20 cherentladung gerechnet werden (Fig. 2, Mitte). Another advantage of the proposed storage tank is that it is heated and then can be used as a heat storage tank for the possibility of using both air and liquid for process water alone, since the jump in temperature can be used to heat the storage tank awkwardly If the heat storage is jammed, a long spoke discharge can be expected (Fig. 2, center).

In der Regel ist es untersagt, Keller, Fundamente usw. in 4- Nimmt man etwas höhere Baukosten für den Wärmeeinen Grundwasser führenden Baugrund einzubauen. Eben- Speicher in Kauf, kann er auch nach unten mittels Isolier-so wenig würde der Bau eines erfindungsgemässen Speichers schlacke wärmeisoliert sein. Die Wärmeabstrahlung nach un-in solchen Baugrund erlaubt. Es wäre auch sinnlos, weil das ten ist jed°<* weit geringer als man üblicherweise annimmt, Grundwasser die Wärme wegführen würde. Wenn der Bau- 25 wie man aus Messungen an Schwimmbädern gelernt hat. As a rule, it is forbidden to install basements, foundations etc. in 4- If you take slightly higher construction costs for the heat Even storage in purchase, it can also be thermally insulated downwards by means of insulation - so little would the construction of a storage slag according to the invention be insulated. The heat radiation after un-in such building ground allowed. It would also be pointless, because the tenth is far less than you would normally assume, groundwater would take the heat away. When the construction 25 has learned from measurements on swimming pools.

grund nicht wasserführend ist, sind auch die angeführten Ma- Wird hingegen der ganze Wärmespeicher auf den beste-terialien wie Isolierschlacke und Schwerschlacke umweit- henden Baugrund aufgeschüttet, was z. B. bei Hanglage vorfreundlich. Nach neuen Erkenntnissen sind sie für den Stras- kommen kann, dann lohnt sich die Wärmeisolierung nach unsenbau empfohlen als Material-Wiederverwendung (recyc- ten sehr oft, weil dann ja der Aushub entfällt. Isolierschlacke ling) und zur Schonung von Kiesreserven. 30 wird auf Stadtgebiet kostenlos auf den Bauplatz geliefert. Für Because of the fact that the water is not water-bearing, the listed materials are filled in. If the entire heat storage is built on the best soil, such as insulating slag and heavy slag, B. friendly on a slope. According to new knowledge, they are suitable for road use, then thermal insulation according to our construction is worth recommending as material reuse (recycling very often, because then excavation is no longer necessary. Insulating slag is not necessary) and to protect gravel reserves. 30 will be delivered to the site free of charge in the city. For

Um eine lange Funktionstüchtigkeit des Rohrstranges 1 zu ausserhalb liegende Bauten wird in der Regel nur der zusätz-erreichen, lohnt es sich, zweckmässiges Rohrmaterial, z. B. liehe Transport verrechnet. In order to ensure long functioning of the pipe string 1 to buildings located outside, only the additional is usually achieved, it is worthwhile to use suitable pipe material, e.g. B. transport will be charged.

verzinkte Stahlrohre oder geeignete Kunststoffrohre, zu ver- 5. In Ermangelung von Isolierschlacke oder Schwer wenden. schlacke kann auch geschäumtes Glasgranulat oder Mager- galvanized steel pipes or suitable plastic pipes, 5. In the absence of insulating slag or heavy turning. slag can also be foamed glass granulate or lean

Bezüglich der Isolierschlacke braucht man keine Beden- 3J beton verwendet werden. With regard to the insulating slag, there is no need for 3J concrete.

ken betr. Korrosion zu haben, denn die Archäologen graben Mit dem Ausdruck «Erdreich» oder «Erde» ist jegliche solche aus, die Jahrtausende überdauert hat. Die Schwer- Art von Baugrund gemeint, also Kies, Sand, Ton, Fels. corrosion, because archaeologists are digging out The term “earth” or “earth” means that it has survived for thousands of years. The heavy type of building ground is meant, i.e. gravel, sand, clay, rock.

M 1 Blatt Zeichnungen M 1 sheet of drawings

Claims

624 752

1. Heat storage arranged in the ground for the storage of heat for heating a building, with means for carrying out a heat transfer medium through the heat storage medium, with thermal insulation against premature escape of the heat, characterized in that

that the heat storage medium consists of various solid materials (5, 6, 9) and that the earth, which is at least partially surrounded by the insulation, forms the largest part of the heat storage medium in terms of volume. io

2. Heat accumulator according to claim 1, characterized in that the means (1, 9) are arranged at least 1.5 m below the surface of the earth and only the supply and discharge lines (2, 3, 10, 11) have a lower installation depth.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Heat accumulator according to claim 1, characterized 15 indicates that the means for carrying out the heat medium have channel-shaped layers (9) of stones, in particular round stones with size dimensions of 3 to 25 cm, with spaces between the stones for carrying hot air . 20th

4. Heat accumulator according to claim 1, characterized in that the means for carrying out the heat carrier have pipes (1) which are surrounded by material with good thermal conductivity and a density of over 2000 kg / m3 for the purpose of better thermal conductivity to the surrounding soil ( 6), the material (5) consisting in particular of heavy slag with a density of over 3000 kg / m3.

5. Heat accumulator according to claims 3 and 4, characterized in that near the pipes (1) the stone 30 layers (9) are arranged in such a way that alternating or simultaneously different heat carriers, in particular hot air between the stones and / or hot water can circulate through the pipes (1).

6. Heat accumulator according to claim 1, characterized 35 indicates that the heat insulation contains waste materials, in particular slag.

7. Heat accumulator according to claim 1, characterized in that it has the shape of a round, for. B. oval, disc. 40

8. Heat storage device according to claim 1, characterized in that the heat storage medium contains heavy slag or scrap.

9. Use of the heat accumulator according to claim 1 for storing heat for heating 45 a building, characterized in that it is arranged below the building to be heated.

so