EP2558791A2 - Vorrichtung und verfahren zur speicherung thermischer energie - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur speicherung thermischer energie

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EP2558791A2
EP2558791A2 EP11714739A EP11714739A EP2558791A2 EP 2558791 A2 EP2558791 A2 EP 2558791A2 EP 11714739 A EP11714739 A EP 11714739A EP 11714739 A EP11714739 A EP 11714739A EP 2558791 A2 EP2558791 A2 EP 2558791A2
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EP
European Patent Office
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heat
storage medium
heat exchanger
valve
loading device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11714739A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Krause
Horst Stiegel
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for storing thermal energy, comprising a loading device, a storage medium, an insulating device and a heat exchanger, wherein the loading device is connectable to a heat source and / or a heat sink and adapted to supply heat to the storage medium and / or Heat is removed from the storage medium, and the isolator is adapted to isolate the storage medium from its environment, and the heat exchanger is adapted to allow heat exchange between the storage medium and its environment.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for storing thermal energy with which the efficiency of such a system can be increased.
  • the object of the invention is to provide a to provide generic device for storing thermal energy with less effort.
  • the object is achieved according to the invention by a device according to claim 1, a building according to claim 12 and a method according to claim 13.
  • the energy store in a wall of the building, so that it can temper two adjacent rooms. Since the wall is always arranged in the building so that its upper edge is higher than the lower edge, can be maintained by the temperature difference resulting differences in density between a hot and a cold fluid in the storage medium and in the heat exchanger a thermosiphonous flow of a heat transfer medium.
  • a solid body which is part of an inner wall of a building can be used as the storage medium.
  • the inner wall can be a load-bearing or non-load-bearing inner wall.
  • Suitable solid materials include conventional building materials, such as limestone, brick, concrete, gypsum, mortar, steel, mixtures of these building materials or other, not mentioned building materials.
  • said device is also suitable for retrofitting existing buildings or may be particularly
  • the storage medium may additionally contain a latent heat store, which can absorb or release heat energy at constant temperature by means of a phase change.
  • the latent heat storage can be present in encapsulated form in solid state material.
  • An encapsulation may take the form of a plurality of microcapsules with diameters of about 100 ⁇ to about 5 mm.
  • latent heat storage may be included in larger volume macroscopic containers. Paraffin or a salt hydrate can be used as latent heat storage.
  • the storage medium contains no liquids, so that frost damage to the storage medium
  • the storage medium can not leak and damage the building or its furnishings.
  • the storage medium is supplied with thermal energy by means of a charging device or heat energy is withdrawn. Accordingly, the storage medium can then be used to heat or cool at least one room of the building.
  • the loading device may include a first fluid system, which may be laid, for example, as a tube register in the storage medium. In other embodiments of the invention, the fluid system of the loading device may take on a different design.
  • the first fluid system transports thermal energy
  • a heat source in some embodiments of the invention, a thermal solar collector, a combined heat and power plant, a solid fuel boiler, a heat pump, or other source of useful heat may be employed.
  • a heat sink in some embodiments of the invention, a compression chiller or groundwater or surface water from a body of water adjacent to the building is suitable.
  • the isolator may include conventional insulating materials such as rigid foams or mineral fibers.
  • the insulation device may contain or consist of a vacuum insulation or an airgel-based insulation material. Due to the thermal insulation of the storage medium of its environment, usually one of the storage medium-containing wall at least
  • the proposed device includes a
  • the heat exchanger can release heat to the environment, which he takes from the storage medium.
  • the heat exchanger can absorb heat from the environment and deliver it to the storage medium.
  • the heat exchanger may also be second in some embodiments
  • the tube register of the heat exchanger may be connectable to the tube register of the loading device via a first valve.
  • the fluid circulating in the loading device as a heat carrier can thermosyphonically circulate between the loading device and the heat exchanger.
  • the storage medium can be discharged without pump cycle and thus without the expense of additional energy.
  • the thermosiphon drive of the discharge of the storage medium may result in self-regulation in which the thermal power delivered decreases, when the environment of the storage medium reaches its set temperature. As a result, an elaborate control device can still be saved and still an overheating or
  • At least one second valve can be provided, with which the heat exchanger can be connected directly to the heat source or the heat sink, bypassing the storage medium.
  • the provided thermal energy can be used directly for cooling or heating a room when supply and demand occur at the same time. If an oversupply of thermal energy is available, it can be stored in the storage medium for later use.
  • the first and / or second valve may be an electrically controllable valve to allow central control of the storage medium's loading and unloading process.
  • the first and / or second valve may be a thermostatically controlled valve in order to realize a further control loop for the loading of the storage medium or the room temperature in addition to the thermosyphoni Service control. This may result in improved control performance in some embodiments of the invention.
  • the first and / or second valve may be a mechanical valve. This allows the device according to the invention as a passive device be operated completely without external electrical energy consumption.
  • Figure 1 shows the cross section through an inventive
  • FIG. 1 shows a cross section through the invention
  • a first floor ceiling or a bottom plate 20 can be seen.
  • an insulation 22 is arranged, on which a screed 21 is located.
  • the screed 21 thus forms the floor of the room 13.
  • the floor slab 20 may in a conventional manner of reinforced concrete and / or
  • the insulation 22 may in some embodiments contain or consist of rigid foam.
  • the screed 21 may be applied as cement screed or as mastic asphalt.
  • the upper boundary of the room 13 forms a second
  • a trim 23 may be attached. In a multi-storey building, the structure shown may repeat cyclically. Between the first floor ceiling 20 and the second
  • Floor slab 24 is disposed an inner wall.
  • the inner wall separates two rooms of the building.
  • the inner wall may be a supporting inner wall, which is the load of the second
  • Floor slab 24 on an underlying component removes or a non-supporting inner wall, which only as
  • the material of the inner wall may be, for example, brick, plaster or concrete. Furthermore, the inner wall may contain latent heat storage. According to the invention it is proposed to use the material of the inner wall as a storage medium 4. In this way, the already existing component core can be used as a device for storing thermal energy. Furthermore, the embodiment according to the invention dispenses with permanently liquid heat transfer media as the storage medium, so that the risk of leakage is avoided.
  • the storage medium 4 is surrounded by an insulating device 3. The insulating device 3 prevents the stored in the storage medium 4 thermal energy is discharged uncontrollably into the room 13. As a result, the energy supply can be decoupled from energy demand.
  • the storage medium 4 may deliver thermal energy to a heat sink so as to absorb thermal energy from the room 13 during the warmer hours of the day and to provide cooling capacity for the room 13.
  • the storage medium 4 can absorb thermal energy from an oversupply, for example from a
  • the storage medium may deliver heat energy to the room 13 when additional heating of the room 13 is required. If the room 13 no heat energy supplied or no heat energy to be dissipated from the room 13, this is separated by the insulating device 3 from the storage medium 4.
  • the insulating device 3 may for example contain a hard foam or a mineral wool. In other embodiments of the invention, the device 3 may be a vacuum insulation. The invention does not teach the use of a
  • thermal separation of the storage medium 4 from the floors 20 and / or 24 may be provided.
  • a second insulating device 7 can be used. If the storage medium is part of a supporting inner wall, a pressure-resistant element can be used as the second insulating device 7, so that a frictional connection between the second floor slab 24 and the storage medium 4 is made possible.
  • a loading device 12 For loading the storage medium 4, a loading device 12 is provided.
  • a loading device 12 For the purposes of the present
  • Invention is understood as a load, the supply of thermal energy in the storage medium 4, if the
  • Storage medium 4 should allow the heating of the room 13. If the storage medium 4 is to absorb thermal energy from the space 13 in order to cool the space 13, the loading of the storage medium 4 is understood to mean the removal of thermal energy from the storage medium. Accordingly, a fluid circulating in the charging device 12 may have a temperature lower than the temperature of the storage medium 4 or a temperature higher than the temperature of the storage medium 4.
  • the loading device 12 may include a first pipe register 5.
  • the fluid can be supplied to and removed from the first tube register 5 via a first line 8 and a second line 9.
  • the first and second lines 8 and 9 may accordingly be connected to a heat sink or to a heat source.
  • the first and second lines 8 and 9 and the tube register 5 are components of the loading device 12. In addition, other components may be included.
  • the top of the pipe register 5 attaching line 9 is used as a flow and the bottom of the pipe register 5 attaching
  • the heat exchanger 14 includes a room-side cover of the wall, for example in the form of an interior plaster or a plasterboard. Within the inner plaster 1 is a heat exchanger, for example as a second
  • Pipe register 2 can thus transport heat between the storage medium 4 and the space 13.
  • the second pipe register 2 of the heat exchanger 14 may be connected to the first pipe register 5 of the loading device 12 by means of a valve 6.
  • the opening of the valve 6 leads to a
  • a heat exchanger 14 may be arranged on one or both sides of the wall. Accordingly, only one room or both rooms can be heated or cooled.
  • a valve 11 may be provided in some embodiments. By means of the valve 11, the flow can directly with the second fluid system. 2 bypassing the storage medium 4 are coupled. Only when the space 13 has reached a desired temperature, the storage medium 4 can be loaded by opening the valve 11 and closing the valve 6 with the excess thermal energy.
  • FIG. 2 shows a cross section through a device according to a further embodiment of the invention.
  • the embodiment according to FIG. 2 also shows a first floor ceiling 20 and a second floor ceiling 24, as explained in connection with FIG.
  • an optional insulation 22 may be located on the first floor ceiling 20, as explained in connection with FIG.
  • an optional insulation 22 may be located between the first floor ceiling 20 and a second floor ceiling 24, as explained in connection with FIG.
  • Floor slab 20 and the second floor slab 24 is an inner wall which contains a storage medium 4.
  • the storage medium 4 is by insulating means 3 and 7 with respect to the space 13 and the floor slabs 20 and 24th
  • Pipe register 5 is available, which is connected by means of a first line 8 and a second line 9 with a heat source or a heat sink. To control the
  • Loading of the storage medium 4 may also be provided according to the second embodiment, a valve 11.
  • the heat exchanger 14 a includes a pipe register 10 a, which is laid inside the ceiling plaster 23.
  • the second heat exchanger 14b also contains a tube register 10b, which is laid inside the screed 21.
  • one or both of the tube registers 10a and 10b may be connected to the first tube register 5.
  • the ceiling and / or the floor of the room 13 can be used for heating and / or cooling.
  • the device according to FIG. 2 can also be executed on one side in a space 13 or on both sides the Wall. In some embodiments, only the heat exchanger 14a or only the heat exchanger 14b or both heat exchangers may be present.
  • the ceiling-side heat exchanger 14a is used to heat the space 13 by opening the valve 6a and closing the valve 6b.
  • the bottom-side heat exchanger 14b is then used in accordance with the cooling of the space 13 by the valve 6a is closed and the valve 6b is opened.
  • a thermosyphonic drive of the fluid circuit in the first pipe register 5 and the pipe registers 10a and 10b is always ensured.
  • electric pumps may also be used to allow the flow of fluid in the tube registers 5, 2, 10a and 10b.
  • valves 6 and 11 can be controlled electrically in some embodiments and be controlled according to the heat and cooling requirements of the respective rooms 13. In other embodiments of the invention, the valves 6 and 11 may be designed as manual valves, which of the

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Speicherung thermischer Energie, enthaltend eine Beladungseinrichtung (12), ein Speichermedium (4), eine Isoliereinrichtung (3, 7) und einen Wärmetauscher (14), wobei die Beladungseinrichtung (12) mit einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke verbindbar und dazu eingerichtet ist, dem Speichermedium (4) Wärme zuzuführen und/oder dem Speichermedium (4) Wärme zu entziehen, und die Isoliereinrichtung (3) dazu eingerichtet ist, das Speichermedium (4) gegenüber seiner Umgebung (13) zu isolieren, und der Wärmetauscher (14) dazu eingerichtet ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem Speichermedium (4) und seiner Umgebung (13) zu ermöglichen, wobei das Speichermedium (4) zumindest einen Teil einer Innenwand eines Gebäudes bildet und ein Wärmeträgermedium zwischen dem Speichermedium (4) und dem Wärmetauscher (14) thermosyphonisch zirkulierbar ist.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR SPEICHERUNG THERMISCHER ENERGIE
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Speicherung thermischer Energie, enthaltend eine Beladungseinrichtung, ein Speichermedium, eine Isoliereinrichtung und einen Wärmetauscher, wobei die Beladungseinrichtung mit einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke verbindbar und dazu eingerichtet ist, dem Speichermedium Wärme zuzuführen und/oder dem Speichermedium Wärme zu entziehen, und die Isoliereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Speichermedium gegenüber seiner Umgebung zu isolieren, und der Wärmetauscher dazu eingerichtet ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem Speichermedium und seiner Umgebung zu ermöglichen.
Aus der EP 0 931 986 A2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt . Gemäß diesem bekannten Verfahren wird Sonnenenergie durch einen auf der Dachfläche eines Gebäudes montierten Kollektor gesammelt. Diese thermische Energie erwärmt zumindest ein Speichermedium, welches beispielsweise als Erdspeicher ausgeführt sein kann. Zur späteren Beheizung des Gebäudes wird die thermische Energie aus dem Erdspeicher entnommen und über Wärmetauscher in das Gebäude eingebracht .
Dieses bekannte Speichersystem weist jedoch den Nachteil auf, dass zwei getrennte Fluidkreisläufe notwendig sind, um den thermischen Energiespeicher zu beladen und zu entladen.
Weiterhin benötigen diese Fluidkreisläufe elektrische Pumpen, welche selbst wiederum Energie verbrauchen und dadurch die Gesamteffizienz des Systems reduzieren.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung thermischer Energie anzugeben, mit welchem die Effizienz eines solchen Systems gesteigert werden kann.
Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung thermischer Energie mit geringerem Aufwand bereitzustellen.
Die Aufgabe wird Erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Gebäude gemäß Anspruch 12 und ein Ver- fahren gemäß Anspruch 13.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Energiespeicher in einer Wand des Gebäudes bereit zu stellen, so dass dieser zwei benachbarte Räume temperieren kann. Da die Wand stets so im Gebäude angeordnet ist, dass ihre Oberkante höher als die Unterkante angeordnet ist, kann durch die aus der Temperaturdifferenz entstehenden Dichteunterschiede zwischen einem warmen und einem kalten Fluid im Speichermedium und im Wärmetauscher eine thermosyphonische Strömung eines Wärmeträgermediums aufrecht erhalten werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann als Speichermedium ein Festkörper eingesetzt werden, welcher Teil einer Innenwand eines Gebäudes ist. Die Innenwand kann dabei eine tragende oder auch eine nicht tragende Innenwand sein. Als Festkörper eignen sich übliche Baustoffe, wie beispielsweise Kalksandstein, Ziegel, Beton, Gips, Mörtel, Stahl, Mischungen dieser Baustoffe oder weitere, hier nicht genannte Baustoffe. In diesem Fall eignet sich die genannte Vorrichtung auch zur Nachrüstung bestehender Gebäude oder kann besonders
kostengünstig in Gebäude integriert werden, da die zur
Speicherung der Energie benötigte Masse ohnehin bereits als Wandmaterial in das Gebäude eingebaut werden muss.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Speichermedium zusätzlich einen Latentwärmespeicher enthalten, welcher mittels eines Phasenwechsels Wärmeenergie bei konstanter Tem- peratur aufnehmen oder abgeben kann. Der Latentwärmespeicher kann in verkapselter Form in Festkörpermaterial vorliegen. Eine Verkapselung kann in Form einer Mehrzahl von Mikrokapseln mit Durchmessern von etwa 100 μπι bis etwa 5 mm erfolgen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Latentwärmespeicher in makroskopischen Behältern mit größeren Volumina eingeschlossen sein. Als Latentwärmespeicher kann Paraffin oder ein Salzhydrat eingesetzt werden. In einigen Ausführungs- formen der Erfindung enthält das Speichermedium keinerlei Flüssigkeiten, so dass Frostschäden am Speichermedium
ausgeschlossen werden können. Weiterhin kann das Speichermedium nicht auslaufen und das Gebäude oder dessen Einrichtung beschädigen .
Dem Speichermedium wird erfindungsgemäß mittels einer Beladungseinrichtung Wärmeenergie zugeführt oder Wärmeenergie entzogen. Entsprechend kann das Speichermedium dann zur Beheizung oder zur Kühlung zumindest eines Raumes des Gebäudes eingesetzt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Beladungseinrichtung ein erstes Fluidsystem enthalten, welches beispielsweise als Rohrregister im Speichermedium verlegt sein kann. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Fluidsystem der Beladungseinrichtung eine andere Bauform annehmen .
Das erste Fluidsystem transportiert thermische Energie
zwischen dem Speichermedium und einer Wärmequelle bzw. einer Wärmesenke. Als Wärmequelle kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein thermischer Solarkollektor, ein Blockheizkraftwerk, ein Festbrennstoffkessel , eine Wärmepumpe oder eine andere Quelle für Nutzwärme eingesetzt werden. Als Wärmesenke eignet sich in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Kompressionskältemaschine oder Grundwasser oder Oberflächenwasser aus einem benachbart zum Gebäude liegenden Gewässer.
Um eine unkontrollierte Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme des Speichermediums zu vermeiden, wird erfindungsgemäß eine
Isoliereinrichtung vorgeschlagen, welche das Speichermedium gegenüber seiner Umgebung isoliert. In einigen Ausführungsformen kann die Isoliereinrichtung konventionelle Dämmmaterialien wie Hartschäume oder Mineralfasern enthalten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Isoliereinrichtung eine Vakuumisolation oder einen Dämmstoff auf der Basis von Aerogel enthalten oder daraus bestehen. Durch die thermische Isolierung des Speichermediums von seiner Umgebung, meist ein von der das Speichermedium enthaltenden Wand zumindest
teilweise umgrenzter Raum, kann das Angebot an thermischer Energie und die Nachfrage an thermischer Energie entkoppelt werden .
Schließlich enthält die vorgeschlagene Vorrichtung einen
Wärmetauscher, welcher thermische Energie zwischen dem
Speichermedium und der Umgebung austauscht. Zur Beheizung der Umgebung kann der Wärmetauscher Wärme an die Umgebung abgeben, welche er aus dem Speichermedium entnimmt . Zur Kühlung der Umgebung kann der Wärmetauscher Wärme aus der Umgebung aufnehmen und diese an das Speichermedium abgeben. Auch der Wärmetauscher kann in einigen Ausführungsformen als zweites
Fluidsystem ausgebildet sein und ein Rohrregister enthalten. Auf diese Weise können große Flächen als Wärmetauscher
bereitgestellt werden, beispielsweise zumindest ein Teil einer Wandfläche und/oder zumindest ein Teil der Bodenfläche
und/oder zumindest ein Teil der Deckenfläche des Raumes, dessen Begrenzungswand das Speichermedium enthält.
In einigen Ausführungsformen kann das Rohrregister des Wärmetauschers über ein erstes Ventil mit dem Rohrregister der Be- ladungseinrichtung verbindbar sein. In diesem Fall kann das in der Beladungseinrichtung als Wärmeträger zirkulierende Fluid aufgrund des Temperaturunterschiedes des Speicherkerns und seiner Umgebung und des sich daraus ergebenden Dichteunterschiedes des Fluids thermosyphonisch zwischen der Beladungs- einrichtung und dem Wärmetauscher zirkulieren. Somit kann das Speichermedium ohne Pumpenkreislauf und damit ohne den Aufwand zusätzlicher Energie entladen werden. In einigen Ausführungsformen kann der thermosyphonische Antrieb der Entladung des Speichermediums zu einer Selbstregelung führen, bei welcher die abgegebene bzw. aufgenommene thermische Leistung sinkt, wenn die Umgebung des Speichermediums ihre Solltemperatur erreicht. Dadurch kann weiterhin eine aufwändige Regeleinrichtung eingespart werden und dennoch eine Überheizung bzw.
Unterkühlung des Raumes verhindert werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest ein zweites Ventil vorgesehen sein, mit welchem der Wärmetauscher unter Umgehung des Speichermediums unmittelbar mit der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke verbunden werden kann. Auf diese Weise kann die bereitgestellte thermische Energie unmittelbar zur Kühlung bzw. Beheizung eines Raumes verwendet werden, wenn Angebot und Nachfrage zeitgleich anfallen. Sofern ein Überangebot an thermischer Energie bereitsteht, kann dieses im Speichermedium für die spätere Verwendung gespeichert werden.
Da der in den Rohrregistern zirkulierende Wärmeträger sowohl die Wärmequelle bzw. die Wärmesenke, den Wärmetauscher und die Beladungseinrichtung durchströmt, wobei der jeweilige Durch- fluss durch die Teilsysteme durch das erste und/oder zweite Ventil besteuert wird, kann ein solcher Aufbau auch als genau ein Fluidsystem angesehen werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste und/oder zweite Ventil ein elektrisch ansteuerbares Ventil sein, um eine zentrale Steuerung des Lade- und Entladeprozess des Speichermediums bzw. der Raumtemperatur zu ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste und/oder zweite Ventil ein thermostatisch geregeltes Ventil sein, um neben der thermosyphonisehen Regelung einen weiteren Regelkreis für die Beladung des Speichermediums bzw. der Raumtemperatur zu realisieren. Dies kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein verbessertes Regelverhalten bewirken. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste und/oder zweite Ventil ein mechanisches Ventil sein. Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als passive Vorrichtung völlig ohne externe elektrische Energieaufnahme betrieben werden .
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen
Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt:
Figur 1 den Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Vorrichtung anhand einer ersten Ausführungsform .
Figur 2 zeigt den Querschnitt durch eine Erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch die Erfindungsgemäße
Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform . In Figur 1 ist eine erste Geschossdecke oder eine Bodenplatte 20 ersichtlich. Auf der Geschossdecke 20 ist eine Isolierung 22 angeordnet, auf welcher sich ein Estrich 21 befindet. Der Estrich 21 bildet somit den Fußboden des Raumes 13. Die Geschossdecke 20 kann in an sich bekannter Weise aus Stahlbeton und/oder
Betonfertigteilen gefertigt sein. Die Isolierung 22 kann in einigen Ausführungsformen einen Hartschaum enthalten oder daraus bestehen. Der Estrich 21 kann als Zementestrich oder als Gussasphalt aufgebracht sein.
Die obere Begrenzung des Raumes 13 bildet eine zweite
Geschossdecke 24. Auf der Sichtseite kann ein Innenputz 23 angebracht sein. Bei einem mehrgeschossigen Gebäude kann sich der dargestellte Aufbau zyklisch wiederholen. Zwischen der ersten Geschossdecke 20 und der zweiten
Geschossdecke 24 ist eine Innenwand angeordnet. Die Innenwand trennt zwei Räume des Gebäudes . Die Innenwand kann eine tragende Innenwand sein, welche die Last der zweiten
Geschossdecke 24 auf ein darunter liegendes Bauteil abträgt oder eine nicht-tragende Innenwand, welche lediglich als
Raumteiler des Innenraumes 13 dient. Das Material der Innenwand kann beispielsweise Ziegel, Gips oder Beton sein. Weiterhin kann die Innenwand Latentwärmespeicher enthalten. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Material der Innenwand als Speichermedium 4 einzusetzen. Auf diese Weise kann der ohnehin vorhandene Bauteilkern als Vorrichtung zur Speicherung thermischer Energie eingesetzt werden. Weiterhin verzichtet die erfindungsgemäße Ausführungsform auf dauerhaft flüssige Wärmeträger als Speichermedium, so dass die Gefahr des Auslaufens vermieden wird. Das Speichermedium 4 ist von einer Isoliereinrichtung 3 umgeben. Die Isoliereinrichtung 3 verhindert, dass die im Speichermedium 4 bevorratete thermische Energie unkontrolliert in den Raum 13 abgegeben wird. Dadurch kann das Energieangebot von der Energienachfrage entkoppelt werden. Beispielsweise kann das Speichermedium 4 während der kühlen Nachtstunden thermische Energie an eine Wärmesenke abgeben, um auf diese Weise während der wärmeren Tagesstunden thermische Energie aus dem Raum 13 aufzunehmen und Kühlleistung für den Raum 13 bereitzustellen. In einer anderen Ausführungsform der Erfin- dung kann das Speichermedium 4 thermische Energie aus einem Überangebot aufnehmen, beispielsweise aus einem
Solarkollektor, einer Wärmepumpe oder einem eingeschränkt regelbaren Heizsystem wie einem Festbrennstoffkessel. In diesem Fall kann das Speichermedium Wärmeenergie an den Raum 13 abgeben, wenn eine zusätzliche Beheizung des Raumes 13 erforderlich ist. Sofern dem Raum 13 keine Wärmeenergie zugeführt bzw. keine Wärmeenergie aus dem Raum 13 abgeführt werden soll, ist dieser durch die Isoliereinrichtung 3 vom Speichermedium 4 getrennt . Die Isoliereinrichtung 3 kann beispielsweise einen Hartschaum oder eine Mineralwolle enthalten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Einrichtung 3 eine Vakuumisolierung sein. Die Erfindung lehrt nicht die Verwendung einer
bestimmten Isoliereinrichtung als Lösungsprinzip. Um Wärmeverluste über die Geschossdecken 20 und 24 zu verringern oder zu vermeiden, kann in einigen Ausführungsformen eine thermische Trennung des Speichermediums 4 von den Geschossdecken 20 und/oder 24 vorgesehen sein. Hierzu kann eine zweite Isoliereinrichtung 7 eingesetzt werden. Sofern das Speichermedium Teil einer tragenden Innenwand ist, kann als zweite Isoliereinrichtung 7 ein druckfestes Element eingesetzt werden, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der zweiten Geschossdecke 24 und dem Speichermedium 4 ermöglicht wird.
Zur Beladung des Speichermediums 4 ist eine Beladungseinrichtung 12 vorgesehen. Für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung wird unter einer Beladung die Zufuhr von thermischer Energie in das Speichermedium 4 verstanden, sofern das
Speichermedium 4 die Beheizung des Raumes 13 ermöglichen soll. Sofern das Speichermedium 4 thermische Energie aus dem Raum 13 aufnehmen soll, um den Raum 13 zu kühlen, so wird unter der Beladung des Speichermediums 4 der Entzug thermischer Energie aus dem Speichermedium verstanden. Dementsprechend kann ein in der Beladungseinrichtung 12 zirkulierendes Fluid eine Temperatur aufweisen, welche niedriger ist als die Temperatur des Speichermediums 4 oder eine Temperatur, welche größer ist als die Temperatur des Speichermediums 4.
Die Beladungseinrichtung 12 kann ein erstes Rohrregister 5 enthalten. Das Fluid kann dem ersten Rohrregister 5 über eine erste Leitung 8 und eine zweite Leitung 9 zu- und abgeführt werden. Die erste und zweite Leitung 8 und 9 können dementsprechend mit einer Wärmesenke oder mit einer Wärmequelle verbunden sein. Die erste und zweite Leitung 8 und 9 und das Rohrregister 5 sind Bestandteile der Beladungseinrichtung 12. Daneben können weitere Komponenten enthalten sein. In einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zur Kühlung des Speichermediums 4 die oben am Rohregister 5 ansetzende Leitung 9 als Rücklauf verwendet wird und die unten am Rohregister 5 ansetzende Leitung 8 als Vorlauf. In einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zur Erwärmung des Speichermediums 4 die oben am Rohregister 5 ansetzende Leitung 9 als Vorlauf verwendet wird und die unten am Rohregister 5 ansetzende
Leitung 8 als Rücklauf. Um einen kontrollierten Wärmeaustausch zwischen dem Raum 13 und dem Speichermedium 4 zu ermöglichen, ist ein Wärmetauscher 14 vorgesehen. Der Wärmetauscher 14 enthält eine raumseitige Abdeckung der Wand, beispielsweise in Form eines Innenputzes oder einer Gipskartonplatte. Innerhalb des Innenputzes 1 verläuft ein Wärmetauscher, beispielsweise als zweites
Rohrregister 2. Das Rohrregister 2 kann somit Wärme zwischen dem Speichermedium 4 und dem Raum 13 transportieren. Hierzu kann das zweite Rohrregister 2 des Wärmetauschers 14 mittels eines Ventiles 6 mit dem ersten Rohrregister 5 der Beladungs- einrichtung 12 verbunden sein. In der dargestellten Ausführungsform führt das Öffnen des Ventiles 6 zu einer
thermosyphonisch getriebenen Strömung durch die Fluidsysteme 5 und 2. Auf diese Weise erfolgt die Wärmeabgabe bzw. die
Wärmeaufnahme des Speichermediums 4 ohne zusätzliche Pumpener- gie. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Strömung durch die gekoppelten Fluidsysteme 2 und 5 bei abnehmender Temperaturdifferenz geringer wird. Somit wird die transportierte thermische Leistung mit abnehmender Temperaturdifferenz geringer. Auf diese Weise kann der Austausch thermischer Ener- gie zwischen dem Raum 13 und dem Speichermedium 4
selbstregelnd erfolgen, so dass eine zusätzliche elektronische Regeleinrichtung in einigen Ausführungsformen verzichtbar ist. Ein Wärmetauscher 14 kann ein- oder beidseitig der Wand angeordnet sein. Dementsprechend kann nur ein Raum oder beide Räume beheizt oder gekühlt werden.
Sofern kein Überangebot an Heiz- bzw. Kühlleistung vorhanden ist, und die vorhandene Heiz- bzw. Kühlleistung unmittelbar in den Raum 13 abgegeben werden soll, kann in einigen Ausführungsformen ein Ventil 11 vorgesehen sein. Mittels des Ventils 11 kann der Vorlauf unmittelbar mit dem zweiten Fluidsystem 2 unter Umgehung des Speichermediums 4 gekoppelt werden. Erst wenn der Raum 13 eine gewünschte Temperatur erreicht hat, kann durch Öffnen des Ventils 11 und Schließen des Ventils 6 mit der überschüssigen thermischen Energie das Speichermedium 4 beladen werden.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Auch die Ausführungsform gemäß Figur 2 zeigt eine erste Geschossdecke 20 und eine zweite Geschossdecke 24, wie in Zusammenhang mit Figur 1 erläutert. Auf der ersten Geschossdecke 20 kann sich eine optionale Isolierung 22 befinden. Zwischen der ersten
Geschossdecke 20 und der zweiten Geschossdecke 24 befindet sich eine Innenwand, welche ein Speichermedium 4 enthält. Das Speichermedium 4 ist durch Isoliereinrichtungen 3 und 7 gegenüber dem Raum 13 und den Geschossdecken 20 und 24
isoliert, wie in Zusammenhang mit Figur 1 bereits erläutert.
Zur Beladung des Speichermediums 4 steht ein erstes
Rohrregister 5 zur Verfügung, welches mittels einer ersten Leitung 8 und einer zweiten Leitung 9 mit einer Wärmequelle bzw. einer Wärmesenke verbunden ist. Zur Steuerung der
Beladung des Speichermediums 4 kann auch gemäß der zweiten Ausführungsform ein Ventil 11 vorgesehen sein.
Zum Entladen des wandintegrierten Speichermediums 4 stehen gemäß Figur 2 zwei Wärmetauscher 14a und 14b zur Verfügung. Der Wärmetauscher 14a enthält ein Rohrregister 10a, welches im Inneren des Deckenputzes 23 verlegt ist. Der zweite Wärmetauscher 14b enthält ebenfalls ein Rohrregister 10b, welches im Inneren des Estrichs 21 verlegt ist. Durch Öffnen bzw.
Schließen der zugeordneten Ventile 6a und 6b kann eines oder beide der Rohrregister 10a und 10b mit dem ersten Rohrregister 5 verbunden werden. Auf diese Weise kann die Decke und/oder der Fußboden des Raumes 13 zur Beheizung und/oder zur Kühlung verwendet werden. Auch die Vorrichtung gemäß Figur 2 kann einseitig in einem Raum 13 ausgeführt werden oder beiderseits der Wand. In einigen Ausführungsformen kann nur der Wärmetauscher 14a oder nur der Wärmetauscher 14b oder beide Wärmetauscher vorhanden sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der deckenseitige Wärmetauscher 14a zur Beheizung des Raumes 13 verwendet, indem das Ventil 6a geöffnet und das Ventil 6b geschlossen wird. Der bodenseitige Wärmetauscher 14b wird dann entsprechend zur Kühlung des Raumes 13 verwendet, indem das Ventil 6a geschlossen und das Ventil 6b geöffnet wird. Auf diese Weise ist stets ein thermosyphonischer Antrieb des Fluidkreislaufes in dem ersten Rohrregister 5 und den Rohrregistern 10a bzw. 10b sichergestellt. Selbstverständlich können in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch elektrische Pumpen eingesetzt werden, um die Strömung des Fluides in den Rohrregistern 5, 2, 10a und 10b zu ermöglichen.
Die Ventile 6 und 11 können in einigen Ausführungsformen elektrisch angesteuert werden und entsprechend dem Wärme- bzw. Kältebedarf der jeweiligen Räume 13 angesteuert werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Ventile 6 und 11 als Handventile ausgeführt sein, welche von den
Bewohnern des Gebäudes bedient werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine
Rangfolge festzulegen.

Claims

Vorrichtung zur Speicherung thermischer Energie, enthaltend eine Beladungseinrichtung (12), ein Speichermedium (4), eine Isoliereinrichtung (3, 7) und einen Wärmetauscher (14), wobei die Beladungseinrichtung (12) mit einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke verbindbar und dazu eingerichtet ist, dem Speichermedium (4) Wärme zuzuführen und/oder dem Speichermedium (4) Wärme zu entziehen, und
die Isoliereinrichtung (3) dazu eingerichtet ist, das
Speichermedium (4) gegenüber seiner Umgebung (13) zu
isolieren, und
der Wärmetauscher (14) dazu eingerichtet ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem Speichermedium (4) und seiner Umgebung (13) zu ermöglichen,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Speichermedium (4) zumindest einen Teil einer Innenwand eines Gebäudes bildet und ein Wärmeträgermedium zwischen dem Speichermedium (4) und dem Wärmetauscher (14) thermo- syphonisch zirkulierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (4) Ziegel und/oder Stahl und/oder
Kalksandstein und/oder Beton enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (4) einen Latentwärmespeicher enthält .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladungseinrichtung (12) ein erstes Rohrregister (5) enthält, welches mit einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rohrregister (5) der Beladungseinrichtung (12) mit einem zweiten Rohrregister (2, 10) des Wärmetauschers (14) über ein erstes Ventil (6) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladungseinrichtung (12) zumindest eine Anschlussleitung (9, 8) enthält, welche mittels eines zweiten Ventils (11) mit dem Wärmetauscher (14) verbindbar ist, um einen Wärmeaustausch zwischen der Wärmequelle und/oder der Wärmesenke und dem Wärmetauscher (14) zu ermöglichen .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (6) und/oder das zweite Ventil (11) eine temperaturgesteuerte Durchflussregelung aufweist .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass das erste Ventil (6) und/oder das zweite
Ventil (11) ein mechanisches Ventil ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese keine elektrisch betriebene Pumpe enthält .
0. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle bzw. die Wärmesenke, die Beladungseinrichtung (12) und der Wärmetauscher (4) durch einen einzigen Fluidkreislauf zur Zirkulation des
Wärmeträgermediums verbunden sind.
1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle bzw. die Wärmesenke einen Sonnenkollektor und/oder ein Blockheizkraftwerk und/oder einen Festbrennstoffkessel und/oder eine Wärmepumpe und/oder einen Wärmetauscher enthält.
2. Gebäude mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
3. Verfahren zur Speicherung thermischer Energie, bei welchem mittels einer Beladungseinrichtung (12) einem Speichermedium (4) Energie zu- oder abgeführt wird, welches mittels einer Isoliereinrichtung (3) gegenüber seiner Umgebung (13) thermisch isoliert ist, wobei mittels eines Wärmetauschers (14) ein Wärmeaustausch zwischen dem Speichermedium (4) und seiner Umgebung (13) ermöglicht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Speichermedium (4) zumindest einen Teil einer Innenwand eines Gebäudes bildet und ein Wärmeträgermedium zwischen dem Speichermedium (4) und dem Wärmetauscher (14) thermo- syphonisch zirkuliert.
4. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (4) Ziegel und/oder Stahl und/oder
Kalksandstein und/oder Beton und/oder einen Latentwärmespeicher enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladungseinrichtung (12) ein erstes Rohrregister (5) enthält, welches zumindest zeitweise mit einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke verbunden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrregister (5) der Beladungseinrichtung (12) mit einem zweiten Rohrregister (2, 10) des Wärmetauschers (14) über ein erstes Ventil (6) verbunden wird, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Speichermedium (4) und dem Wärmetauscher (14) ermöglicht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladungseinrichtung (12) zumindest eine Anschlussleitung (9, 8) enthält, welche mittels eines zweiten Ventils (11) mit dem Wärmetauscher (14) verbunden wird, um einen Wärmeaustausch zwischen der Wärmequelle und/oder der Wärmesenke und dem Wärmetauscher (14) unter zumindest teilweiser Umgehung des Speichermediums (4) ermöglicht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss durch das erste und/oder zweite Ventil temperaturabhängig gesteuert und/oder geregelt wird .
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