BE1025512B1

BE1025512B1 - Ondergrondse inrichting voor het winnen van warmte uit de bodem en werkwijze voor het ondergronds plaatsen van een buizenstelsel om warmte uit de bodem te winnen

Info

Publication number: BE1025512B1
Application number: BE2017/5590A
Authority: BE
Inventors: Roeland Fraussen
Original assignee: Renotec Nv
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2019-04-03
Also published as: BE1025512A1; EP3450877B1; BE1025512A9; DK3450877T3; EP3450877A1; PT3450877T; ES2818978T3

Abstract

Werkwijze voor het ondergronds plaatsen van een buizenstelsel (7) om warmte uit de bodem (14) te winnen, waarbij aan de binnenzijde van een eerste wand (4) van een riool (3) een tweede wand (5) wordt aangebracht, waarbij een buizenstelsel (7) wordt aangebracht in de genoemde tweede wand (5), waarbij het riool een hoogte (H) heeft, waarbij het buizenstelsel (7) wordt aangebracht over minimaal 33% van de hoogte (H), bij voorkeur over minimaal 50% van de hoogte (H), en bij grotere voorkeur over minimaal 75% van de hoogte (H). Hiermee kan aardwarmte gewonnen worden uit de bodem rondom het riool (3). Bij voorkeur heeft de tweede wand (5) een binnenoppervlak (13) en een buitenoppervlak (6), waarbij het buizenstelsel (7) wordt aangebracht in de tweede wand (5) op een positie die dichter ligt bij het buitenoppervlak (6) dan bij het binnenoppervlak (5).

Description

Ondergrondse inrichting voor het winnen van warmte uit de bodem en werkwijze voor het ondergronds plaatsen van een buizenstelsel om warmte uit de bodem te winnen,

De huidige uitvinding betreft een ondergrondse inrichting voor het winnen van warmte uit de bodem en een werkwijze voor het ondergronds plaatsen van een buizenstelsel om warmte uit de bodem te winnen.

Het is welbekend om ondergrondse buizenstelsels te doorstromen met een fluïdum om het fluïdum door middel van aardwarmte op te warmen en deze warmte dan door middel van een warmtepomp te gebruiken om een gebouw te verwarmen. Hierbij kunnen deze buizenstelsels op een relatief geringe diepte van circa één tot twee meter geplaatst worden.

Het aanleggen van een dergelijk buizenstelsel is echter vaak niet eenvoudig, omdat de bodem over een significante oppervlakte dient te worden afgegraven alvorens het buizenstelsel geplaatst kan worden. Dit is echter moeilijk realiseerbaar, vooral in dichtbebouwde omgevingen, bijvoorbeeld steden, omdat dit zeer grote consequenties heeft voor de andere gebruikers van de stedelijke omgeving, en omdat er vaak reeds andere ondergrondse leidingen en infrastructuur aanwezig is die natuurlijk niet beschadigd mag worden.

De huidige uitvinding beoogt om voor de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden en voorziet daartoe in een ondergrondse inrichting voor het winnen van warmte uit de bodem, waarbij de inrichting een riool omvat met een eerste wand en een tweede wand, waarbij de tweede wand zich aan de binnenzijde van de eerste wand bevindt, waarbij het riool een interne hoogte heeft, waarbij een buizenstelsel voor het doorvoeren van een op te warmen fluïdum is aangebracht in de tweede wand, waarbij het buizenstelsel zich uitstrekt over minimaal 33% van de genoemde hoogte, bij voorkeur over minimaal 50% van de genoemde hoogte, en bij grotere voorkeur over minimaal 75% van de genoemde hoogte.

2017/5590

BE2017/5590

Voor de duidelijkheid wordt opgemerkt dat het kenmerk dat het buizenstelsel zich uitstrekt over een zeker percentage van de hoogte, equivalent is aan het kenmerk dat het verticale afstandsverschil tussen het bovenste deel en het onderste deel van het buizenstelsel het genoemde percentage van de hoogte is.

Dit heeft als voordeel dat warmte gewonnen kan worden uit de bodem die het riool aan alle zijden omringt. Vanzelfsprekend zal ook enige warmte gewonnen worden uit het relatief warme rioolwater, maar hoofdzakelijk zal in deze uitvinding de warmte uit de bodem gewonnen worden.

De meeste riolen zijn immers zodanig groot gedimensioneerd dat deze een maximale hoeveelheid water kunnen verwerken die tientallen malen hoger ligt dan de gemiddelde hoeveelheid water die zij verwerken, zodat dankzij de uitvinding een veel grotere hoeveelheid warmte gewonnen kan worden dan wanneer deze alleen uit het rioolwater gewonnen zou worden.

Een verder voordeel is dat de tweede wand hierbij een dubbele functie kan hebben. Riolen worden immer soms gerenoveerd door aan de binnenzijde een binnenlaag aan te brengen om een oud riool mechanisch te versterken en waterdicht te maken. De tweede wand zoals genoemd in de uitvinding, met het aangebrachte buizenstelsel, kan tegelijkertijd als binnenlaag ter renovatie van een riool en als middel voor de winning van aardwarmte dienen.

Hiertoe is bij voorkeur de tweede wand een volledige wand, dat wil zeggen een wand die langs de gehele binnenomtrek van de eerste wand is aangebracht.

Hiertoe is tevens bij voorkeur de tweede wand waterdicht.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm heeft de tweede wand een binnenoppervlak

2017/5590

BE2017/5590 en een buitenoppervlak, waarbij het buitenoppervlak bij voorkeur tegen de eerste wand ligt, waarbij het buizenstelsel is aangebracht in de tweede wand op een positie die dichter ligt bij het buitenoppervlak dan bij het binnenoppervlak.

Hierdoor ligt het buizenstelsel relatief ver naar buiten, zodat een maximale hoeveelheid warmte uit de omringende bodem gewonnen kan worden. Dit is maximaal in een uitvoeringsvorm waarin het buizenstelsel tegen de eerste wand is aangebracht.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm is de tweede wand gemaakt van beton.

Bij voorkeur is de interne vrije hoogte van het riool minimaal 1 meter. Bij voorkeur is de interne vrije hoogte van het riool maximaal 4 meter.

De uitvinding betreft ook een verwarmingsinrichting om een gebouw te verwarmen, waarbij de verwarmingsinrichting een ondergrondse inrichting omvat volgens de uitvinding, waarbij de verwarmingsinrichting een warmtepomp omvat, waarbij de ondergrondse inrichting en de warmtepomp gekoppeld zijn zodat de warmtepomp warmte van de ondergrondse inrichting naar het gebouw kan overbrengen.

De uitvinding betreft verder een werkwijze om een gebouw te verwarmen, waarbij een fluïdum wordt opgewarmd in een ondergrondse inrichting zoals bovenstaand gedefinieerd en waarbij dit fluïdum na opwarming naar de koude zijde van een warmtepomp wordt gebracht, waarbij warmte van de warme zijde van de warmtepomp aan het gebouw wordt geleverd.

Ter verduidelijking wordt opgemerkt dat met de koude zijde, respectievelijk warme zijde van een warmtepomp bedoeld worden de delen van de warmtepomp waaraan externe warmte geleverd wordt, respectievelijk door welke warmte geleverd wordt voor extern gebruik.

2017/5590

BE2017/5590 4

Bij voorkeur is de onderlinge hart-op-hart afstand tussen de diverse buizen van het buizenstelsel minimaal 4 cm, en bij grotere voorkeur minimaal 6 cm en bij nog grotere voorkeur minimaal 8 cm. Bij voorkeur is deze onderlinge hart-op-hart afstand maximaal 50 cm, en bij grotere voorkeur maximaal 40 cm.

De uitvinding betreft verder een werkwijze voor het ondergronds plaatsen van een buizenstelsel om warmte uit de bodem te winnen, waarbij aan de binnenzijde van een eerste wand van een riool een tweede wand wordt aangebracht, waarbij een buizenstelsel wordt aangebracht in de genoemde tweede wand, waarbij het riool een interne hoogte heeft, waarbij het buizenstelsel wordt aangebracht over minimaal 33% van de genoemde hoogte, bij voorkeur over minimaal 50% van de genoemde hoogte, en bij grotere voorkeur over minimaal 75% van de genoemde hoogte.

De eerste wand is normaal gesproken een bestaande, historische wand, die al dan niet renovatie nodig heeft.

Dit is een werkwijze om een buizenstelsel te plaatsen die, zeker in stedelijke omgevingen, gemakkelijker is dan de reeds bekende werkwijzen. Bovendien kunnen renovatie en het aanbrengen van een buizenstelsel gecombineerd worden.

Bij voorkeur wordt de tweede wand tegen de eerste wand aangebracht, zodat het buizenstelsel zo ver mogelijk naar buiten geplaatst wordt en zoveel mogelijk warmte uit de grond kan opnemen.

Bij voorkeur omvat het buizenstelsel één of meer flexibele buizen, of bestaat het hoofdzakelijk uit flexibele buizen. Dit heeft als voordeel dat grondbewegingen minder snel dan anders het geval zou zijn tot schade aan het buizenstelsel leiden. Dergelijke grondbewegingen kunnen bijvoorbeeld veroorzaakt worden door wegspoelen van grond, aardbevingen of zwaar verkeer.

2017/5590

BE2017/5590

In een verdere voorkeurdragende variant wordt eerst het buizenstelsel tegen de eerste wand aangebracht, waarna de tweede wand wordt aangebracht, waarbij bij voorkeur de tweede wand gemaakt is van beton dat tegen de eerste wand en rondom het buizenstelsel gespoten wordt.

Om de uitvinding te verduidelijken wordt hieronder een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven, met referentie aan de volgende figuren, waarbij figuur 1 gedeeltelijk in perspectief en gedeeltelijk schematisch een verwarmingsinrichting volgens de uitvinding weergeeft;

figuur 2 een doorsnede weergeeft van een deel van de inrichting van figuur 1 volgens lijn ll-ll; en figuur 3 een weergave is van het met F3 aangeduide deel van figuur 2.

De in figuur 1 weergegeven verwarmingsinrichting 1 bestaat hoofdzakelijk uit een warmtepomp 2 en een ondergronds riool 3, met in dit voorbeeld een interne hoogte H van circa 1,5 meter.

Het riool 3 heeft een eerste wand 4, die aan de buitenzijde ligt, en een tweede wand 5, die aan de binnenzijde ligt. Het buitenoppervlak 6 van de tweede wand 5 ligt hierbij direct tegen de eerste wand 4. In de tweede wand 5 zijn buizenstelsels 7, in dit voorbeeld elk gemaakt van tien flexibele kunststof buizen 8, aangebracht.

Hierbij zijn zowel aan de linkerzijde als aan de rechterzijde van het riool 3 dergelijke buizenstelsels 7 aangebracht, zoals getoond in figuur 2, die een doorsnede door twee van dergelijke buizenstelsels 7 toont.

Voor de duidelijkheid wordt opgemerkt dat in figuur 1 slechts twee dergelijke buizenstelsels 7 zijn weergegeven, beide aan de rechterzijde van het riool 3. De buizenstelsels 7 aan de linkerzijde zijn niet weergegeven in figuur 1.

2017/5590

BE2017/5590

Zoals duidelijk wordt uit figuren 2 en 3 zijn de buizenstelsels 7 tegen de eerste wand 4 geplaatst en ingebed in de tweede wand 5.

Zoals duidelijk wordt uit figuur 2 is de verticale afstand A tussen de bovenste buis 8 en de onderste buis 8 iets groter dan de hoogte H van het riool 3. De onderlinge hart-op-hart afstand B tussen de buizen 8 bedraagt tussen 20 en 25 cm. De buizenstelsels strekken zich dus uit over iets meer dan de volledige hoogte H van het riool 3.

De tweede wand 5 is aangebracht over de volledige binnenomtrek van de eerste wand 4 en loopt dus volledig rond.

De eerste wand 4 kan van eender welk materiaal gemaakt zijn waar riolen normaal gesproken van gemaakt worden, maar in de praktijk zal de eerste wand 4 meestal een gemetselde stenen wand of een betonnen wand zijn. De tweede wand 5 is in dit voorbeeld gemaakt van beton.

De buizenstelsels 7 zijn via leidingen 9 verbonden met de warmtepomp 2. De warmtepomp heeft een afvoerleiding 10 en een retourleiding 11 voor de afvoer van warmte naar een gewenste locatie.

Dergelijk buizenstelsels 7 kunnen gemakkelijk als volgt geplaatst worden.

In een te renoveren oud riool worden flexibele kunststof buizen 8 ter plaatse in het gewenste patroon gebogen ter vorming van buizenstelsels 7. De buizen worden door middel van nagelklemmen 12 vastgezet.

Vervolgens wordt een laag spuitbeton gespoten over de buizen, ter vorming van de tweede wand 5. Omdat het riool 3 groot genoeg is om toegankelijk te zijn kan dit handmatig door een persoon worden uitgevoerd. Indien nodig kan een wapening

2017/5590

BE2017/5590 worden aangebracht in de tweede wand 5.

Het binnenoppervlak 13 van de tweede wand 5 wordt glad afgewerkt. Het riool 3 is nu gerenoveerd en kan weer vele jaren gebruikt worden, en is tevens voorzien van buizenstelsels 7 voor de winning van aardwarmte.

De originele wand van het oude riool vormt hierbij dus de eerste, buitenste, wand 4 van het gerenoveerde riool 3.

Bij het gebruik van de verwarmingsinrichting 1 wordt een warmte-transporterend fluïdum, bijvoorbeeld water, rondgepompt door de buizenstelsels 7 via de koude zijde van de warmtepomp 2. Het water neemt hierbij warmte op, vooral afkomstig uit de bodem 14 die het riool omringt. De temperatuur van het water aan de uitlaat van het buizenstelsel is, afhankelijk van de omstandigheden, typisch 10°C tot 15°C.

Deze warmte wordt door de warmtepomp 2 op gekende wijze gebruikt om nuttige warmte te leveren ter verwarming van een gebouw.

Claims

Conclusies

1. - Werkwijze voor het ondergronds plaatsen van een buizenstelsel (7) om warmte uit de bodem (14) te winnen, waarbij aan de binnenzijde van een eerste wand (4) van een riool (3) een tweede wand (5) wordt aangebracht, waarbij een buizenstelsel (7) wordt aangebracht in de genoemde tweede wand (5), waarbij het riool een hoogte (H) heeft, waarbij het buizenstelsel (7) wordt aangebracht over minimaal 33% van de hoogte (H), bij voorkeur over minimaal 50% van de hoogte (H), en bij grotere voorkeur over minimaal 75% van de hoogte (H).
2. - Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de tweede wand (5) over de gehele binnenomtrek van de eerste wand (4) wordt aangebracht.
3. - Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de tweede wand (5) tegen de eerste wand(4) wordt aangebracht.
4. - Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 3, waarbij het buizenstelsel (7) één of meer flexibele buizen (8) omvat.
5. - Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 4, waarbij de tweede wand (5) een binnenoppervlak (13) en een buitenoppervlak (6) heeft, waarbij het buizenstelsel (7) wordt aangebracht in de tweede wand (5) op een positie die dichter ligt bij het buitenoppervlak (6) dan bij het binnenoppervlak (5).
6. - Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 5, waarbij het buizenstelsel (7) tegen de eerste wand (4) wordt aangebracht, waarna de tweede wand (5) wordt aangebracht.
7. - Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 6, waarbij de tweede wand (5) gemaakt is van beton.

2017/5590

BE2017/5590
8. - Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 7, waarbij het buizenstelsel (7) wordt aangebracht en waarbij vervolgens spuitbeton over het buizenstelsel (7) gespoten wordt ter vorming van de tweede wand (5).
9. - Ondergrondse inrichting voor het winnen van warmte uit de bodem, waarbij de ondergrondse inrichting een riool (3) omvat met een eerste wand (4) en een tweede wand (5), waarbij de tweede wand (5) zich aan de binnenzijde van de eerste wand (4) bevindt, waarbij het riool (3) een hoogte (H) heeft, waarbij een buizenstelsel (7) is aangebracht in de tweede wand (5), waarbij het buizenstelsel (5) zich uitstrekt over minimaal 33% van de hoogte (H), bij voorkeur over minimaal 50% van de hoogte (H), en bij grotere voorkeur over minimaal 75% van de hoogte (H).
10. - Ondergrondse inrichting volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat de tweede wand (5) een binnenoppervlak (13) en een buitenoppervlak (6) heeft, waarbij het buizenstelsel (7) is aangebracht in de tweede wand (5) op een positie die dichter ligt bij het buitenoppervlak (6) dan bij het binnenoppervlak (13).
11. - Ondergrondse inrichting volgens conclusie 9 of 10, waarbij het buizenstelsel (7) tegen de eerste wand (4) is aangebracht.
12. - Ondergrondse inrichting volgens één van de conclusies 9 tot 11, waarbij de tweede wand (5) gemaakt is van beton.
13. - Ondergrondse inrichting volgens één van de conclusie 9 tot 12, waarbij de tweede wand (5) een volledige wand is.
14. - Verwarmingsinrichting (1) om een gebouw te verwarmen, waarbij de verwarmingsinrichting een ondergrondse inrichting omvat volgens één van de conclusies 9 tot 13, waarbij de verwarmingsinrichting een warmtepomp (2) omvat, waarbij de ondergrondse inrichting en de warmtepomp (2) gekoppeld zijn zodat de warmtepomp

2017/5590

BE2017/5590 warmte van de ondergrondse inrichting naar het gebouw kan overbrengen.
15.- Werkwijze om een gebouw te verwarmen, waarbij een fluïdum wordt opgewarmd in een ondergrondse inrichting volgens één van de conclusies 9 tot 13 en waarbij dit 5 fluïdum na opwarming naar de koude zijde van een warmtepomp (2) wordt geleid, waarbij warmte van de warme zijde van de warmtepomp (2) aan het gebouw wordt geleverd.