DE3943405A1

DE3943405A1 - Anlage zur gebaeude- oder behaelterisolierung mittels sonnenenergie oder abwaerme

Info

Publication number: DE3943405A1
Application number: DE3943405A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Werner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-12-30
Filing date: 1989-12-30
Publication date: 1991-07-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche zusätzlich auch eine stark erweiterte wirtschaftliche Nutzung von Solaranlagen zum Sinn hat.

Die Nutzung der Sonnenenergie beschränkt sich derzeit bei der Heizenergieeinsparung nur zur Erwärmung und nicht zur Isolierung. Mit Solarzellen, Glasvorbauten (Wintergärten) und durch großflächige Südfenster in den Gebäuden wird vereinzelt die Nutzung dieser alternativen Energieart versucht. Es konnten dabei bisher leider nur diese Temperaturen genützt werden, welche über der Innenraumtemperatur lagen und somit zur Aufwärmung des Innenraumes beitrugen, während alle andere darunter liegenden Temperaturgewinne gegenüber der Außentemperatur ungenützt blieben.

Billige Warmluftsolarzellen waren deswegen für die Nutzbarmachung der Sonnenenergie in unseren Breitengraden nicht wirtschaftlich. Zum einen erreichten sie im Winter zu selten brauchbare Heiztemperaturen und im Sommer war ihr Energiepensum für eine Wohnraumbeheizung unnötig. Ihr Einsatzzeitraum beschränkte sich daher auf einige wenige sonnige Frühjahr- und Herbsttage, weshalb mit diesen Anlagen kein günstiges Kosten-Nutzen-Verhältnis erzielt werden konnte.

Der Einsatz von Solarzellen konzentrierte sich aus diesem Grund vorwiegend auf den Bereich der Warmwasserbereitung, um so den Nutzungszeitraum über den Sommer hinaus auszudehnen.

Zur Zimmerbeheizung sind andererseits auch großflächige Wärmetauscher nötig, die in Anbetracht der bisher kurzen Nutzungszeiträume auch mehr teuer als nützlich waren.

Somit blieb für Solaranlagen ein viel zu kleiner Einsatzbereich. Die andere Methode, Sonnenenergie mittels großflächiger Südfenster zu nützen, hat enorme Nachteile. Einerseits führen sie im Sommer zu leicht zu einer Überhitzung und andererseits bringen sie während der Winterzeit bei bewölkten Wetter durch ihre schlechten Isoliereigenschaften mehr Verluste als Gewinn.

Eine bessere Möglichkeit auch im Winter die Sonnenenergie zu nützen, bieten Glasvorbauten, sogenannte Wintergärten. Die wiederum sind teuer, haben nur einen räumlich begrenzten Wirkungsbereich und bieten während sonnenloser Zeiten eine schlechtere Isolierung als ein mit Wärmedämmung isoliertes Mauerwerk.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine billige und nachträglich installierbare Möglichkeit zu schaffen, die auch bisher nicht nutzbare Temperaturbereiche zur Energieeinsparung nutzbar werden läßt. Dadurch soll einerseits vor allem ein stark ausgedehnter Wirkungszeitraum und Wirkungsgrad von Solarzellen auch billiger Warmluftsolarzellen erreicht werden. Andererseits sollen aber auch bisher nicht mehr nutzbare niedrige Abwärmetemperaturen zur Reduzierung von Heizkosten oder sonstigen Heizverlusten eine erneute Anwendung finden. Eine weitere Aufgabe ist die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Wärmeenergiespeichern, da diese somit tiefer entladen werden können. Auch höhere Temperaturen im Erdreich oder im Wasser sollen mit zur Energieeinsparung nutzbar werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein gegenüber der Außentemperatur bestehender Wärmeüberschuß, welcher zur Innenraumbeheizung noch zu niedrig ist, dazu genützt wird, um das schädliche Wärmegefälle eines temperierten Innenraumes nach außen zu reduzieren. Dies geschieht dadurch, daß mittels einem entsprechend temperierten Medium (z. B. Luft) ein Gebäude oder Behälter komplett oder auch nur flächenweise eingehüllt wird.

Z. B. bei einem Wärmegefälle von +20° (Innenraum) zu -20° (Außentemperatur) kann durch die Abdeckung der Wand- oder Behälteraußenfläche mit einer Temperatur von 0°C das Wärmegefälle und der Energieverlust des Innenraumes um 50% gesenkt und damit eine beachtliche Reduzierung der Heizkosten erreicht werden.

Somit wäre eine tiefe Temperatur, die zur direkten Beheizung nicht mehr verwertbar ist, aber gegenüber der Außentemperatur eine Erwärmung aufweist, zur Reduzierung der Wärmeverluste einsetzbar und damit voll nutzbar.

Da zur direkten Beheizung nur Temperaturen die über der Innenraumtemperatur liegen verwendbar sind und somit z. B. bei -20° eine Solaranlage die 30°C erreicht nur 10°C Wärme abgeben kann, ist es nun möglich, die restlichen 40°C für die Reduzierung des Wärmegefälles einzusetzen und in dem Beispiel den Wirkungsgrad der Solaranlage um das 5fache zu steigern.

Bei der Abdeckung einer Außenwand mit einer Isoliertemperatur muß diese Isoliertemperatur vor der niedrigen Außentemperatur geschützt, und ihre nach außen erfolgenden Wärmeverlust immer wieder ausgeglichen werden. Dieser Energieausgleich kann mit kostenloser Sonnenenergie aus billigen und nachträglich montierbaren Solarzellen, Wärmespeichern oder kostenloser Abwärmezuführung statt finden. Aber auch Erdwärme oder Flußwasser kann eventuell für die Energieeinsparung mit heran gezogen werden. Die billige Schaffung von Hohlräumen zur Aufnahme der temperierten Luftschicht kann sich in vielen Fällen erübrigen, da die meisten Mauerwerke aus Hohlraumsteinen gemauert werden und bei geschickter Vermauerung diese Hohlräume im Mauerwerk sich dann zur Nutzung anbieten.

Auch bei einer nachträglich montierten Gebäudeaußenisolierung kann diese einfach auf einem Konterlattengerüst montiert werden, so daß ohne wesentliche Mehrkosten Hohlräume geschaffen werden, in denen die temperierte Luft zugleich eine Isolierung nach außen erhält, so daß mit dem vorhandenen Energieangebot, z. B. von Solarzellen, eine möglichst große Gebäudeoberfläche mit einer merkbaren Temperaturerhöhung abgedeckt werden kann. Bei schlechtem Wetter, wenn von Solarzellen keine Energiezufuhr kommt, bietet dieser Luftspalt und die Dämmaterialschicht im Vergleich zu reinen Glasfronten von z. B. Glasvorbauten eine wesentlich bessere Wärmeisolierung und Heizenergieeinsparung. Doch auch die Hohlräume von Doppelverglasungen wären ebenfalls zu einer Wärmegefällereduzierung verwendbar. An sonnenlosen Tagen kann mittels eines zusätzlich verlegten Wärmetauschers Abwärme, gespeicherte Wärme aus einem Wärmespeicher oder Erdwärme weiter zur Reduzierung des Wärmegefälles eingesetzt werden.

Auch an sonnigen Tagen gespeicherte Energie ist auf diese Art zur Wärmegefällereduzierung während der Nacht verwertbar.

Eine weitere Nutzung der diesbezüglich installierten Anlage bietet sich bei weiteren niedrigen Ausbaukasten immer dann an, wenn mittels Gipskartonplatten bei der Altbausanierung eine Begradigung der Innenwände angestrebt wird.

Mittels Steuergerät, welches in der Solarzelle integriert sein kann, wäre dann bei höherer Solarzellentemperatur eine Innenraumbeheizung durch diesen, dem Innenraum naheliegenden und mittels Konterlattung großflächig angelegten Hohlraumes möglich, indem die Warmluft zuerst in diesen inneren Luftspalt geleitet wird. Die in die Solarzelle zurück strömende Luft kann dann im oberen Wandbereich über Ventilkammern in den äußeren Luftspalt gelangen und auf ihrem Rückweg zugleich noch das Temperaturgefälle zwischen Innenraum und Außenbereich reduzieren.

An weniger energiereichen Tagen wird über Steuergerät und Ventilkammern der innere Luftspalt gekapselt und nur noch der äußere genützt, indem die warme Luft direkt in diesen gelenkt wird.

Bei der Anwendung muß nicht unbedingt nur Luft als Wärmeträger benutzt werden. Es sind auch andere Wärmeträgermedien wie z. B. Wasser verwendbar, so daß dieses von bestehenden oder neu installierten Warmwassersolarzellen erwärmt wird und über Wärmetauscher auch entferntere Luftspalte z. B. auf der Gebäudenordseite erreichen und auch dort zur Energieeinsparung mit beitragen kann. Auch ist es denkbar z. B. die Hohlräume von Behältern direkt mit einer Flüssigkeit durchströmen zu lassen, z. B. mit Abwasser im Industriebereich.

Es ließen sich z. B. auch Solarzellen dazu nützen, um die überschüssige Energie des Sommers in Energiespeicher abzuführen, welche mit der die Speicher-Innenraumtemperatur übersteigenden Wärme den Speicher aufladen, mit allen niedrigeren Temperaturen eine Wärmegefällereduzierung schaffen und somit den Energieverlust des Speichers reduzieren. Im Winter, wenn die für die Wohnraumbeheizung verwertbare Wärme aufgebraucht ist, kann die verbliebene niedrigere Temperatur dann noch zur Wärmegefällereduzierung heran gezogen werden, so daß ein Großteil des bisher nicht mehr nutzbaren niedrigen Energieeinhaltes nun weiter genutzt werden kann und somit den Nutzwert des Energiespeichers sich erhöht.

Auch Erdwärme oder Flußwassertemperaturen aber auch tiefere z. B. 4°C warme Wasserschichten aus dem Meer können in sehr kalten Zeiten noch zur Wärmegefällereduzierung und somit zur Energieeinsparung mit heran gezogen werden.

Aber auch bei billigen reinen Warmluftsolaranlagen wird mit dieser Erfindung der Wirkungszeitraum über den ganzen Winterbereich hinweg ausgedehnt und somit eine starke Erweiterung ihrer Nutzung erreicht.

Eine solche einmal angeschaffte Anlage ließe sich in ihrem Nutzungswert noch weiter, also auch über die Sommermonate hinaus ausdehnen, wenn die ausströmende Warmluft im Sommer in Trockenkammern zum Wäschetrocknen oder Obst dörren verwendet wird. Aber auch durch den Anbau eines Solarkamins am Wohnhaus z. B. aus dunklem Blech oder Glas bis zum Dachgiebel, wäre ein thermischer Aufwind, durch den Kaminsog und die Solaranlagen verursacht, zur Stromerzeugung nutzbar, ohne daß dadurch irgend welche häßlichen Bauwerke zu errichten wären. Ein solcher Solarkamin wäre sogar als Dekoration für die Außenfassade des Hauses gestaltbar.

Die Anlage an sich muß nicht mit nur einem oder zwei Luftspalten geschaffen sein.

Selbstverständlich können auch 3 und mehr Luftspalten verwendet werden. Dabei muß dann allerdings zwischen Wandinnen- und -außenfläche ein Steuergerät die Luft aus den Solarzellen dann in den Luftspalt lenken, in welchem die bereits vorhandene Luftspaltentemperatur möglichst nahe der eingeleiteten Lufttemperatur liegt, um somit den Wirkungsgrad der Anlage zu verbessern. Die in den Spalt eingeleitete Luft muß allerdings mindestens die gleiche Temperatur wie die bereits vorhandene Temperatur aufweisen und darf nie niedriger sein.

Während bei der Einleitung der Warmluft, in einen ziemlich im äußeren Wandbereich liegenden Luftspalt, viel mehr Energie durch die dünnere Dämmschicht verloren geht, als in einem weiter im Mauerinneren liegenden und damit besser nach außen isolierten Luftspalt, wird sich in einem weiter innen liegenden Luftspalt auch eine höhere Temperatur mit Hilfe von z. B. Solarzellen oder Abwärme halten lassen als im äußeren Wandbereich.

Je höher allerdings die Temperatur der einhüllenden Luftschicht ist, desto geringer ist das Wärmegefälle des Innenraumes nach außen und desto niedriger sind die Verluste, da alle weiteren Verluste nach außen nicht mehr vom Innenraum entnommen, sondern aus der einhüllenden Luftschicht entnommen werden und z. B. die Solarzellen mit ihrer Energielieferung und seien es auch nur 0°C bei -10°C, diesen im Luftspalt erfolgenden Energieverlust mit kostenloser Energiezufuhr wieder ausgleichen und somit ihren Nutzungswert bis fast herunter zur Umgebungstemperatur ausweiten lassen.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Beispiel A zeigt eine Warmluftsolaranlage mit zwei Luftspaltschichten. Die Anlage kann höhere Temperaturwerte zur Wohnraumaufheizung einsetzen und mit der in die Solarzelle zurück strömenden Luft noch das vorhandene Wärmegefälle der Gebäudewand reduzieren.

Fig. II zeigt den Anlagebetrieb bei niedriger Temperatur, wo sie nur eine Reduzierung des Wärmegefälles der Gebäudewand erreicht.
Durch ein erweitertes Ventilsystem wäre dieses Beispiel prinzipiell auch für die Ansteuerung von 3 oder noch mehr Luftspaltschichten einsetzbar.

1 = Warmluft-Solarzelle z. B. im unteren Wandbereich montiert, damit ohne Gebläse ein automatisch einsetzend und zirkulierender Luftstrom sich bilden kann. Die Solarzelle tritt selbstständig außer Funktion sobald in ihr die Luft kälter als die im Luftspalt ist. Im Betrieb zur Wärmegefällereduzierung entsteht eine Zirkulation der Warmluft in nur 1 Luftspalt (Fig. A I). Im zusätzlichen Heizbetrieb steigt die Warmluft in einem Luftspalt auf und sinkt im anderen wärmegefällereduzierend ab.
2 = Lattung die den Hohlraum in Streifen aufteilt und ein direktes Rückströmen der Warmluft in die Solarzelle verhindert.
3 = Ventiklappe des Steuergerätes, sie wird vom temperaturabhängig reagierenden Steuergerät in die eine oder andere Endstellung gehalten.
Bei mehr als 2 Luftspaltschichten können für jede dieser ein eigener Rohrstutzen mit eigenem Ventil an der Solarzelle montiert werden.
Das Steuergerät bewirkt dann das Öffnen von nur einer Ventilklappe und zwar von der, welche die Warmluft in den für ihre Temperatur optimalen Luftspalt frei gibt.
4 = Außenwand des Gebäudes
5 = Alte vorhandene Isolierschicht oder Außenputz (sie ist nicht erforderlich).
6 = Äußere Luftspaltschicht zur Wärmegefällereduzierung der Wand.
7 = Auf Konterlattung montierte Außenisolierung.
8 = Ventilklappe von Steuergerät elektrisch angesteuert zur Abkapselung des Luftspaltes (11).
9 = Rohrschachtverbindung zwischen innerem und äußerem Luftspalt.
10 = Ventilklappe zusätzlich zu (8) zur besseren Abdichtung gegen Wärmeverluste sie ist geschlossen, wenn die Energie der Anlage zur Wohnraumbeheizung nicht ausreicht.
11 = Innerer Luftspalt durch Lattung und Vorsatzschale, zur großflächigen Beheizung des Innenraumes, geschaffen.
12 = Vorsatzschale z. B. aus Gipskartonplatten damit die durch die Anlage zirkulierende Luft nicht direkt mit der eventuell feuchten Zimmerluft durchmischt wird.
13 = Unterer Rohrschacht für Warmluft, von der Solarzelle in den inneren Luftspalt.
14 = Wohnraum.
15 = Eventuell zusätzliche solare Warmwasserbereitung.

Beispiel B zeigt eine Anlage mit nur einem Isolierspalt pro Außenwand.
Die temperierte Luft staut sich darin bzw. zirkuliert mit der Solaranlage. Ein oben geöffneter Luftspalt zum Durchströmen von Warmluft wäre auch denkbar, aber hier wird der Nutzungsgrad sicherlich abnehmen. Auf der Südseite wird ein Abwasserrohr zusätzlich mit zur Temperierung der Luft herangezogen. Die Wirkung der Solaranlage wird dadurch nicht beeinträchtigt da sich bei Betrieb der Solaranlage sich ein kälterer Luftsack um das Abwasserrohr bildet, über dem die wärmere Luft der Solarzelle zirkulieren kann.

Die Warmwassersolarzelle auf dem Dach wird hier auch einer erweiterten Nutzung zugeführt, indem sie über einen Wärmetauscher die Nordseite des Hauses mit Temperatur versorgt und zusätzlich bei ausreichender Kapazität noch einen Energiespeicher auflädt, über den dann des Nachts die Wärmegefällereduzierung der Außenwand weiter betrieben wird.

Die Warmwassersolaranlage kann mit einer Vorrangschaltung versehen sein, wonach sie vorrangig das Brauchwasser erwärmt und nur mit Temperaturüberschuß oder mit niedrigen für die Brauchwassererwärmung nicht mehr nutzbaren Temperaturen die Gebäudewand isoliert bzw. den Energiespeicher auflädt. Insgesamt erhöht sich damit auch der Nutzungsgrad dieser Warmwassersolarzellen. Es wäre an dieser Stelle mittels Wärmetauscher auch die Abwärme aus den Rauchgassen der Gebäudebeheizung nutzbar.

1 = Abwasserrohrwärmetauscher
2 = Isolierung
3 = Warmluftsolarzelle
4 = Isolierung zur Schaffung des Luftspaltes
5 = Luftspalt für die temperierte Luft. Hier kann auch die Abluft einer Klimaanlage eingeblasen werden
6 = Warmwassersolarzelle
7 = Rohrleitung
8 = Wärmetauscher
9 = Energiespeicher z. B. Wasserkessel
10 = Klimaanlage die ihre Abluft in den Luftspalt bläst und somit diesen mit temperiert

Beispiel C zeigt ebenfalls eine Anlage mit z. B. nur einem Isolierluftspalt pro Außenwand und die Verwendung eines bestehenden Wintergartens zur Wärmegefällereduzierung von zwei Hauswandflächen. Die temperierte Luft zirkuliert in jedem dieser Luftspalte was mit den Pfeilen angedeutet wurde.
Durch einen vorhandenen Wintergarten läßt sich eine billige Anlage schaffen, da nur noch eine Außenisolierung montiert werden muß.

Beispiel D, hier wird vorwiegend die Anordnungsmöglichkeit von Solarzellen gezeigt, welche ohne Gebläse oder Pumpenunterstützung eine warme Luftströmung erzeugen.
Dabei kann jede Solarzellenanordnung entweder nur für den ihr zugeordneten Wohnungsbereich isolierend arbeiten.
Z. B. Solarzellengruppe 1 arbeitet nur für das Erdgeschoß
Solarzellengruppe 2 arbeitet nur für das Obergeschoß
Solarzellengruppe 3 arbeitet für das Dachgeschoß
oder man baut Ventile ein, um bei entsprechenden Arbeitstemperaturen alle 3 Gruppen zusammen arbeiten zu lassen (Skizze). In solchem Fall steigt die Warmluft auf der Südseite auf und wird von den höheren Zellen immer wieder nachgeladen bis sie auch den Dachbereich isolierend abgedeckt, um dann im Rücklauf auch noch die Nord-, sowie teilweise die West- und Ostwände mit ihrer restlichen Isoliertemperatur eindeckt.

Über extra Luftschächte im Keller oder im Ost- oder Westwandbereich strömt sie dann wieder abgekühlt in die unterste Solarzelle ein. Einen weiteren positiven Nebeneffekt können diese so installierten Solarzellen bieten, indem sie im Sommer bei dem höheren Sonnenstand (a) die Fenster der Südseite abschatten und so eine Überhitzung des Innenraumes verhindern helfen. Im Winter bei dem niedrigen Sonnenstand (b) kann die Sonne hingegen ungehindert die Fenster erreichen und diese miterwärmen.

Beispiel E zeigt eine erweiterte Anwendung der Warmluft-Solarzellen einer solchen Anlage in der Sommerzeit.
In Anbetracht der enormen Energie mit der die Sonne im Sommer jeden m² eindeckt, wäre eine Nutzung zur Stromerzeugung mittels thermischer Aufwinde denkbar, welche durch die Solaranlage einerseits und den Kaminsog andererseits entstehen. Da die Solarzellen bei Vorhandensein einer Wärmegefällereduzierungsanlage bereits angeschafft sind, reduziert sich der Anschaffungspreis einer solchen Stromerzeugungsanlage nur auf die Kosten des Kamins und des Generatoraufsatzes.

Fig. I zeigt einen Glaskamin der selbst noch die aufsteigende Luft weiter beheizt.

Fig. II zeigt einen vorhandenen Kamin, der im Sommer für die Stromerzeugung eine andere Verwendung findet. Ist ein solcher Kamin statt aus Stein, aus dunklem Blech, so ist auch er imstande die Warmluft weiter anzuheizen.

So könnte vor Ort, ohne viele Übertragungsverluste, der Strom teilweise selbst erzeugt werden.

Beispiel "F"

Hier wird ein Energietank mit Sonnenenergie im Sommer aufgeladen. Der Energietank muß nicht unbedingt ein Einzeltank sein, sondern kann auch aus mehreren Kreisringtanks oder kugelförmigen Tanks bestehen, welche ineinander montiert sind. Oder auch aus Einzeltanks die so umeinander angeordnet sind, daß ein oder mehrere Tanks von einem Ring anderer Tanks umgeben ist (Fig. II).

Der Vorteil solcher umeinander angeordneten Tanks, gegenüber einem einzelnen großen Tank besteht in der besseren Energieausbeute und in der Reduzierung des Wärmegefälles.

Bei einem während der Sommerzeit auf z. B. +70°C aufgeladenen einzelnen Tank kann die Solarzelle erst wieder Energie dem Tank zuführen, wenn sie diese 70°C überschreitet, während alle darunter liegenden Temperaturen bisher in diesem Fall nicht mehr nutzbar waren.

Sind dagegen mehrere Tanks ringförmig umeinander angeordnet und doch gegeneinander wärmeisoliert, dann wird der innerste Tank z. B. mit den Temperaturspitzen aufgeladen und kann z. B. unter Druck mehr als 100°C erreichen. Die niedrigen Temperaturen beheizen dann im Rücklauf die äußeren weniger heißen Tanks und am Schluß wirkt das Wärmeträgermedium noch zur Wärmegefällereduzierung in der äußeren Isolierschicht. So wird dann, dem Wärmeträger wesentlich mehr Energie entnommen, was dann eine wesentlich niedrigere Rücklauftemperatur in die Solarzelle zur Folge hat. Dies wiederum führt dazu, daß das Energieträgermedium in der Solarzelle eine größere Temperaturdifferenz aufnehmen und womit sich der Wirkungsgrad der Solaranlage beachtlich erhöht.

Insgesamt führt diese Methode zu einer wesentlich besseren Ausbeute der Sonnenenergie. So ist es auch möglich, trotz hoher vorhandener Speichertemperatur im Spätsommer oder Herbst, auch noch Sonnenenergie in den Tanks abzuspeichern.

Ein weiterer Vorteil dieser mehrschichtigen Tanks gegenüber einem Einzeltank besteht während der Zeiten wo die Anlage außer Betrieb ist und eine Abkühlung der Tanks und damit Energieverluste auftreten. Hier haben die Mehrschichtentanks den Vorteil, daß sie untereinander das Wärmegefälle reduzieren und dadurch weniger stark abkühlen. Z. B. ein Einzeltank von +80° hat zu +5° Erdtemperatur ein Wärmegefälle von 75°. Ein Dreischichttank mit +100° im innersten Tank +70° in dem mittleren Tanks um +40° in den äußersten Tanks hat dagegen nur ein Wärmegefälle von max. 35° und dadurch nur ca. 50% Energieverluste bei gleichwertigen Isolierungsmaterialien. Dadurch läßt sich die Energie besser über längere Zeiträume speichern, als bei Einzeltanks.

Zusätzlich kann auch im Winter jede positive Temperatur aus den Solarzellen zur weiteren Reduzierung des Wärmegefälles und damit zur Energieeinsparung genützt werden (siehe Beschreibung über Wärmegefällereduzierung von Wohnräumen). Der Hohlraum muß in diesem Fall nicht mit Luft sondern kann mit Wasser oder einem sonstigen Wärmeträgermedium gefüllt sein. Die im Sommer gespeicherte Energie kann später zur Beheizung eines Wohnraumes in der kälteren Jahreszeit genützt werden, bis sie auf ca. +30° abgekühlt ist.

Eine weitere Energieausbeute bis zu noch tieferen Temperaturen ist noch durch Umschaltung auf Wärmegefällereduzierung möglich, so daß dadurch der Wirkungsgrad solcher Energiespeicher auch auf diese Art erheblich gesteigert wird. Z. B. ohne Wärmegefällereduzierung ist die nutzbare Temperaturdifferenz bei +80° Anfangstemperatur bis 30° Entladetemperatur ca. 50°. Mit Wärmegefällereduzierung dagegen von +80° bis 0° und somit die nutzbare Temperaturdifferenz 80°, was in diesem Fall einer Steigerung von 60% entspricht.

Fig. I
1 = Solarzelle
2 = Zuleitung zum Speicher
3 = Spalt zur Wärmegefällereduzierung
4 = Isolierung von 3
5 = Isolierung des Tanks
6 = Energietank
7 + 8 = Steuerventile zur Lenkung des Wärmeträgermediums
9 = Rückleitung zur Solarzelle
10 = event. extra Wohngebäudeanschluß, falls nicht die Leitungen der Solarzelle genützt werden
11 = innerer Hochtemperaturspeicher
Fig. II
12 = Isolierschichten
13 = äußere Speichertanks
14 = innerer Hochtemperaturtank

Beispiel "G"

Hier wird eine Möglichkeit aufgezeigt wie man z. B. auch im industriellen Bereich mittels Abwärmerohr ein für die direkte Umströmung ungeeignetes Abwasser doch noch zur Beheizung eines Luftspaltes und damit zur Wärmegefällereduzierung nützen kann.

1 = Luftspalt mit der Warmluft (event. auch Gas oder Flüssigkeit)
2 = Tankinnenraum
3 = Abwasserrohr mit Kühlblechen als Wärmetauscher. Es führt die Energie zu, die ab dem Luftspalt (1) weiter nach außen verloren geht und somit nicht mehr dem Tankinhalt entzogen wird.
4 = Isolierschichten aus Dämmaterial.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind folgende:
Nutzung von Temperaturbereichen unterhalb der Innenraumtemperatur eines Behälters oder Gebäudes zur Energieeinsparung und Heizkostenreduzierung. Dadurch lassen sich dann auch die nutzbaren Temperaturbereiche von Solarzellen und Energiespeichern ausweiten und damit ihre Energieausbeute enorm verbessern. Durch die nun mögliche Verwertung eines größeren nutzbaren Wärmegefälles, welches nach unten nicht mehr von einer bestehenden Gebäude- oder Behälterinnentemperatur, sondern nur noch von der Außentemperatur bestimmt wird, erhöht sich einerseits der Wirkungsgrad von Solaranlagen und andererseits wird der Nutzungszeitraum dieser Anlagen gerade über die kalten Jahreszeiten hinaus ausgedehnt, war ihren Nutzungswert enorm weiter steigert.

Somit erreichen dann auch billige Warmluftsolarzellen in unseren Breitengraden ein positives Kosten-Nutzenverhältnis.

Durch den daher bedingten preisgünstigen Einsatz von Warmluftsolarzellen ergibt sich wiederum der Vorteil, daß billige Wärmetauscherflächen geschaffen oder als kostenloser Nebeneffekt bei Renovierungs- oder Isolierarbeiten anfallen können.

Bestehende Wintergärten und Glasvorbauten können an Stelle von Warmluftsolarzellen oder zusätzlich mitbenützt und so für eine neue Anwendung genützt werden. Auch vorhandene Warmwassersolarzellen sind in eine solche Anlage integrierbar.

Das ganze Gebäude (oder Behälter) erhält durch diese relativ billige und nachträglich installierbare Einrichtung noch eine zusätzliche Wärmeisolierung durch die verwendeten Dämmaterialien, so daß auch des Nachts und an sonnenlosen Tagen weniger Heizenergie verbraucht wird.

Durch die zusätzliche Anwendung von Energiespeichern oder einer im Erdbereich verlegten Wärmetauscherfläche, ist eine solche Anlage dann auch während der sonnenlosen Zeiten mit gespeicherten kostenloser Energie weiter versorgbar. Durch das Vorhandensein von Warmluftsolaranlagen, läßt sich eine solche Anlage mit relativ geringen finanziellen Mitteln erweitern und zur Stromerzeugung direkt beim Verbraucher während der energiereichen Sommermonaten nutzen, ohne daß dadurch Beeinträchtigungen im Landschaftsgebilde entstehen. Für die Energie- und Heizkosteneinsparung im Winter sind außer Solaranlagen und Energiespeicher, auch bisher nicht mehr verwertbare niedrige Temperturen, aus Abwärme z. B. von Klimaanlage, von Kühlhäusern, Abgasen, oder Abwässern noch verwertbar.

Eine nachträgliche Installation einer solchen Anlage kann stufenweise erfolgen. Die erforderlichen Arbeitsmaßnahmen sind recht gering und schnell zu erledigen, wenn die Anlage mit nur einem Luftspalt ausgeführt wird.

Bei zwei und mehr Luftspalten die als Nebeneffekt entstanden sind ist auch nicht viel mehr Aufwand zu betreiben, wenn in den Solarzellen ein Steuergerät integriert ist, welches die austretende Warmluft in den richtigen Luftspalt lenkt.

Selbst große Gebäudekomplexe sind mit einer solchen Anlage ausstattbar, wobei mit den Solarzellen ein Sonnenschutz der Fenster für die Sommerzeit geschaffen werden kann.

Die komplette Einhüllung eines Gebäudes oder Behälters von den positiven verwertbaren Temperaturbereichen einer solchen Anlage ist ebenfalls möglich.

Mit einer diesbezüglichen Anwendung von Solarzellen läßt sich ein Warmwasserenergiespeicher nicht nur auf- und nachladen, sondern auch bei seiner Entladung bremsen und im Winter bis zu tieferen Temperaturen nutzen.

Auch sonstige Behälter oder Kessel im industriellen Bereich können mit dieser Erfindung durch relativ niedrige Abwärme besser bei Temperatur gehalten werden (z. B. auch Dampfkessel bei der Stromerzeugung wenn der aus den Turbinen austretende Dampf diesbezüglich nochmals verwendet wird).

Claims

1. Nutzung von niedrigen, aber über der Umgebungstemperatur liegenden Temperaturen, zur Reduzierung der Wärmeverluste bei Gebäuden, Bauwerkflächen oder temperaturspeichernden Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegenüber der Umgebungtemperatur vorhandene positive Temperaturdifferenz, z. B. aus Solaranlagen, aus Abwärme oder von Gewässern oder sonstigen Ursprungs dazu genutzt wird, um das Wärmegefälle einer zu isolierenden Innenraumtemperatur zu reduzieren.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Hohlräume die Ummantelung eines Behälters oder den Außenwandbereich eines Gebäudes in zwei oder mehrere Mantelschichten aufteilen, damit das temperierte Medium (z. B. warme Luft oder Flüssigkeit) darin Platz findet und zugleich gegenüber der kalten Umgebung geschützt ist, so daß mit der Energiezufuhr z. B. durch Solarzellen oder Abwärmespender, doch große Wandflächen mit einer Isoliertemperatur abgedeckt werden können.

3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren vorhandenen Luftspalten, das erwärmte Medium Luft oder Wasser über z. B. Ventile und Rohre in den ihrer Temperatur entsprechend richtigen Spalt gelenkt wird, um somit einen möglichst guten Wirkungsgrad zu erreichen.

4. Anlage nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das als Wärmeträger verwendete Medium, z. B. Luft, in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, und somit mit seiner Restwärme wieder in den Kollektor eintritt.

5. Anlage nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß bei gelegentlich auftretenden höheren Anlagetemperaturen z. B. bei Verwendung von Sonnenkollektoren und mindestens zwei Hohlraumschichten, wovon eine nahe am Innenwandbereich liegt, die höheren Temperaturwerte genützt werden, um über den inneren Hohlraum oder einen extra Wärmetauscher den Gebäude- oder Behälterinnenraum zu beheizen. Während der Rücklauf des Wärmeträgermediums dann über den äußeren Hohlraum erfolgt und dabei noch zusätzlich das vorhandene Wärmegefälle der zu isolierenden Wandung reduziert.

6. Anlage nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß Ventile und Steuergeräte in den Warmluft-Sonnenkollektoren integriert sind, so daß am Gebäude nur entsprechende Temperaturfühler und Rohranschlüsse von den Luftspalten nach außen geführt werden müssen, so daß die Sonnenkollektoren dann einfach aufgesteckt werden können und keine aufwendigen Montagearbeiten erfolgen müssen.

7. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hohlräume durch eine mit entsprechendem Abstand, durch Distanzteile (z. B. Konterlattung), angebrachte Vorsatzschale entstanden ist.

8. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Vermauerung von Hohlblocksteinen für die temperierte Luft Hohlraumstreifen im Mauerwerk entstehen.

9. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenkollektoren unten angeordnet sind, so daß sich die Anlage von selbst in Gang setzt wenn sie einen entsprechenden Temperaturvorsprung erreicht hat und das Medium ohne Gebläse oder Pumpenunterstützung durch Temperatur und Gewichtsunterschiede zu zirkulieren beginnt.

10. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einzelner entsprechend breiter Luftspalt genutzt wird, der z. B. durch die Montage einer nachträglichen Außenisolierung entsteht und so Solarzellen oder Wintergärten oder Glasvorbauten ohne spezielle Rohrschicht und Ventile zu einer diesbezüglichen Nutzung verwertbar werden läßt.

11. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem oder den Luftspalten nur Wärmetauscher z. B. ein oder mehrere Rohre mit Kühlrippen oder zusätzlich zu den angeschlossenen Solarzellen ein solches oder solche Rohre bzw. Wärmetauscher angebracht sind, um auch Restwärme von einer anderen Temperaturquelle als den Solarzellen nutzen oder mitnutzen zu können, indem durch sie die Luft im Luftspalt miterwärmt oder nur durch sie erwärmt wird.

12. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein anderes Medium als Luft (z. B. Wasser) in den Sonnenkollektoren erwärmt wird und damit über Wärmetauscher die Luft in zum Teil weiter entfernten Luftspalten, wie z. B. Hausnordseite oder in Energiespeichern erwärmt werden kann.

13. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Energiespeicher beheizt oder mit beheizt wird und damit wiederum bei fehlender Sonne noch ein gewisser Zeitraum mit gespeicherter Energie überbrückt werden kann.

14. Anlage nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Energiespeicher durch Sonnenkollektoren zeitweise mit Sonnenenergie, auflädt und bei niedrigen Temperaturen deren Wärmeverluste noch reduziert, so daß die gespeicherte Energie auch länger erhalten bleibt und bei der Energieentnahme im Winter eine weitere Temperaturnutzung nach unten ermöglicht.

15. Mehrschichtiger Energiespeicher nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine niedrigere Temperatur als die Innenraumtemperatur einen isolierten Speicher umhüllt und daß diese niedrigere Temperatur sich selbst in einem Speicher befindet, der eventuell wieder von einem niedriger temperierten Speicher vor einem zu großen Wärmegefälle geschützt ist.

16. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß z. B. die Hohlräume auch direkt von einem anderen Medium als Luft eingenommen bzw. durchströmt werden.

17. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirtschaftlichkeit von Luftkollektoren auch im Sommer erhalten bleibt, indem die Warmluft durch am Haus anliegende oder im Haus integrierte Kamine geleitet und so zur Stromerzeugung mittels thermischen Winden genutzt wird, ohne daß die Landschaft durch irgendwelche Türme verunstaltet wird.

18. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß z. B. auch im Erdreich oder in Flüssigkeiten gegenüber der Umgebungstemperatur vorhandene positive Temperaturdifferenzen nutzbar gemacht werden, um das Wärmegefälle eines beheizten Wohnraumes zu mindern.