AT391506B - Vorrichtung zur abfuehrung von waerme in den erdboden bzw. zur aufnahme der waerme aus dem erdboden - Google Patents

Description

Nr. 391 506

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abführung von Wärme in den Erdboden bzw. zur Aufnahme der Wärme aus dem Erdboden, mit einer im Erdboden angeordneten Umlaufleitung, welche oberirdisch an ein Rohrsystem angeschlossen ist

Es ist bekannt, durch den Entzug von Erdwärme ein Heizsystem zu betreiben, wobei zu diesem Zweck eigens vorgesehene Sonden, welche ähnlich einem Doppelmantelrohr ausgebildet sind, in das Erdreich geschlagen werden. Einerseits besteht hier keine Möglichkeit, zusätzliche Wärmespeicher unter der Erde zu schaffen und andererseits müssen diese Sonden stets zusätzlich zu einem bestehenden Bauwerk eingeschlagen werden. Ein für einen solchen Zweck vorgesehener Absorber (DE-OS 30 18 337) sieht von einer Flüssigkeit durchströmte Rohrelemente vor, welche radial von einem nahe der Erdoberfläche liegenden Verzweigungspunkt ausgehen und in Beziehung zur Vertikalebene schräg gestellt sind. Diese Absorber werden also in annähernd sternförmiger Anordnung schräg in den Boden eingeschlagen, wobei deren obere Enden einander benachbart zu liegen kommen, um dadurch einen gemeinsamen Anschlußbereich zu erzielen. Solche Absorber können also nur zur Wärmeaufnahme aus der Erde bzw. zur Wärmeladung der Erde eingesetzt werden, können aber in keiner Weise Tragfunktionen übernehmen.

Es ist auch bekannt, Außenwände von Gebäuden, Zäunen od. dgl. als Wärmespeicher auszugestalten bzw. durch eingesetzte Leitungen zur Wärmegewinnung zu nutzen, doch kann dadurch nur die Umgebungswärme bzw. die Sonneneinstrahlung ausgenutzt werden.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Erdwärmenutzung und die Wärmespeicherungsmöglichkeiten wesentlich zu verbessern.

Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß die Umlaufleitung in einem Fundament, z. B. aus Beton, für ein Bauwerk angeordnet ist, und daß der Wärmefluß von der Umlaufleitung in den Erdboden und umgekehrt über das Fundament erfolgt.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme besteht die Möglichkeit, daß überall dort, wo relativ große Fundamente erforderlich sind, diese Elemente als Wärmespeicher bzw. Wärmesonden zu nutzen, zumal diese ja aus bautechnischen Gründen auf jeden Fall eingesetzt werden müssen. Es ergibt sich daher aus einem an sich notwendigen Element eine Zusatzfunktion, die mit relativ geringen zusätzlichen Kosten ein Maximum an Möglichkeiten mit sich bringt. Durch die relativ große Masse solcher Fundamente stellen diese einen bedeutenden Wärmespeicher dar und außerdem ist auch bei einer Wärmeentnahme gewährleistet, daß nicht eine zu rasche Abkühlung erfolgt. Es besteht hier auch in besonders wirkungsvoller Weise die Möglichkeit, überschüssige Wärme von Sonnenkollektoren oder Wandabsorbem zu diesen als Wärmespeicher wirkenden Fundamenten zu führen, so daß dann eine zur Erdwärme zusätzliche Energiemenge zur Verfügung steht.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen besteht also einerseits die Möglichkeit, ein selbständiges, auf die Erdwärme ausgerichtetes Heizsystem zu schaffen oder aber auch eine wirkungsvolle Kombinationsmöglichkeit mit anderen Energiequellen.

Als besonders wesentlich ist aber die Maßnahme zu betrachten, daß diese Umlaufleitungen in dem Fundament angeordnet sind, also in einem Bauteil, der auf jeden Fall für das entsprechende Bauwerk benötigt wird. Es sind also keine zusätzlichen, kostspieligen Bohrungen und Einschlagarbeiten für Erdwärmesonden notwendig. Besonders wesentlich ist es auch, daß nicht wie bei Grundwasserwärmetauschem Grundwasser entnommen und wieder abgepumpt werden muß.

Weiters ist es vorteilhaft, wenn die Umlaufleitung an den Bewehrungsteilen des Fundamentes befestigt ist In der Regel wird ja gerade zur Herstellung eines Rammpfahles ein Armierungskorb gefertigt, so daß in einfacher Weise die Möglichkeit besteht, die Umlaufleitung in diesen Bewehrungskorb einzusetzen, wobei dann auch gleich eine Befestigung an diesem Bewehrungskorb möglich ist.

Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Fundament als hohler Betonfertigteil ausgebildet ist und daß zwischen Beton und Umlaufleitung eine wärmeleitende Füllmasse, z. B. aus Sand, Lehm usw. vorgesehen ist. Die Ausführung gerade von Rammpfählen als Hohlkörper ist erst durch die neue Technik der Verbindungselemente möglich geworden. Durch diese hohlen Betonfertigteile kann die Umlaufleitung in den gebildeten Hohlraum eingesetzt werden, worauf dann eine Füllmasse aus wärmeleitendem Material eingeführt wird. Es ist dadurch ein sehr guter Wärmeübergang zwischen der Umlaufleitung, dem als Rammpfahl ausgebildeten Fundament und dem umgebenden Erdreich gewährleistet.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können selbstverständlich bei allen als Fundierungselement wirkenden, unterirdischen Betonbauwerken eingesetzt werden, also z. B. bei Voll- oder Hohl-Rammpfählen, Bohrpfahlen, Fertigteilrammpfählen, Ortsbetonpfählen, Pfahlwänden, Schlitzwänden usw. Solche in größere Tiefen im Erdreich einzusetzende Fundierungselemente bringen gegenüber üblichen Fundamenten eine wesentliche Verbesserung zur Abführung von Wärme in den Erdboden und zur Aufnahme der Erdwärme aus dem Erdboden.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale und besondere Vorteile werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen teilweisen Schnitt eines in das Erdreich eingesetzten Rammpfahles mit aufgesetzten Querträgern; Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Rammpfahl; Fig. 3 einen Querschnitt durch einen solchen Rammpfahl; die Fig. 4 bis 6 weitere Querschnittsformen von Rammpfählen; Fig. 7 einen Schnitt durch einen Hohl-Rammpfahl; Fig. 8 den gleichen Schnitt wie in Fig. 7, jedoch mit einem auf den Rammpfahl aufgesetzten Querriegel sowie mit einer Hohlraum-Füllung; die Fig. 9 und 10 zwei Ausführungsbeispiele von Querriegeln in Draufsicht. -2-

Nr. 391 506

In Fig. 1 ist ein mehrteiliger Rammpfahl (1) gezeigt, welcher also aus mehreren Einzelabschnitten (2) und (3) zusammengesetzt ist. Es wird dabei darauf geachtet, daß der oberste Einzelabschnitt (2) der längste Einzelabschnitt ist, so daß die noch zu schildernden Maßnahmen lediglich auf diesen obersten Einzelabschnitt (2) des Rammpfahles (1) beschränkt werden können. Dieser Einzelabschnitt (2) des Rammpfahles (1) ist als Wärmeträger, Wärmespeicher bzw. Wärmesonde ausgebildet für den Anschluß an ein Heizsystem. Zu diesem Zweck ist eine Umlaufleitung (4) vorgesehen, welche über zumindest einen Teil der Höhe dieses Einzelabschnittes (2) führt. Die freien Enden dieser Umlaufleitung (4) führen zu Anschlußstellen (5) am oberen Randbereich des Einzelabschnittes (2) des Rammpfahles (1). Von dort führen dann die Leitungen zu dem Heizsystem, wobei beispielsweise diese weiterführenden Leitungen (6) in auf die Rammpfähle (1) aufgelegten Querträgern (7) angeordnet sein können. Während der Fertigung und bis zur endgültigen Montage sind die Anschlußstellen (5) beispielsweise durch Pfropfen oder durch Gewindebolzen verschlossen.

Zweckmäßig ist die Umlaufleitung (4) U-förmig angeordnet, so daß die beiden Enden zu den Anschlußstellen (5) führen und der am tiefsten liegende Abschnitt der Umlaufleitung (4) bogenförmig varläuft. Es ist dadurch auch eine sehr einfache Anordnung innerhalb der Schalung möglich. In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, diese Umlaufleitung (4) aus einem biegbaren Schlauch zu bilden, wobei in einfacher Weise dann die Möglichkeit besteht, bei der Fertigung des Rammpfahles aus Beton durch entsprechenden Druckaufbau in der Umlaufleitung (4) ein Eindrücken desselben während des Betoniervorganges zu verhindern. Die Umlaufleitung (4) kann also zu diesem Zweck mit Druckluft oder mit einer Druckflüssigkeit gefüllt sein.

Wie der Fig. 3 entnommen werden kann, wird die Umlaufleitung (4) zweckmäßig so verlegt, daß die annähernd vertikal verlaufenden Abschnitte an den Bewehrungsteilen (8) befestigt werden können. In der Regel wird ja zur Herstellung eines Rammpfahles ein Armierungskorb gefertigt, so daß in einfacher Weise die Möglichkeit besteht, die Umlaufleitung (4) in diesen Bewehrungskorb einzusetzen, wobei dann auch gleich eine Befestigung an diesem Bewehrungskorb möglich ist. Um einen besonders großen Krümmungsradius zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn die annähernd vertikalverlaufenden Abschnitte der Umlaufleitung in den Eckbereichen des Rammpfahles liegen, so daß also fast die ganze Länge der Diagonale des Pfahlquerschnittes ausgenützt werden kann.

Ferner besteht - wie auch aus Fig. 3 ersichtlich ist - die Möglichkeit, in einem einzigen Fundierungs- oder Absicherungselement, also in einem Rammpfahl (1) mehrere Umlaufleitungen vorzusehen, wobei für diese Umlaufleitungen getrennte Anschlußstellen vorhanden sein können oder aber auch gemeinsame Anschlußstellen.

Wie schon erwähnt, wird vorteilhaft der oberste Einzelabschnitt des Rammpfahles als relativ langes Stück ausgeführt, so daß die darunterliegenden Einzelabschnitte (3) die notwendige Restlänge aufweisen. Es kann dadurch das Auslangen mit nur einer einzigen Umlaufleitung gefunden werden, da über eine Tiefe von 8 bis 10 m unter dem Erdreich genügend Wärmespeicherung bzw. Energiegewinnung möglich ist. Außerdem ist dann keine Notwendigkeit gegeben, bei einem Aneinanderkuppeln mehrerer Einzelabschnitte von Rammpfählen auch ein exaktes Kuppeln der Umlaufleitung bzw. der Umlaufleitungen zu bewerkstelligen. Falls jedoch die Notwendigkeit besteht, eine Umlaufleitung in größere Tiefen zu führen, können selbstverständlich an den Stoßstellen zweier Einzelabschnitte eines Rammpfahles entsprechende Kupplungsmuffen für die Umlaufleitung (4) vorgesehen werden.

In den Fig. 4, 5 und 6 sind verschiedene Querschnittsformen von Rammpfählen gezeigt, die alle in gleicher oder ähnlicher Weise mit entsprechenden Umlaufleitungen (4) versehen sind. Selbstverständlich sind alle möglichen Querschnittsformen von Rammpfählen auf die erfindungsgemäße Art und Weise auszubilden. Auch wäre es denkbar, anstelle der sehr einfachen Ausführung mit einem Schlauch entsprechend Rohre zu verwenden, welche an ihrem unteren Abschluß über einen Bogenabschnitt miteinander verbunden sind.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7 bis 10 ist ein Fundierungs- oder Absicherungselement in Form eines Rammpfahles (10) gezeigt, welcher als Hohlkörper ausgebildet ist. Die Ausführung von Rammpfahlen als Hohlkörper ist erst durch die neue Technik der Verbindungselemente (11) zwischen den einzelnen Abschnitten (12) möglich geworden. Bei solchen als Hohlkörper ausgebildeten Rammpfählen (10) können die erfindungsgemäßen Maßnahmen in besonders einfacher und wirkungsvoller Weise angewandt werden. Es ist dadurch möglich, eine Umlaufleitung (13) je nach Bedarf über einen Teil oder die ganze Länge des Rammpfahles (10) zu führen, so daß eine optimale Energienutzung gegeben ist. Die Umlaufleitung (13) wird also in den im Innern des Rammpfahles (10) gebildeten Hohlraum (14) eingeführt.

Zur Fixierung der Umlaufleitung (13) und für einen besseren Wärmeübergang wird zweckmäßig nach dem Einsetzen der Umlaufleitung (13) der Hohlraum (14) mit einer Füllmasse (15) aus wärmeleitendem Material ausgefüllt. Es sind hier verschiedene Ausführungsvarianten möglich, die nicht nur auf die nachstehend genannten Beispiele beschränkt sind. So ist es denkbar, den Hohlraum (14) einfach mit Wasser zu füllen, so daß praktisch die Umgebungswärme im Erdreich auf das im Hohlraum (14) eingefüllte Wasser übertragen wird und die Wärme über die Umlaufleitung (13) dem Wasser entzogen werden kann. Es ist aber in diesem Zusammenhang auch möglich, eine nicht erhärtende, weiche Füllmasse (15) einzusetzen, wie z. B. Sand, Lehm od. dgl. Durch die bisher genannten Varianten der Füllmasse (15) besteht auch die Möglichkeit, die Umlaufleitung (13) bei Bedarf oder bei Reparaturfällen auszuwechseln.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, als Füllmasse Beton, Betonit usw. oder eine Kombination verschiedener Materialien einzusetzen, wobei jedoch bei einer solchen Füllmasse ein nachträgliches Entfernen -3-

Claims (3)

1. Nr. 391 506 oder Auswechseln der Umlaufleitung (13) nicht mehr möglich ist. Bei einer Ausbildung der Rammpfähle (10) als Hohlkörper können auch in einfacher und wirkungsvoller Weise Fühl- und Steuerelemente in den Hohlraum (14) integriert werden, so daß ein optimaler Ablauf des Heizungssystems möglich ist Auf die in das Erdreich eingeschlagenen Rammpfähle werden meist Querriegel (16) aufgesetzt, die dann das Traggerippe für das darauf zu errichtende Gebäude oder z. B. eine Brücke usw. bilden. Anstelle solcher Querrippen (16) können auch vollflächige Betondecken auf die Rammpfähle aufgesetzt werden. Wenn nun eine Auswechselbarkeit der Umlaufleitungen (13) erwünscht ist oder auch eine nachträgliche Montage dieser Umlaufleitungen (13) ermöglicht werden soll, werden in den Querriegeln (16) direkt über den Hohlräumen (14) der Rammpfähle (10) Durchgangsöffnungen (17) frei gelassen. Es ist dadurch ein nachträglicher Einbau der Umlauf leitungen (13) möglich und ferner sind auf diese Weise Servicearbeiten oder Reparaturarbeiten auch nach Jahren noch durchführbar. In den Fig. 9 und 10 sind zwei verschiedene Formen von Querriegeln (16) dargestellt, wobei diese Querschnitte in Draufsicht gesehen je nach Belastungsfällen gewählt werden. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden also Fundierungs- oder Absicherungselemente, die aus bautechnischen Gründen auf jeden Fall eingesetzt werden müssen, auch noch für eine weitere nutzbringende Weise eingesetzt, die ohne wesentliche Kosten eine besondere Wirkung mit sich bringt. Die Erfindung wurde anhand eines Rammpfahles erläutert In gleicher Weise ist die Erfindung auch bei Ortbetonpfahlen, bei Pfahlwänden, bei Schlitzwänden usw. einsetzbar. Weiters ist auch ein Einsatz solcher Umlaufleitungen in anderen Fundierungsoder Absicherungselementen möglich. Durch die Erfindung werden also bestehende bzw. notwendigerweise einzusetzende Bauelemente derart ausgebildet, daß sie für die zusätzliche Wirkung im Zusammenhang mit einem Heizsystem herangezogen werden können. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Abführung von Wärme in den Erdboden bzw. zur Aufnahme der Wärme aus dem Erdboden, mit einer im Erdboden angeordneten Umlaufleitung, welche oberirdisch an ein Rohrsystem angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufleitung (4,13) in einem Fundament (1,10) z. B. aus Beton für ein Bauwerk angeordnet ist, und daß der Wärmefluß von der Umlaufleitung (4,13) in den Erdboden und umgekehrt über das Fundament (1,10) erfolgt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufleitung (4, 13) an den Bewehrungsteilen (8) des Fundamentes (1,10) befestigt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fundament (1,10) als hohler Betonfertigteil ausgebildet ist und daß zwischen Beton und Umlaufleitung (4,13) eine wärmeleitende Füllmasse (15), z. B. aus Sand, Lehm usw., vorgesehen ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-