DE19810725A1

DE19810725A1 - Gebäudekühlung ohne Kälteerzeugung

Info

Publication number: DE19810725A1
Application number: DE19810725A
Authority: DE
Inventors: Tobias Wylezol
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-16

Abstract

Der Hauptzweck der Erfindung besteht darin, Gebäude künftig mit wesentlich geringerem Energieverbrauch kühlen zu können. Für diesen Anwendungsfall soll die Kühle des Erdreiches ausgenutzt werden, indem z. B. Wasser zwischen diesem und dem Gebäuse zirkuliert wird. Die Kälte braucht also nicht erst erzeugt zu werden, was den Hauptunterschied zu allen bisherigen Kühlvarianten darstellt. DOLLAR A Der grundlegende Aufbau läßt sich anhand einer Wärmepumpenheizung beschreiben, bei der im Kühlungsfall das Wasser des Erdkreislaufes direkt durch den Heizkreislauf gefördert wird. DOLLAR A Der Hauptvorteil liegt in der Minimierung der Anschaffungs- und Betriebskosten bei hoher Anlagenstandzeit. DOLLAR A Der Nachteil liegt darin, daß sich bei hoher Luftfeuchte Kondenswasser am kalten Heizkörper niederschlagen könnte. Aufgrund der hohen Kostenersparnis bei ebenfalls hoher Umweltfreundlichkeit könnte diese Erfindung in jedem Gebäude für mehr Behaglichkeit sorgen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. Anlage ent sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Kühlung von Gebäuden bzw. -teilen werden heute in er ster Linie Wärmepumpen verwendet. Sie arbeiten meist nach dem Prinzip, daß der Kompressor die Kälte erzeugt und ein Lüfter sie dann in den zu kühlenden Raum transportiert. Einige Anlagen erhitzen dabei zusätzlich Brauchwasser.

Der Hauptnachteil aller bisher genutzten Möglichkeiten, Kälte zu erzeugen, besteht eben darin, daß die Kälte erst erzeugt wird, obwohl sie schon vorhanden ist.

Nachteile: Energieverbrauch, Geräuschpegel, Größe und Ko sten dieser Anlagen, Eingriff in Gebäudestatik und -archi tektur durch Luftschächte.

Vorteil der Erfindung: kaum Energieverbrauch, geräuschlose Kühlung, geringe Errichtungskosten, Platzeinsparung, keine Luftschächte, im Idealfall Kombination mit Gebäudeheizung und/oder deren Regelkreis möglich.

Lösung der Aufgabe: um effektiv Gebäude zu kühlen, wird die im Erdreich vorhandene Kälte mittels Leitungen, Wärmespei chermedium und Transportmittel in die Gebäude gefördert.

Vorteile der Erfindung:

a) Einsparung von ( Elektro-)Energie mit den Folgevorteilen Ressourcenschonung, Umweltentlastung, Betriebskostenmini mierung
b) Verringerung der Errichtungskosten
c) geräuschlose Funktion
d) Einsparung von Platz
e) weitere Verminderung der Errichtungskosten ist durch die Kombination von Heizung und Kühlung möglich
f) auch die gemeinsame Temperaturregelung von Heizung und Kühlung ist möglich
g) es ist möglich, aber nicht zwingend notwendig, für Hei zung und Kühlung dieselben Wärmetauscher zu verwenden
h) Verbesserung der Innenansicht des Raumes durch Wegfall großer Bauteile und Schächte
i) keine Zugluft, kein kalter Luftstrom
j) mehrere Möglichkeiten der Regelung des Kühlvorganges
k) kaum Verschleiß, dadurch weitere Betriebskostenreduzie rung
l) hohe Standzeit bzw. Lebensdauer der Anlage.

Beispielbeschreibung einer Patentanmeldung a) Aufbau

Die Anlage besteht aus einem Erdwärmetauscher (8), im ein fachsten Falle aus im Erdreich verlegten Rohrschlangen, aber auch Tiefenbohrungen und andere Variationen sind möglich.

Von diesem Erdwärmetauscher laufen zwei Leitungen zum Ge bäude, wobei an eine, eventuell auch an beide, die Umwälz pumpe (6) angeschlossen ist. Es ist auch möglich, mehrere Leitungen zu verlegen.

Besteht die Heizung dieses Gebäudes aus einer Wärmepumpe mit Erdkreislauf, wird im Idealfall derselbe Wärmetauscher auch für die Kühlung verwendet. Es werden z. B. zwei T-Stücke gesetzt, und die Wärmepumpe und die Gebäudekühlung daran angeschlossen (an den Erdwärmetauscher (8)).

Die Umschaltung zwischen Wärmepumpe und Gebäudekühlung ge schieht im Schema durch die Umwälzpumpen (5), (6) und (7) sowie den Dreiwegehahn (4). Auch mechanische Absperrvor richtungen und/oder Magnetventile könnten diese Aufgabe übernehmen.

Besteht die Heizung des Gebäudes nicht aus einer Wärmepumpe, so speist der Erdkreislauf nur die Gebäudekühlung.

Besteht die Gebäudekühlung aus denselben Gebäudewärmetau schern (2) wie die Gebäudeheizung, so ist auch kein extra Kreislauf notwendig. Die Einspeisung der Kühlung in die Ge bäudeheizung geschieht z. B. durch die Umwälzpumpen (5), (6) und (7) sowie durch einen Dreiwegehahn (4) mit Endschalter, der als mindestens einpoliger Umschalter ausgelegt sein sollte und die jeweiligen Endstellungen "Kühlen", im Schema dargestellt, oder "Heizen", an die Steuerung meldet, das heißt, der Hahn muß sich in einer Endstellung befinden. Auch andere Endschalterformen sind möglich. Auch die Zahl der Umwälzpumpen könnte zugunsten von Absperreinrichtungen reduziert werden.

Wird für die Kühlung jedoch ein eigener Kreislauf mit eige nen Gebäudewärmetauschern geschaffen, so entfällt auch die Möglichkeit der Einspeisung.

Als Wärmetauscher können Heizkörper verwendet werden. Diese sollten sich im Raum oben befinden, wenn nur gekühlt wird, unten befinden, wenn nur geheizt wird, und sie sollten im Raum von oben bis unten reichen, wenn geheizt oder gekühlt wird. Möglich ist auch, die Wärmetauscher (2) in die Wände mit der oben beschriebenen Anordnung einzulassen. Wird Fuß bodenheizung verwendet, so installiert man die Heizung im Fußboden und die Kühlung im Fußboden des Raumes darüber, der dann allerdings keine Wärmeisolierung zur selben Decke haben dürfte, oder man bringt die Kühlung in die Decke ein oder an der Decke an.

Wird die Raumluft jedoch mit Hilfe von Lüftern zirkuliert, so können die Gebäudewärmetauscher (2) beliebig im Raum po sitioniert werden.

Die Regelung funktioniert im einfachsten Fall durch eine Sollwertvorgabe und eine Istwerterfassung, deren Vergleich und Auswertung der dabei auftretenden Differenz. Diese Differenz wird einer Auswerteeinheit zugeschickt, die sie in Richtung und Größe analysiert und Heizung oder Kühlung in entsprechender Intensität auslöst.

Die Regelung für Heizung und Kühlung kann gemeinsam, teil weise gemeinsam oder vollständig getrennt erfolgen. Wird ein separater Kreislauf verlegt, so besteht die Mög lichkeit, nur einige Räume mit der Kühlung auszustatten, z. B. Räume mit Fenstern nach Süd, Wohn- und Schlafräume und/oder Räume im Dachgeschoß.

Es ist auch möglich, die Luft außerhalb des zu kühlenden Raumes abzukühlen und sie dann über Schächte oder andere Luftleitungen zuzuführen und die erwärmte Luft wieder abzuführen.

Das kalte Wärmespeichermedium, im Idealfalle Wasser, kann mit nahezu konstanter Temperatur in die Kühlung eingespeist werden oder man variiert dessen Temperatur durch einen By paß, Mischer oder andere Vorrichtungen, etwa im Bereich +5 . . . +20°C.

Es ist auch möglich, auf den Kreislauf des Wassers zu ver zichten und es nach Passieren des Gebäudewärmetauschers (2) nicht mehr zu verwenden, d. h. ablaufen zu lassen. Dies ist mit Trinkwasser zwar möglich, aber sicher kostspielig. Gün stiger ist sicher die Nutzung von Brunnenwasser oder anderen Quellen. Diese Variante kann jedoch nur als Notlösung be trachtet werden, es sei denn, das Wasser wird weiterhin nach Passieren des Gebäudewärmetauschers als Trink- bzw. Brauch wasser genutzt. Der Gebäudewärmetauscher (2) hätte hier die Zusatzfunktion eines Wasservorerwärmers.

Die Dimensionierung von Kühlfläche und -leistung sollte nach den gleichen Kriterien wie bei der Wärmepumpenheizung erfol gen, d. h. 1-1,2 grd Abweichung der Außentemperatur sollte eine Temperaturänderung des Wärmespeichermediums von 1 grd nach sich ziehen.

Die Dimensionierung des Erdwärmetauschers (8) sollte der notwendigen Kühlfläche entsprechen, im Maximalfall sollte sie so groß wie der Wärmetauscher der Heizung gewählt werden.

b) Funktion

Bei hohen Außentemperaturen wird der Dreiwegehahn (4) auf "Kühlen" gestellt oder andere Umstellmöglichkeiten ge tätigt. Wurden Magnetventile oder Umwälzpumpen als Umstell einheit installiert, so erledigt die automatische Steuerung die Umschaltung.

Steigt nun die Zimmertemperatur über einen kritischen Wert, wird die Kühlung durch Zuschalten der Umwälzpumpe (6) in Betrieb genommen. Zur Variation der Kühlung gibt es folgen de Möglichkeiten:

- Umwälzpumpe (6) ist in ihrer Drehzahl variabel
- Umwälzpumpe (6) erhält eine variable Kurzschlußstrecke (9)
- es wird ein Bypaß bzw. Mischer installiert, der die Tem peratur des Kaltwassers variiert
- Umwälzpumpe (6) arbeitet im Intervallbetrieb
- Umwälzpumpe (6) arbeitet ständig, wobei jeder Raum durch sein eigenes Thermostatventil geregelt wird

All diese Maßnahmen können einzeln oder auch miteinander kombiniert verwirklicht werden. Sie können noch ergänzt werden durch eine Zeitschaltuhr, da die größte Hitze tags über auftritt, oder je nach Anwesenheit der Personen ge kühlt werden soll.

Erläuterung zur Zeichnung

Auf dem Bild ist eine Wärmepumpenheizung dargestellt, die auch über die Möglichkeit der Kühlung verfügt.

Die Umschaltung zwischen "Heizen" und "Kühlen" ge schieht mit einem Dreiwegehahn, die Förderleistung der Um wälzpumpe "Kühlen" geschieht mit einer variablen Kurz schlußstrecke.

Folgende weitere Anlagenteile wurden eingezeichnet:
1 Wärmepumpe, auf die Darstellung des Brauchwasser-Kreis laufes wurde verzichtet, da dieser hier nicht von Bedeutung ist
2 Gebäudewärmetauscher bzw. Heizkörper zum Heizen oder Kühlen
3 Regelventil des Heizkörpers, hier wird ein kombi niertes Ventil zum Heizen und Kühlen verwendet
4 Dreiwegehahn für die Umschaltung zwischen "Heizen" und "Kühlen", im Bild ist die Betriebsart "Kühlen"-dargestellt. Auf "Heizen" wird umgestellt, indem man den Hahn um 90° nach links (gegen den Uhrzeigersinn) dreht
5 Umwälzpumpe für die Betriebsart "Heizen"
6 Umwälzpumpe für die Betriebsart "Kühlen"
Umwälzpumpe 5 und 6 können nie gemeinsam betrieben werden
7 Umwälzpumpe für den Erdkreislauf, auch Solepumpe genannt
8 Erdkreislauf, dieser gewährleistet Kühlung, Heizung und Brauchwassererwärmung.

Claims

1. Anlage zur Förderung eines Wärmespeichermediums vom Erd reich (8) zum zu kühlenden Gebäude (2), dadurch gekennzeichnet, daß es in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert wird, d. h. vom Gebäudewärmetauscher (2) in den Erdwärmetauscher (8) wieder zurückfließt,

- daß es zur Kühlung dieselben Gebäudewärmetauscher (2) wie für die Heizung verwendet, die dann zu modifizieren wären,
- daß es für die Kühlung dieselbe Regelung verwendet wie für die Heizung, die dann zu modifizieren wäre,
- daß Heizkörper (2), an der Wand befestigt und über bestimm te Maße verfügend, zum Einsatz kommen,
- daß die Gebäudeheizung durch eine Wärmepumpe (1) geleistet wird,
- daß der Erdwärmetauscher aus im Erdreich verlegten Rohr schlangen (8) besteht,
- daß kalte bzw. heiße Luft in dem Raum erzeugt werden, wo sie benötigt werden,
- daß die Temperatur des Wärmespeichermediums durch einen Bypaß oder Mischer variiert wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium nach Durchfluß durch den Gebäudewärmetauscher nicht weiter ver wendet wird, d. h. der Kreislauf offen ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühlung ein separater Kreislauf und separate Gebäudewärmetauscher (2) geschaffen werden.

4. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühlung ein extra Re gelkreis installiert wird, der vom Heizregelkreis ganz oder teilweise getrennt wird.

5. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebäudewärmetauscher (2) in der Wand bzw. im Fußboden bzw. in der Decke befestigt werden.

6. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebäude über eine beliebi ge andere Heizungsart verfügt, z. B. Öl-, Gas-, Kohle-, Holz feuerung, Fernwärmeanschluß bzw. Elektro- oder Solar heizung.

7. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdwärmetauscher (8) nicht aus Rohrschlangen besteht, sondern z. B. durch Tiefenboh rung oder -schuß hergestellt wurde oder jegliche andere Form aufweist.

8. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kalte bzw. warme Luft von außen dem Raum zugeführt wird.

9. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmespei chermediums nicht gezielt variiert werden kann.