AT516384B1 - Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Erdwärmetauscherverbund (3). Der Erdwärmetauscherverbund (3) umfasst zumindest eine erste (1) und eine zweite Erdwärmetauschereinheit (2), welche Erdwärmetauschereinheiten (1, 2) je einen Wärmetauscherschlauch (4, 5) umfassen der in einem Wärmetauschabschnitt (6, 7) schraubenlinienförmig gewickelt angeordnet ist, wobei sich der Wärmetauschabschnitt (6, 7) von einer der Erdoberfläche (11) zuzuwendenden ersten Wärmetauscherseite (9) bis zu einer der Erdoberfläche (11) abzuwendenden zweiten Wärmetauscherseite (10) erstreckt. Das erste Schlauchende (12) der ersten Erdwärmetauschereinheit (1) sowie das erste Schlauchende (13) der zweiten Erdwärmetauschereinheit (2) sind in einem ersten Abzweiger (16) zusammengeführt. Das zweite Schlauchende (14) der ersten Erdwärmetauschereinheit (1) sowie das zweite Schlauchende (15) der zweiten Erdwärmetauschereinheit (2) sind in einem zweiten Abzweiger (17) zusammengeführt.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Erdwärmetauscherverbund für die Wärmeenergieübertra¬gung in ein im Erdwärmetauscherverbund geführtes Fluid.

[0002] Aus der WO 2012060913 A1 ist ein Erdwärmetauscherverbund für die Wärmeenergie¬übertragung in ein im Erdwärmetauscherverbund geführtes Fluid bekannt. Der Erdwärmetau¬scherverbund umfasst eine erste und eine zweite Erdwärmetauschereinheit, welche Erdwärme¬tauschereinheiten je einen Wärmetauscherschlauch umfassen der in einem Wärmetauschab¬schnitt schraubenlinienförmig gewickelt angeordnet ist. Die Erdwärmetauschereinheiten erstre¬cken sich von einer ersten Wärmetauscherseite bis zu einer zweiten Wärmetauscherseite. Daserste Schlauchende der ersten Erdwärmetauschereinheit sowie das erste Schlauchende derzweiten Wärmetauschereinheit, welche Schlauchenden jeweils von der ersten Wärmetauscher¬seite der Wärmetauschereinheiten weggeführt sind, sind in einem ersten Abzweiger zusam¬mengeführt. Das zweite Schlauchende der ersten Erdwärmetauschereinheit sowie das zweiteSchlauchende der zweiten Erdwärmetauschereinheit sind jeweils an den tiefsten Punkt desErdwärmetauscherverbundes geführt und anschließend in einem zweiten Abzweiger zusam¬mengeführt, wobei die Schlauchenden jeweils von der zweiten Wärmetauscherseite der Wär¬metauschereinheiten weggeführt sind. Die erste und die zweite Erdwärmetauschereinheit wei¬sen eine gleich große Anzahl von Wicklungen auf.

[0003] Die JP 2011021842 A offenbart einen Erdwärmetauscher welcher einen ersten Wick¬lungsabschnitt mit einer Schraubenlinienförmig gewickelten Leitung aufweist, wobei der ersteWicklungsabschnitt eine rohrförmige Trennwand umgibt. Die Leitung ist in einer Durchtrittsöff¬nung durch die Trennwand geführt und in einem zweiten Wicklungsabschnitt innerhalb derrohrförmigen Trennwand liegend gewickelt. Die Leitung mit dem ersten und dem zweiten Wick¬lungsabschnitt weist einen ersten und einen zweiten Anschluss auf. In einer Ausführungsformist vorgesehen, dass zwei dieser Erdwärmetauscher übereinander in einem Bohrloch installiertsind, wobei mehrere Bohrlöcher nebeneinander ausgebildet sein können. Die jeweils der Erd¬oberfläche näheren Erdwärmetauscher können in Serie geschalten sein und die jeweils amGrund der Bohrlöcher befindlichen Erdwärmetauscher können in Serie geschalten sein.

[0004] Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind einzelne Erdwärmetauschereinheitenbekannt, welche je nach notwendiger zu übertragender Wärmemenge verschieden hoch ausge¬führt werden und somit eine entsprechend unterschiedliche Schlauchlänge aufweisen.

[0005] Mit Erhöhung der Schlauchlänge erhöht sich jedoch auch der Strömungswiderstand imdurch die Erdwärmetauschereinheit geführten Fluid. Dies führt zu energetisch schlechten Ge¬samtwirkungsgraden der Heizanlage, da dies eine erhöhte Leistungsaufnahme der Fluidpumpemit sich bringt.

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wärmetau¬scher zu schaffen, welcher bei erhöhter Wärmeaustauschleistung einen möglichst hohen ener¬getischen Gesamtwirkungsgrad aufweist.

[0007] Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, wonachein Erdwärmetauscherverbund bereitgestellt wird. Zusätzlich wird in Anspruch 6 ein Verfahrenzum Einbau eines derartigen Erdwärmetauscherverbundes angegeben.

[0008] Erfindungsgemäß ist ein Erdwärmetauscherverbund für die Wärmeenergieübertragungin ein im Erdwärmetauscherverbund geführtes Fluid ausgebildet. Der Erdwärmetauscherver¬bund umfasst zumindest eine erste und eine zweite Erdwärmetauschereinheit, welche Erdwär¬metauschereinheiten je einen Wärmetauscherschlauch umfassen der in einem Wärmetausch¬abschnitt schraubenlinienförmig gewickelt angeordnet ist, wobei sich der Wärmetauschabschnittvon einer der Erdoberfläche zuzuwendenden ersten Wärmetauscherseite bis zu einer der Erd¬oberfläche abzuwendenden zweiten Wärmetauscherseite erstreckt und wobei das ersteSchlauchende der ersten Erdwärmetauschereinheit sowie das erste Schlauchende der zweitenWärmetauschereinheit, welche Schlauchenden jeweils von der ersten Wärmetauscherseite der Wärmetauschereinheiten weggeführt sind, in einem ersten Abzweiger zusammengeführt sindund wobei das zweite Schlauchende der ersten Erdwärmetauschereinheit sowie das zweiteSchlauchende der zweiten Wärmetauschereinheit, welche Schlauchenden jeweils von derzweiten Wärmetauscherseite der Wärmetauschereinheiten weggeführt sind, in einem zweitenAbzweiger zusammengeführt sind, wobei die Wärmetauscherschläuche der ersten Erdwärme¬tauschereinheit und der zweiten Erdwärmetauschereinheit in etwa die gleiche Länge aufweisen.Ferner ist vorgesehen, dass die erste Erdwärmetauschereinheit eine zur zweiten Erdwärmetau¬schereinheit unterschiedliche Anzahl an Wicklungen des Wärmetauscherschlauches aufweist.Insbesondere ist vorgesehen, dass die zweite Erdwärmetauschereinheit weniger Wicklungenaufweist, als die erste Erdwärmetauschereinheit.

[0009] Von Vorteil an der erfindungsgemäßen Ausbildung ist, dass der Erdwärmetauscherver¬bund zwei einzelne Wärmetauschereinheiten aufweist, welche parallel zueinander geschaltensind. Dadurch kann die benötigte Pumpleistung zum Durchpumpen des Fluides durch denErdwärmetauscherverbund gering gehalten werden. Insbesondere kann die strömungstech¬nisch relevante Wärmetauscherschlauchlänge bei einer Parallelschaltung von zwei Erdwärme¬tauschereinheiten gegenüber einer einzigen Erdwärmetauschereinheit mit denselben Wärme¬übertragungseigenschaften halbiert werden. Daraus folgend können die Strömungsverlustegegenüber einer herkömmlichen Anordnung deutlich vermindert werden. Dadurch ist der vorlie¬gende Erdwärmetauscherverbund energieeffizienter und im Betrieb sparsamer als eine ver¬gleichbare, einzelne Erdwärmetauschereinheit. Bei einer einzelnen Erdwärmetauschereinheitmit vergleichbaren Wärmeenergieübertragungswerten muss die Wärmetauscherschlauchlängedoppelt so groß gewählt werden wie die Wärmetauscherschlauchlängen der im vorliegendenErdwärmetauscherverbund eingesetzten Erdwärmetauschereinheiten. Dadurch müsste, umähnlich niedrige Strömungsverluste zu erreichen, der Schlauchdurchmesser einer standardmä¬ßig ausgeführten Erdwärmetauschereinheit entsprechend größer gewählt werden, was zu einererheblichen Verteuerung des Wärmetauschers führen würde. Von Vorteil ist weiters, dassdadurch erreicht werden kann, dass die Strömungsverluste im ersten Wärmetauscherschlauchder ersten Erdwärmetauschereinheit und im zweiten Wärmetauscherschlauch der zweitenErdwärmetauschereinheit gleich groß sind. Insbesondere wird hier die Schlauchlänge zwischenerstem Abzweiger und zweitem Abzweiger gemeint. Somit kann erreicht werden, dass der imAbzweiger eingeleitete Volumenstrom zu gleichen Teilen durch die beiden Wärmetauscherein¬heiten geführt wird. Darüber hinaus ist von Vorteil, dass durch die unterschiedliche Anzahl vonWicklungen erreicht werden kann, dass die beiden Wärmetauscherschläuche der beiden Wär¬metauschereinheiten gleich lang sind, ohne dass dabei unnötig Schlauch verlegt werden muss.

[0010] Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass an zumindest einem der Wärmetauscher¬schläuche, insbesondere an einem der Schlauchenden, ein Drosselventil angeordnet ist. VonVorteil ist hierbei, dass durch das Drosselventil der durch eine der Wärmetauschereinheitenfließende Volumenstrom des Fluides voreingestellt bzw. reguliert werden kann.

[0011] Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass anzumindest einem der Wärmetauscherschläuche, insbesondere an einem der Schlauchenden,ein Absperrventil angeordnet ist. Dadurch kann wahlweise eine der beiden Wärmetauscherein¬heiten komplett vom Durchfluss des Fluides gesperrt werden.

[0012] Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass an zumindest einem der Wärmetau¬scherschläuche, insbesondere an einem der Schlauchenden, ein Temperatursensor angeordnetist. Von Vorteil ist hierbei, dass dadurch die Rücklauftemperatur der einzelnen Wärmetauscher¬einheiten gemessen werden kann und über ein etwaig vorhandenes Drosselventil reguliert bzw.eingestellt werden kann.

[0013] Ferner kann es zweckmäßig sein, dass die Länge des Wärmetauscherschlauches derersten Erdwärmetauschereinheit und/oder die Länge des Wärmetauscherschlauches der zwei¬ten Erdwärmetauschereinheit zwischen 50m und 250m, insbesondere zwischen 100m und200m, bevorzugt zwischen 140m und 160m beträgt, wobei der Innendurchmesser des Wärme¬tauscherschlauches zwischen 15mm und 30mm, insbesondere zwischen 17mm und 25mm, bevorzugt zwischen 19mm und 22mm beträgt. Von Vorteil ist hierbei, dass die beschriebeneSchlauchlänge in Kombination mit dem beschriebenen Schlauchdurchmesser zu einer Erhö¬hung des Wirkungsgrades des Erdwärmetauscherverbundes bei gleichzeitiger Minimierung deranfallenden Produktionskosten führt.

[0014] Bei einem Verfahren zum Einbau eines Wärmetauscherverbundes ist vorgesehen, dassdieses folgende Verfahrensschritte umfasst: [0015] - Bohren eines Aufnahmeschachtes in den Erduntergrund unter gleichzeitiger Verlegung einer Stützverrohrung; [0016] - Bereitstellen der ersten und der zweiten Erdwärmetauschereinheit; [0017] - Aneinander fixieren der ersten und der zweiten Erdwärmetauschereinheit zu einem Wärmetauscherverbund; [0018] - Einsetzen des Wärmetauscherverbundes in den Aufnahmeschacht; [0019] - Einschlämmen des Aufnahmeschachtes unter gleichzeitiger Entfernung der Stützver¬ rohrung. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass etwa 1m bis 2 m einge¬schlämmt werden und die Stützverrohrung im Anschluss 1 m bis 2 m herausgezogenwird.

[0020] Von Vorteil ist hierbei, dass der Erdwärmetauscherverbund möglichst einfach undschnell und somit auch kostengünstig eingebaut werden kann. Zusätzlich kommt es beim Ver¬bau des Wärmetauscherverbundes unter den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten zu mög¬lichst wenig Fehlerquellen, sodass im Betrieb des Wärmetauscherverbundes mögliche Störun¬gen weitestgehend hintangehalten werden.

[0021] Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass während des Verfahrensschrittes des Ein-schlämmens in einer bestimmten Schichthöhe ein quellfähiges Dichtungsmaterial in Pelletformeingebracht wird. Von Vorteil ist hierbei, dass durch das quellfähige Dichtungsmaterial in Pellet¬form eine Sperrschicht innerhalb der Aufnahmebohrung eingebracht werden kann, sodass einetwaiges Verschmutzen des Grundwassers durch eintretendes Sickerwasser vermieden werdenkann.

[0022] Schließlich kann vorgesehen sein, dass vor dem Verfahrensschritt des Einschlämmensein Brunnenrohr mit einem Filtereinsatz in den Aufnahmeschacht eingesetzt wird und innerhalbder Erdwärmetauschereinheiten platziert wird. Von Vorteil ist hierbei, dass der Aufnah¬meschacht somit gleichzeitig als Brunnenschacht für einen Brunnen dienen kann.

[0023] Weiters kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zum Einschlämmen Kies innerhalb desStützrohres eingebracht werden kann, um ausreichende Stabilität des fertig verbauten Erdwär¬metauscherverbundes zu gewährleisten, sowie um gegebenenfalls die Funktion des Erdwärme¬tauscherverbundes zu erreichen bzw. die Energieeffizienz zu optimieren.

[0024] Ein Fluid im Sinne dieses Dokumentes ist eine Flüssigkeit, in welcher Wärmeenergieübertragen bzw. gespeichert wird. Das Fluid kann beispielsweise in Form von Sole, wie etwaeinem Glycol/Wasser-Gemisch ausgebildet sein. Alternativ dazu ist auch denkbar, dass dasFluid beispielsweise durch andere Flüssigkeiten, wie etwa einem Wasser-Ammoniak-Gemischoder reinem Wasser gebildet ist.

[0025] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figurennäher erläutert.

[0026] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: [0027] Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Erdwärmetauschereinheit; [0028] Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Erdwärmetauscherverbundes, wobei die erste Erdwärmetauschereinheit mehr Wicklungen aufweist als die zweiteErdwärmetauschereinheit; [0029] Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Erdwärmetauscherverbundes, wobei die erste Erdwärmetauschereinheit eine Überlänge eines Schlauchendesaufweist; [0030] Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Anordnungsmöglichkeit eines Absperrventiles; [0031] Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Anordnungsmöglichkeit eines Drosselventiles; [0032] Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Anordnungsmöglichkeit eines Temperaturmes¬ sers; [0033] Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel der Einbausituation eines Erdwärmetauscherver¬ bundes im noch nicht fertig verbauten Zustand; [0034] Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel der Einbausituation eines Erdwärmetauscherver¬ bundes im fertig verbauten Zustand; [0035] Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel der Einbausituation eines Erdwärmetauscherver¬ bundes im fertig verbauten Zustand mit Brunnenrohr; [0036] Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung von mehreren Erdwärmetauscher¬ verbunden an einem Grundstück; [0037] Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung von mehreren Erdwärme¬ tauscherverbunden an einem Grundstück.

[0038] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungs¬formen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen verse¬hen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäßauf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragenwerden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben,unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sinddiese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0039] Erdwärmetauscherverbund nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dros¬selventil einstellbar ist.

[0040] Fig. 1 zeigt die perspektivische Ansicht einer Erdwärmetauschereinheit 1, 2 welche zurVerwendung in einem Erdwärmetauscherverbund 3 vorgesehen ist. Die erste Erdwärmetau¬schereinheit 1 bzw. die zweite Erdwärmetauschereinheit 2 eines Erdwärmetauscherverbundes3 sind grundsätzlich ähnlich aufgebaut, sodass die einzelnen Bauteile der Erdwärmetauscher¬einheiten 1, 2 nur anhand der Fig. 1 beschrieben werden, wobei die Bauteilbezeichnungenjeweils auf eine erste Erdwärmetauschereinheit 1 bzw. eine zweite Erdwärmetauschereinheit 2umzulegen sind.

[0041] Wie aus Fig. 1 gut ersichtlich, weist die Erdwärmetauschereinheit 1, 2 einen Wärmetau¬scherschlauch 4, 5 auf, welcher in einem Wärmetauschabschnitt 6, 7 schraubenlinienförmiggewickelt angeordnet ist. Der Wärmetauscherschlauch 4, 5 kann durch eine oder mehrereHalteleisten 8 in seiner Position gehalten werden, wobei die Steigung bzw. der Schlauchab¬stand durch verschieden ausgestaltete Halteleisten 8 in verschiedenen Ausführungsbeispielenvariiert werden kann. Der Wärmetauscherschlauch 4, 5 kann durch Befestigungsmittel, wie etwaKabelbinder, Schrauben, oder auch durch eine stoffschlüssige Verbindung mit den Halteleisten8 verbunden sein.

[0042] Der Wärmetauscherschlauch 4, 5 kann aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial,wie etwa PE 80, PE 100 oder dergleichen gefertigt sein. Alternativ dazu ist es auch denkbar,dass der Wärmetauscherschlauch 4, 5 aus einem anderen Werkstoff wie etwa Kupfer odereinem Kunststoffverbundwerkstoff gefertigt ist.

[0043] Der Wärmetauscherschlauch 4, 5 weist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einenAußendurchmesser von 25 mm bei einer Wandstärke von etwa 2,5 mm auf.

[0044] Pro Erdwärmetauschereinheit 1, 2 ist in etwa eine Schlauchlänge des Wärmetauscher-

Schlauches 4, 5 von 150 m vorgesehen.

[0045] Der Wärmetauscherschlauch 4, 5 weist vorzugsweise eine Druckfestigkeit von bis zu12,5 bar auf, wobei der Betriebsdruck in etwa zwischen 1,5 und 2,5 bar liegt.

[0046] Die Erdwärmetauschereinheit 1, 2 weist eine erste Erdwärmetauscherseite 9 bzw. einezweite Erdwärmetauscherseite 10 auf, wobei die erste Erdwärmetauscherseite 9 im verbautenZustand der Erdoberfläche 11 zugewendet ist und die zweite Wärmetauscherseite 10 im ver¬bauten Zustand der Erdoberfläche 11 abgewendet ist.

[0047] Das von der ersten Wärmetauscherseite 9 abgehende Schlauchende wird als erstesSchlauchende 12, 13 bezeichnet. Wie aus Fig. 1 gut ersichtlich, ist vorgesehen, dass das ersteSchlauchende 12, 13 an der ersten Wärmetauscherseite 9 in den schraubenlinienförmig gewi¬ckelten Zustand übergeführt wird.

[0048] Das zweite Schlauchende 14, 15 ist an der zweiten Wärmetauscherseite 10 angeordnet,wobei vorgesehen sein kann, dass das zweite Schlauchende 14, 15 inmitten der schraubenlini¬enförmigen Wicklung durch den Wärmetauschabschnitt 6, 7 zur ersten Wärmetauscherseite 9gezogen sein kann.

[0049] Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das zweite Schlauchende 14, 15 außen amWärmetauscherabschnitt 6, 7 zur ersten Wärmetauscherseite 9 gezogen ist.

[0050] Der Aufbau eines Erdwärmetauscherverbundes 3 wird in verschiedenen Ausführungs¬beispielen in den folgenden Figuren gezeigt bzw. beschrieben, wobei erwähnt sei, dass dieeinzelnen Ausführungsbeispiele bzw. Details der einzelnen Ausführungsbeispiele beliebig mit¬einander kombiniert werden können.

[0051] Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Aufbaus des Erdwärmetauscherverbun¬des 3 aus einer ersten Erdwärmetauschereinheit 1 und einer zweiten Erdwärmetauschereinheit2, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie inder vorangegangenen Fig. 1 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden,wird auf die detaillierte Beschreibung in der vorangegangenen Fig. 1 hingewiesen bzw. Bezuggenommen.

[0052] In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist die zweite Erdwärmetauschereinheit 2weniger Windungen auf, als die erste Erdwärmetauschereinheit 1. Dadurch kann erreicht wer¬den, dass bei einer Anordnung der beiden Erdwärmetauschereinheiten 1, 2 übereinander, derWärmetauscherschlauch 4 der ersten Erdwärmetauschereinheit 1 gleich lang ist wie der Wär¬metauscherschlauch 5 der zweiten Erdwärmetauschereinheit 2. Durch die verminderte Anzahlder Windungen in der zweiten Erdwärmetauschereinheit 2 kann ausgeglichen werden, dass daserste Schlauchende 13 der zweiten Erdwärmetauschereinheit 2 bzw. das zweite Schlauchende15 der zweiten Erdwärmetauschereinheit 2 aufgrund der baulichen Anordnung länger ausge¬führt werden müssen als die korrespondierenden Schlauchenden 12, 14 der ersten Erdwärme¬tauschereinheit 1. Dadurch kann ein gleich großer Strömungswiderstand in beiden Erdwärme¬tauschereinheiten 1,2 erreicht werden.

[0053] Wie aus Fig. 2 gut ersichtlich, ist vorgesehen, dass die beiden ersten Schlauchenden12, 13 der beiden Erdwärmetauschereinheiten 1, 2 in einem ersten Abzweiger 16 zusammen¬geführt sind.

[0054] Weiters ist ersichtlich, dass die beiden zweiten Schlauchenden 14, 15 der Erdwärmetau¬schereinheiten 1, 2 in einem zweiten Abzweiger 17 zusammengeführt sind.

[0055] Direkt an den ersten Abzweiger 16 ist eine erste Hausanschlussleitung 18, oder auchWärmepumpenleitung bezeichnet, angeschlossen. An den zweiten Abzweiger 17 ist eine zweiteHausanschlussleitung 19, oder auch Wärmepumpenleitung bezeichnet, angeschlossen. DieHausanschlussleitungen 18, 19 können entweder direkt in das Gebäude führen oder aber auchin einen Verteilerschacht führen, in welchem mehrere Erdwärmetauscherverbunde 3 zusam¬mengeführt werden.

[0056] Die Abzweiger 16, 17 können als Y-Abzweiger ausgeführt sein und oberflächennahverlegt werden.

[0057] Wird der Erdwärmetauscherverbund 3 in Verbindung mit einer Wärmepumpe zur Behei¬zung eines Gebäudes verwendet, so dient die erste Hausanschlussleitung 18 als Vorlaufleitungfür den Erdwärmetauscherverbund 3. Die zweite Hausanschlussleitung 19 dient hierbei alsRücklaufleitung für den Erdwärmetauscherverbund 3. In einem derartigen Ausführungsbeispielwird über den Erdwärmetauscherverbund 3 Wärmeenergie aus dem umliegenden Erdreichentzogen.

[0058] In den Sommermonaten bzw. bei hoher Außentemperatur kann der vorliegende Erd¬wärmetauscherverbund 3 ebenfalls zur Kühlung eines Gebäudes eingesetzt werden, wobeihierbei Wärmeenergie vom Erdwärmetauscherverbund 3 an das umliegende Erdreich abgege¬ben wird.

[0059] Weiters kann vorgesehen sein, dass der Erdwärmetauscherverbund 3 zur Speicherungvon Wärmeenergie im Erdreich ausgebildet ist. Dadurch kann beispielsweise während derTagesstunden von einer Solaranlage Wärmeenergie in das Erdreich eingeleitet werden undwährend der Nachtstunden diese Wärmeenergie wieder aus dem Erdreich entnommen werden.Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Solaranlage in die erste Hausanschlussleitung 18 bzw.die zweite Hausanschlussleitung 19 eingebunden ist. Darüber hinaus kann auch vorgesehensein, dass Wärmeenergie während der wärmeren Sommermonate gespeichert wird und in denkälteren Wintermonaten entnommen wird.

[0060] Wie aus Fig. 2 weiters gut ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass durch die verschiede¬ne Anzahl an Wicklungen eine Bauhöhe 20 der ersten Erdwärmetauschereinheit 1 größer ist alseine Bauhöhe 21 der zweiten Erdwärmetauschereinheit 2. In einem bevorzugten Ausführungs¬beispiel beträgt die Bauhöhe der ersten Erdwärmetauschereinheit 1 in etwa 5,5 m und dieBauhöhe 21 der zweiten Erdwärmetauschereinheit 2 in etwa 5 m.

[0061] Zusätzlich ist es möglich dass in weiteren Ausführungsbeispielen auch weitere Erdwär¬metauschereinheiten an einen derartigen Erdwärmetauscherverbund 3 angeschlossen sind,wobei die Anbindung analog zu den in diesem Dokument dargestellten Ausführungsbeispielenerfolgen kann.

[0062] Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Erdwärmetauscherverbundes 3,wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in denvorangegangenen Figuren 1 und 2 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu ver¬meiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Figuren 1 und 2 hinge¬wiesen bzw. Bezug genommen.

[0063] I m Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zum Erreichen einer gleichen Schlauchlänge derbeiden Wärmetauscherschläuche 4, 5 vorgesehen, dass eines der beiden Schlauchenden 12,14 der ersten Erdwärmetauschereinheit 1 bewusst lange gehalten wird, sodass die beidenSchlauchlängen gleich groß sind. Hierbei kann die erste Erdwärmetauschereinheit 1 eine gleichgroße Anzahl an Wicklungen wie die zweite Erdwärmetauschereinheit 2 aufweisen. Sinvoller-weise wird das Vorlaufseitige Schlauchende 12 lange gehalten, um keine unnötigen Wärmever¬luste zu erleiden.

[0064] Die Figuren 4 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele des ersten Abzweigers16 bzw. des zweiten Abzweigers 17, insbesondere die Möglichkeit des Einbaus von Armaturenbei einem der Wärmetauscherschläuche 4, 5, insbesondere an deren Schlauchenden 12, 13,14, 15. Für gleiche Teile werden gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in denjeweils vorangegangenen Figuren verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermei¬den, wird auf die detaillierte Beschreibung in den jeweils vorangegangenen Figuren hingewie¬sen bzw. Bezug genommen.

[0065] Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass an einem der Schlauchenden 12,13, 14, 15 ein Absperrventil 22 angeordnet ist. Außerdem können, wie dargestellt auch mehrere

Absperrventile 22 an einem der Schlauchenden 12, 13, 14, 15 angeordnet sein. Dadurch kannerreicht werden, dass eine der Erdwärmetauschereinheiten 1, 2 vom Kreislaufsystem getrenntwerden kann. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn etwa nur eine geringe Heiz- bzw.Kühlleistung benötigt wird.

[0066] Wie aus Fig. 5 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass an einem der Schlauchenden 12,13, 14, 15 ein Drosselventil 23 eingesetzt ist, durch welches die Durchflussmenge durch dieeinzelnen Erdwärmetauschereinheiten 1, 2 reguliert werden kann. Durch ein derartiges Dros¬selventil 23 kann erreicht werden, dass die beiden Erdwärmetauschereinheiten 1, 2 mit unter¬schiedlich langen Schlauchlängen ausgebildet sein können, daher dieselbe Bauhöhe aufweisenkönnen und trotzdem die Durchflussmenge gleichmäßig auf die beiden Erdwärmetauscherein¬heiten 1,2 aufgeteilt werden kann.

[0067] Das Drosselventil 23 kann in einem ersten Ausführungsbeispiel eine, beispielsweisedurch bauliche Ausbildung, fix vorgegebene und eingestellte Drosselung der Durchflussmengeaufweisen.

[0068] In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass das Drosselventil 23und daher die Durchflussmenge regulierbar ist.

[0069] Entsprechend einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 kann vorgesehen sein, dass zu¬sätzlich zu einem regulierbaren Drosselventil 23 ein Temperatursensor 24 ausgebildet ist, durchwelchen die Temperatur des Fluides gemessen werden kann. Dadurch kann das Drosselventil23 oder die Drosselventile 23 aufgrund der in den einzelnen Erdwärmetauschereinheiten 1, 2erreichten Temperatur des Fluides geregelt werden.

[0070] In einerweiteren, nicht dargestellten Ausführungsvariante, ist es auch denkbar, dass einSensor zur Messung der Durchflussmenge an einem der Schlauchenden 12, 13, 14, 15 ange¬ordnet ist.

[0071] Sämtliche in den Fig. 4 bis 6 beschriebene Armaturen können beliebig im Erdwärmetau¬scherverbund 3 angeordnet sein, wobei verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Armaturenentsprechenden Fig. 4 bis 6 mit verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der Erdwärmetau¬schereinheiten 1, 2 entsprechend den Fig. 2 und 3 denkbar sind. Weiters ist es denkbar, dassnur eine oder mehrere der aufgezeigten Armaturen in einem Erdwärmetauscherverbund 3eingesetzt werden.

[0072] Fig. 7 zeigt in einer Schnittdarstellung eine mögliche Einbausituation bzw. einen Verfah¬rensschritt beim Verbauen des Erdwärmetauscherverbundes 3. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist imErduntergrund 25 ein Aufnahmeschacht 26 gebohrt, wobei während es Bohrvorganges gleich¬zeitig eine Stützverrohrung 27 eingesetzt wurde, welche dazu dient, um umliegendes Erdreichgegen das Hineinstürzen in den Aufnahmeschacht 26 zu sichern.

[0073] Der Aufnahmeschacht 26 weist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einenSchachtdurchmesser 28 von etwa 620 mm auf. In einen derartigen Aufnahmeschacht könnenErdwärmetauschereinheiten 1,2 mit einem Außendurchmesser 29 von etwa 500 mm eingesetztwerden.

[0074] Die Stützverrohrung 27 ist vorzugsweise in Form von Stahlrohren ausgebildet.

[0075] Eine Überdeckung 30 von der Erdoberfläche 11, auch als Geländeoberkante bezeich¬net, bis zur ersten Erdwärmetauschereinheit 1 beträgt vorzugsweise in etwa 1,5 m.

[0076] Die Gesamthöhe 31 des Erdwärmetauscherverbundes aus der ersten Erdwärmetau¬schereinheit 1 und der zweiten Erdwärmetauschereinheit 2 beträgt vorzugsweise in etwa10,5 m.

[0077] Die benötigte Bohrtiefe 32 des Aufnahmeschachtes 26 beträgt in etwa 12 m.

[0078] Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines verbauten Erdwärmetauscherverbundes 3,wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in denvorangegangenen Figuren 1 bis 7 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermei¬den, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Figuren 1 bis 7 hingewie- sen bzw. Bezug genommen.

[0079] Wie aus Fig. 8 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass der Innenraum des Aufnah¬meschachtes 26 mit einem Sandmaterial 33 eingeschlämmt ist. Dadurch kann erreicht werden,dass der Innenraum des Aufnahmeschachtes 26 gleichmäßig verdichtet wird.

[0080] In einerweiteren, ebenfalls in Fig. 8 dargestellten Ausführungsvariante kann vorgesehensein, dass in einer bestimmten Schichthöhe ein quellfähiges Dichtungsmaterial 34 in Pelletformin den Aufnahmeschacht 26 eingebracht ist. Das quellfähige Dichtungsmaterial 34 wird aufHöhe einer Wasserstauschicht 35 in das Brunnenrohr 36 eingebracht, sodass die Wasserstau¬schicht 35 nach dem Verbau des Erdwärmetauscherverbundes 3 wieder hergestellt und wei¬testgehend dicht ist.

[0081] Das Dichtungsmaterial 34 kann beispielsweise in Form eines bentonithaltigen Dich¬tungstones ausgebildet sein. Ein derartiges Material ist beispielsweise unter dem Produktnah¬men Compactonit der GWE-Gruppe bekannt.

[0082] In einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Dichtungsmate¬rial 34 bereits beim Verheben des Erdwärmetauscherverbundes 3 in diesem angeordnet ist.

[0083] Fig. 9 zeigt eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Einbausi¬tuation eines Erdwärmetauscherverbundes 3, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Be¬zugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Figuren 1 bis 8 verwen¬det werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibungin den vorangegangenen Figuren 1 bis 8 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

[0084] In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 kann vorgesehen sein, dass innerhalbdes Erdwärmetauscherverbundes 3 im verbauten Zustand ein Brunnenrohr 36 angeordnet ist,welches zur Wasserentnahme dient. Das Brunnenrohr 36 kann einen Filtereinsatz aufweisen,welcher beispielsweise am Boden des Brunnenrohres 36 bzw. in der Rohrwand des Brunnen¬rohres 36 angeordnet ist und zum Einlass von Wasser dient.

[0085] Die Fig. 10 und 11 zeigen in einer Draufsicht mögliche Ausführungsbeispiele der Anord¬nung von mehreren Erdwärmetauscherverbundeinheiten 3 an einem Grundstück.

[0086] Der Abstand 37 zwischen zwei Erdwärmetauscherverbundeinheiten 3 sollte in etwa 3 mbis 5 m, bevorzugt etwa 4 m, betragen. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dassmehrere Erdwärmetauscherverbundelemente 3 gleich lange Sammelleitungen aufweisen, umeine gleichmäßige Aufteilung des Volumenstromes zu erreichen.

[0087] Wie aus Fig. 11 ersichtlich, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die einzelnen Sam¬melleitungen um einen zentralen Sammelpunkt angeordnet sind, sodass die Länge der Sam¬melleitungen ohne unnötige Überlänge gleich lang gestaltet werden können.

[0088] In einer nicht dargestellten Alternativvariante kann auch vorgesehen sein, dass dieeinzelnen Erdwärmetauscherverbundelemente 3 an eine Sammelleitung angeschlossen sindund mit Armaturen die Aufteilung des Volumenstromes geregelt wird.

[0089] Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Erdwärmetau¬scherverbundes 3.

[0090] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Ver¬ständnis des Aufbaus des Erdwärmetauscherverbundes 3 dieser bzw. dessen Bestandteileteilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 erste Erdwärmetauscherein- 20 Bauhöhe erste Erdwärmetau- heit schereinheit 2 zweite Erdwärmetauscherein- 21 Bauhöhe zweite Erdwärme- heit tauschereinheit 3 Erdwärmetauscherverbund 22 Absperrventil 4 Wärmetauscherschlauch erste 23 Drosselventil

Erdwärmetauschereinheit 24 Temperatursensor 5 Wärmetauscherschlauch 25 Erduntergrund zweite Erdwärmetauscherein- 26 Aufnahmeschacht heit 27 Stützverrohrung 6 Wärmetauschabschnitt erste 28 Schachtdurchmesser

Erdwärmetauschereinheit 29 Außendurchmesser Erdwär- 7 Wärmetauschabschnitt zweite metauschereinheit

Erdwärmetauschereinheit 30 Überdeckung 8 Halteleiste 31 Gesamthöhe Erdwärmetau- 9 erste Wärmetauscherseite scherverbund 10 zweite Wärmetauscherseite 32 Bohrtiefe 11 Erdoberfläche 33 Sandmaterial 12 erstes Schlauchende erste 34 Dichtungsmaterial

Erdwärmetauschereinheit 35 Wasserstauschicht 13 erstes Schlauchende zweite 36 Brunnenrohr

Erdwärmetauschereinheit 37 Abstand 14 zweites Schlauchende ersteErdwärmetauschereinheit 15 zweites Schlauchende zweiteErdwärmetauschereinheit 16 erster Abzweiger 17 zweiter Abzweiger 18 erste Hausanschlussleitung 19 zweite Hausanschlussleitung

Claims (8)

1. Patentansprüche 1. Erdwärmetauscherverbund (3) für die Wärmeenergieübertragung in ein im Erdwärmetau¬scherverbund (3) geführtes Fluid, wobei der Erdwärmetauscherverbund (3) zumindest eineerste (1) und eine zweite Erdwärmetauschereinheit (2) umfasst, welche Erdwärmetausche¬reinheiten (1, 2) je einen Wärmetauscherschlauch (4, 5) umfassen der in einem Wärme¬tauschabschnitt (6, 7) schraubenlinienförmig gewickelt angeordnet ist, wobei sich derWärmetauschabschnitt (6, 7) von einer der Erdoberfläche (11) zuzuwendenden erstenWärmetauscherseite (9) bis zu einer der Erdoberfläche (11) abzuwendenden zweitenWärmetauscherseite (10) erstreckt und wobei das erste Schlauchende (12) der erstenErdwärmetauschereinheit (1) sowie das erste Schlauchende (13) der zweiten Erdwärme¬tauschereinheit (2), welche Schlauchenden (12, 13) jeweils von der ersten Wärmetau¬scherseite (9) der Erdwärmetauschereinheiten (1, 2) weggeführt sind, in einem ersten Ab-zweiger (16) zusammengeführt sind und wobei das zweite Schlauchende (14) der erstenErdwärmetauschereinheit (1) sowie das zweite Schlauchende (15) der zweiten Erdwärme¬tauschereinheit (2), welche Schlauchenden (14, 15) jeweils von der zweiten Wärmetau¬scherseite (10) der Erdwärmetauschereinheiten (1, 2) weggeführt sind, in einem zweitenAbzweiger (17) zusammengeführt sind, wobei die Wärmetauscherschläuche (4, 5) der ers¬ten Erdwärmetauschereinheit (1) und der zweiten Erdwärmetauschereinheit (2) in etwa diegleiche Länge, bevorzugt die identische Länge, aufweisen, dadurch gekennzeichnet,dass die erste Erdwärmetauschereinheit (1) eine zur zweiten Erdwärmetauschereinheit (2)unterschiedliche Anzahl an Wicklungen aufweist, wobei die zweite Erdwärmetauscherein¬heit (2) weniger Wicklungen aufweist, als die erste Erdwärmetauschereinheit (1).
2. 2. Erdwärmetauscherverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬kennzeichnet, dass an zumindest einem der Wärmetauscherschläuche (4, 5), insbesonde¬re an einem der Schlauchenden (12, 13, 14, 15), ein Drosselventil (23) angeordnet ist.
3. 3. Erdwärmetauscherverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬kennzeichnet, dass an zumindest einem der Wärmetauscherschläuche (4, 5), insbesonde¬re an einem der Schlauchenden (12, 13, 14, 15), ein Absperrventil (22) angeordnet ist.
4. 4. Erdwärmetauscherverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬kennzeichnet, dass an zumindest einem der Wärmetauscherschläuche (4, 5), insbesonde¬re an einem der Schlauchenden (12, 13, 14, 15), ein Temperatursensor (24) angeordnetist.
5. 5. Erdwärmetauscherverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬kennzeichnet, dass die Länge des Wärmetauscherschlauches (4) der ersten Erdwärme¬tauschereinheit (1) und/oder die Länge des Wärmetauscherschlauches (5) der zweitenErdwärmetauschereinheit (2) zwischen 50m und 250m, insbesondere zwischen 100m und200m, bevorzugt zwischen 140m und 160m beträgt, wobei der Innendurchmesser desWärmetauscherschlauches (4, 5) zwischen 15mm und 30mm, insbesondere zwischen17mm und 25mm, bevorzugt zwischen 19mm und 22mm beträgt.
6. 6. Verfahren zum Einbau eines Erdwärmetauscherverbundes (3), insbesondere eines Erd¬wärmetauscherverbundes (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬kennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: - Bohren eines Aufnahmeschachtes (26) in den Erduntergrund (25) unter gleichzeitigerVerlegung einer Stützverrohrung (27); - Bereitstellen einer ersten (1) und der zweiten Erdwärmetauschereinheit (2); - Aneinander fixieren der ersten (1) und der zweiten Erdwärmetauschereinheit (2) zu ei¬nem Erdwärmetauscherverbund (3); - Einsetzen des Erdwärmetauscherverbundes (3) in den Aufnahmeschacht (26); - Einschlämmen des Aufnahmeschachtes (26) unter gleichzeitiger Entfernung der Stütz¬verrohrung (27).
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrens¬schrittes des Einschlämmens in einer bestimmten Schichthöhe ein quellfähiges Dich¬tungsmaterial (34) in Pelletform eingebracht wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrens¬schritt des Einschlämmens ein Brunnenrohr (36) mit einem Filtereinsatz in den Aufnah¬meschacht (26) eingesetzt wird und innerhalb der Erdwärmetauschereinheiten (1, 2) plat¬ziert wird. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen