CH644682A5

CH644682A5 - Earth collector for a heat pump system or a recuperative earth cooling system

Info

Publication number: CH644682A5
Application number: CH538680A
Authority: CH
Inventors: Heinz Dipl Ing Gerbert
Original assignee: Gerbert Heinz
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1980-07-14
Publication date: 1984-08-15
Also published as: ATA372780A; AT378260B; DE2928893A1; DE2928893C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Erdkollektor für eine Wärmepumpenanlage oder eine rekuperative Erdkühlanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an earth collector for a heat pump system or a recuperative earth cooling system according to the preamble of claim 1.

Bei Wärmepumpenanlagen dieser Art dient der im Erdreich verlegte Erdkollektor dazu, die im Erdreich enthaltene Wärmeenergie mittels Wärmeübertragung auf das in den Rohren des Erdkollektors strömende Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise Wasser, das mit Frostschutzmittel versetzt ist, zu übertragen, wobei dann diese der Wärmepumpe zugeführte Primärenergie durch in der Wärmepumpe mittels Verdichterarbeit erfolgende Zufuhr von Sekundärenergie auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und in dieser Form dem gewünschten Verbraucher, beispielsweise den Radiatoren oder der Fussbodenheizung, der Heizungsanlage eines Hauses zugeführt wird. In heat pump systems of this type, the ground collector installed in the ground is used to transfer the heat energy contained in the ground by means of heat transfer to the heat transfer medium flowing in the pipes of the ground collector, for example water, which is mixed with antifreeze, in which case the primary energy supplied to the heat pump by in the heat pump by means of compressor work supplying secondary energy to a higher temperature level and in this form is supplied to the desired consumer, for example the radiators or the underfloor heating, the heating system of a house.

Demgegenüber dient bei rekuperativen Erdkühlanlagen der im Erdreich verlegte Erdkollektor dazu, die aus der Raumwärme aufgenommene Wärme mittels rekuperativer Wärmeübertragung durch das in den Rohren des Erdkollektors strömende Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise Wasser + Frostschutzmittel, auf die kältere Erde zu übertragen und mit dem abgekühlten Rücklaufstrom über Gebläsekonvektoren die Raum- oder Stalluft zu kühlen. In contrast, in recuperative geothermal cooling systems, the earth collector installed in the ground serves to transfer the heat absorbed from the room heat to the colder earth by means of recuperative heat transfer through the heat transfer medium flowing in the tubes of the earth collector, for example water + antifreeze, and with the cooled return flow via fan convectors Cool room or barn air.

Den bisher bekannten Erdkollektoren dieser Art ist als wesentliches Merkmal gemeinsam, dass ihre Rohre horizontal verlaufend in der gewünschten Tiefe im Erdreich verlegt sind, wobei die einzelnen Rohre des Erdkollektors in relativ grossem Abstand zueinander spiralenförmig oder mäanderförmig verlaufen, da in der einschlägigen Fachwelt die festgefügte Auffassung vorherrscht, dass eine möglichst grosse Fläche des Erdreiches überstrichen werden müsse, um die Primärenergie dem Erdreich im erforderlichen Aussmass entziehen zu können. Die hierdurch erforderlichen unterschiedlichen Längen der einzelnen Rohre des Erdkollektors machen es auch notwendig, diesen erst an Ort und Stelle gleichsam dadurch herstellen zu können, dass die einzelnen Rohre vorort auf die gewünschte Länge zugeschnitten bzw. gebogen werden. A common feature of the previously known earth collectors of this type is that their pipes are laid horizontally at the desired depth in the ground, the individual pipes of the earth collector being spiral or meandering at a relatively large distance from one another, since in the relevant professional world the firmly established view It is predominant that the largest possible area of the earth has to be swept over in order to be able to extract the primary energy from the earth to the required extent. The different lengths of the individual pipes of the earth collector required as a result also make it necessary to be able to manufacture them on site, as it were, by cutting or bending the individual pipes to the desired length on site.

Aufgrund der Ausbildung und Anordnung der bekannten Erdkollektoren sind diesen jedoch bis heute noch zahlreiche Nachteile eigen. Diese sind insbesondere in der als erforderlich angesehenen horizontalen Verlegung der Erdkollektoren begründet, was nicht nur eine ausserordentlich flächenaufwendige Anwendung solcher Erdkollektoren zur Folge hat, sondern auch bedingt, dass diese nicht noch nachträglich bei einer Wärmepumpenanlage für ein bereits schon länger bestehendes Haus zur Anwendung gelangen können. So ist es zwar selbstverständlich möglich, beispielsweise beim Neubau eines Hauses, das benachbarte, beispielsweise dem Garten dieses Hauses zugeordnete Erdreich bis zur gewünschten Tiefe abzutragen, den Erdkollektor dann horizontal zu ver- -legen und schliesslich wieder das vorher abgetragene Erdreich aufzuschütten, ohne dass dies - abgesehen von den hierfür erforderlichen, allerdings nicht unbeträchtlichen Erdbewegungskosten - wesentliche Nachteile nach sich zieht. Es ist jedoch in keinem Fall, allenfalls nur mit einem unvertretbar hohen wirtschaftlichen Aufwand möglich, die beispielsweise mit einem Sonnenkollektor arbeitende Wärmepumpenanlage eines bereits bestehenden Hauses, dessen Garten schon vollständig angelegt wurde, nun auch noch nachträglich mit einem bekannten Erdkollektor auszurüsten, da es in solch einen Fall erforderlich wäre, den gesamten oder doch weitgehend gesamten Garten dieses Hauses zu zerstören, um dessen Erdreich für die horizontale Verlegung des Erdkollektors bis zur gewünschten Tiefe abtragen zu können. However, due to the design and arrangement of the known earth collectors, numerous disadvantages are still inherent to this day. These are due in particular to the horizontal laying of the earth collectors, which is considered necessary, which not only results in an extremely space-consuming application of such earth collectors, but also means that they cannot be subsequently used in a heat pump system for a house that has been in existence for some time . So it is of course possible, for example when building a new house, to remove the neighboring soil, for example the garden of this house, to the desired depth, then to lay the earth collector horizontally and finally to fill up the previously removed soil without this - apart from the necessary, but not insignificant, earth moving costs, this entails significant disadvantages. However, it is in no case, at best only with an unacceptably high cost, that the heat pump system, for example, which works with a solar collector of an already existing house, the garden of which has already been completely created, can now also be retrofitted with a known earth collector, since it is in such a way a case would be necessary to destroy the entire or largely the entire garden of this house in order to be able to remove its soil for the horizontal laying of the earth collector to the desired depth.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Erdkollektoren ist darin zu sehen, dass diese wegen der vorort erforderlichen Einzelverlegung der Rohre nicht industriell vorgefertigt werden können und daher auch nur aufwendig zu transportieren sowie zeitraubend und arbeitsintensiv zu montieren sind. All diese Nachteile erhöhen nicht nur die Herstellungs2 Another disadvantage of the known earth collectors is that they cannot be industrially prefabricated due to the individual laying of the pipes that is required on site and are therefore also difficult to transport and time-consuming and labor-intensive to assemble. All of these disadvantages not only increase manufacturing2

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und Montagekosten der bekannten Erdkollektoren, sondern beeinträchtigen auch deren Wirtschaftlichkeit, was nicht zuletzt dazu beigetragen hat, dass mit solchen Erdkollektoren arbeitende Wärmepumpenanlagen in der Praxis noch keine weit verbreitete Anwendung gefunden haben. and assembly costs of the known earth collectors, but also impair their economy, which has contributed not least to the fact that heat pump systems working with such earth collectors have not yet been widely used in practice.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Erdkollektor der gattungsgemässen Art zur Beseitigung der geschilderten Nachteile in industrieller Vorfertigung derart auszugestalten, dass er unter geringen Kosten nicht nur leicht zu transportieren sowie einfach und schnell zu montieren ist, sondern auch bei wenigstens gleich gutem Wirkungsgrad platzsparend ausgebildet bzw. verlegbar ist und auch noch nachträglich, d.h. bei einer bereits bestehenden Wärmepumpenanlage zur Anwendung gelangen kann. The invention is therefore based on the object of designing the generic collector of the generic type to eliminate the disadvantages described in industrial prefabrication in such a way that it is not only easy to transport and simple and quick to assemble at low cost, but also saves space with at least the same efficiency is trained or can be installed and also subsequently, ie can be used in an existing heat pump system.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen enthalten. This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1. Advantageous refinements of this are contained in the further claims.

Der erfindungsgemäss ausgestaltete Erdkollektor erbringt unter mehreren Aspekten wesentliche Vorteile. So erlaubt der Umstand, dass er wenigstens ein vorteilhaft vorfabrizierbares Gitterelement in Form gruppenweise zusammengefasster Vorlauf- und Rücklaufrohre enthält, die vorzugsweise aus biegsamem Kunststoff hergestellt und jeweils untereinander durch Distanzhalter im Abstand gehalten sind, vorteilhaft eine in grossem Masstab erfolgende industrielle Vorfertigung des Erdkollektors. Dadurch kann nicht nur der Herstellungs-sowie Transportaufwand reduziert bzw. vereinfacht werden, sondern es ist z.B. auch eine einfache und schnelle Montage des Erdkollektors möglich, da dieser vorort lediglich an seinen vorgesehenen Platz verbracht und mit seinem Vorlauf-sowie Rücklaufverteilerrohr an die Wärmepumpe angeschlossen werden kann. Hierdurch können insgesamt die mit Herstellung und Montage eines solchen Erdkollektors verbundenen Kosten entscheidend reduziert und damit dessen Gesamtwirtschaftlichkeit erhöht werden. The earth collector designed in accordance with the invention provides significant advantages in several respects. The fact that it contains at least one advantageously prefabricatable grid element in the form of grouped supply and return pipes, which are preferably made of flexible plastic and are each spaced apart by spacers, advantageously allows large-scale industrial prefabrication of the earth collector. As a result, not only can the manufacturing and transport costs be reduced or simplified, but it is e.g. simple and quick installation of the earth collector is also possible, since it can only be brought to its intended location on site and connected to the heat pump with its flow and return manifold. As a result, the overall costs associated with the production and assembly of such an earth collector can be decisively reduced and its overall economy increased.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Erdkollektors ist darin zu sehen, dass seine parallel verlaufenden Rohre übereinander vorzugsweise in vertikalem Abstand angeordnet sind, was mit anderen Worten bedeutet, dass der Erdkollektor weitgehend aufrechtstehend zur Anwendung gelangt, was in krassem Gegensatz zu der bisherigen horizontalen Anordnung der bekannten Erdkollektoren steht. Es hat sich nämlich in überraschender, nicht vorhersehbarer Weise und im Gegensatz zur eingangs erwähnten bisherigen Auffassung der Fachwelt gezeigt, dass ein senkrecht bzw. weitgehend aufrechtstehend in der Erde verlegter Erdkollektor im Vergleich zu einem horizontal verlegten Erdkollektor einen wenigstens gleich guten Wirkungsgrad im Hinblick auf den Entzug der als Primärenergie dienenden Wärme aus dem Erdreich und im Hinblick auf die Weitergabe dieser dem Erdreich entzogenen Wärme auf das in den Rohren enthaltene Wärmeübertragungsmedium besitzt. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund dieser Ausbildung und Anordnung des erfindungsgemässen Erdkollektors eine ausserordentlich platzsparende Anwendung, wobei hinzukommt, dass auch bereits bestehende Wärmepumpenanlagen noch nachträglich mit einem solchen Erdkollektor ausgerüstet werden können, da der Aushub eines vertikalen Grabens zur Aufnahme des erfindungsgemässen Erdkollektors selbstverständlich auch bei bereits bestehenden Gartenanlagen und dgl. ohne grössere bzw. ins Gewicht fallende Beschädigung durchgeführt werden kann. Wie leicht ersichtlich, sind hierbei auch die zur Verlegung des Erdkollektors erforderlichen Erdbewegungsarbeiten auf ein Minimum reduziert, so dass auch aus diesem Grund der Kostenfaktor gesenkt bzw. die Wirtschaftlichkeit erhöht wird. Another significant advantage of the earth collector according to the invention can be seen in the fact that its parallel pipes are arranged one above the other preferably at a vertical distance, which means in other words that the earth collector is used largely upright, which is in stark contrast to the previous horizontal arrangement of the known earth collectors. It has been shown in a surprising, unpredictable manner and in contrast to the previous view of the specialist world mentioned at the outset that an earth collector installed vertically or largely upright in the earth has an at least equally good efficiency in relation to a horizontally installed earth collector Withdrawal of the heat serving as primary energy from the ground and with regard to the transfer of this heat extracted from the ground to the heat transfer medium contained in the pipes. In addition, this design and arrangement of the earth collector according to the invention results in an extraordinarily space-saving application, with the fact that already existing heat pump systems can also be retrofitted with such an earth collector, since the excavation of a vertical trench for receiving the earth collector according to the invention is of course also already done existing gardens and the like can be carried out without major or significant damage. As can be easily seen, the earth moving work required to move the earth collector is also reduced to a minimum, so that for this reason the cost factor is reduced and the economy is increased.

Die platzsparende Ausbildung bzw. Anordnung des Erdkollektors gemäss der Erfindung wird vorzugsweise noch weiter dadurch verstärkt, dass der Abstand zwischen den einzelnen übereinander parallel in vertikalem Abstand verlaufenden Rohren ausserordentlich gering ist und maximal etwa das 7fache des Rohraussendurchmessers beträgt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rohre des Erdkollektors einen Aussendurchmesser von 20 mm besitzen, ist hierbei der vertikale Abstand zwischen den Rohren des Gitterelementes zu 80 mm, entsprechend dem Vierfachen des Rohraussendurchmessers, gewählt. The space-saving design or arrangement of the earth collector according to the invention is preferably further increased by the fact that the distance between the individual pipes running parallel and vertically apart is extremely small and is at most about 7 times the pipe outer diameter. In a preferred embodiment, in which the pipes of the earth collector have an outside diameter of 20 mm, the vertical distance between the pipes of the grid element is 80 mm, corresponding to four times the outside pipe diameter.

Bevorzugt ist der Erdkollektor in dem ihn aufnehmenden Erdgraben genau vertikal angeordnet, jedoch kann es auch in Abhängigkeit von den jeweils vorort gegebenen unterschiedlichen Bedingungen sowie unter Berücksichtigung einschlägiger Vorschriften zweckmässig sein, den Erdkollektor leicht geneigt, d.h. in einem Winkel von 10 bis 25° zur Vertikalen, anzuordnen. Dies empfiehlt sich immer dann, wenn der für den Erdkollektor auszuhebende Graben aus Sicherheitsgründen entweder abgestützt oder aber mit einer schräg verlaufenden beidseitigen Böschung versehen werden muss, wobei dann der Graben aus Gründen der Einfachheit mit in einem Winkel von bis zu etwa 25° zur Vertikalen geneigten Wänden versehen und der Erdkollektor an eine dieser Grabenwände angelehnt, d.h. also ebenfalls in einem entsprechenden Winkel geneigt angeordnet wird. In diesem Fall werden die vorzugsweise an ihrem unteren Ende mit einer Spitze versehenen Distanzhalter ins Erdreich geschlagen, um so den Erdkollektor standortmässig zu fixieren. The earth collector is preferably arranged exactly vertically in the earth trench receiving it, but it may also be expedient, depending on the different conditions prevailing on site, and taking into account relevant regulations, that the earth collector is slightly inclined, i.e. to be arranged at an angle of 10 to 25 ° to the vertical. This is recommended whenever the trench to be excavated for the earth collector must either be supported for safety reasons or provided with an inclined slope on both sides, the trench then being inclined at an angle of up to about 25 ° to the vertical for reasons of simplicity Provide walls and the earth collector leaned against one of these trench walls, ie is also inclined at a corresponding angle. In this case, the spacers, which are preferably provided with a tip at their lower end, are hammered into the ground in order to fix the earth collector in place.

Wenn der Erdkollektor aus einem einzigen vorgefertigten Gitterelement mit gruppenweise zusammengefassten Vorlauf* und Rücklaufrohren besteht, reicht es vollständig aus, den zu seiner Aufnahme dienenden Graben mit einer Breite von lediglich etwa 50 cm zu versehen. Gemäss der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Erdkollektor aus zwei gleich ausgebildeten, in horizontalem Abstand zueinander angeordneten Gitterelementen bestehen zu lassen, wobei es dann von Vorteil ist, wenn der horizontale Abstand zwischen den beiden Gitterelementen wenigstens dem 50fachen Rohraus-sendurchmesser entspricht, so dass also beispielsweise bei einem Rohraussendurchmesser von 20 mm die Breite des Grabens etwa 1 m beträgt und die beiden Gitterelemente jeweils an eine Wand des Grabens angelehnt und die Distanzhalterenden in die Erde getrieben werden. If the earth collector consists of a single prefabricated lattice element with flow and return pipes combined in groups, it is sufficient to provide the trench used to accommodate it with a width of only about 50 cm. According to the invention, however, it is also possible to let the earth collector consist of two identically designed grid elements arranged at a horizontal distance from one another, it being advantageous if the horizontal distance between the two grid elements corresponds to at least 50 times the outer tube diameter, so that, for example, with a pipe outer diameter of 20 mm, the width of the trench is approximately 1 m and the two grid elements are each leaned against a wall of the trench and the spacer ends are driven into the ground.

Aus Gründen einer optimalen energietechnischen Ausnutzung der Erdwärme empfiehlt es sich, die das wärmere Medium führende Gruppe der Vorlaufrohre, die am einen Ende des Erdkollektors über ein gemeinsames Umlenkverteilerrohr mit der Gruppe der Rücklaufrohre verbunden ist, unterhalb der Rücklaufrohrgruppe verlaufen zu lassen, For reasons of optimal use of geothermal energy, it is advisable to run the warmer medium leading group of flow pipes, which at one end of the earth collector is connected to the group of return pipes via a common deflection distributor pipe, below the return pipe group.

wobei selbstverständlich je nach den bei der betreffenden Jahreszeit gegebenen Verhältnissen, d.h. den hierbei grundsätzlich unterschiedlichen Wärmegradientverläufen im Erdreich auch eine Umschaltung derart möglich ist, dass die obere Rohrgruppe des Gitterelementes das Vorlaufmedium führt und dementsprechend das Rücklaufmedium die untere Rohrgruppe durchströmt. of course, depending on the conditions prevailing at the respective season, i.e. Given the fundamentally different heat gradient profiles in the ground, it is also possible to switch over in such a way that the upper tube group of the grid element carries the flow medium and, accordingly, the return medium flows through the lower tube group.

Ein weiterer, die Vor- bzw. Endmontage einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Erdkollektors wesentlich vereinfachender Vorteil ergibt sich aufgrund der Ausbildung der erfindungsgemässen Distanzhalter für die Rohre, die aus in horizontalem Abstand zueinander angeordneten versteiften Tragleisten mit hieran auf einer Breitseite in einem dem Abstand zwischen zwei Rohrlängsachsen entsprechenden Abstand vorgesehenen Federklammern bestehen. Da diese mit den Tragleisten einstückig verbunden sind und die Rohre mit Dreipunktberührung umgreifen, können die gesamten Distanzhalter nicht nur ebenfalls vorgefertigt und bei Wunsch auch vormontiert werden, sondern sie beeinträchtigen aufgrund ihrer Dreipunktberührung mit den Another advantage, which greatly simplifies the pre-assembly or final assembly of an embodiment of the earth collector according to the invention, results from the design of the spacers according to the invention for the pipes, which consist of stiffened support strips arranged horizontally at a distance from one another with a broad side at a distance between two longitudinal pipe axes appropriate distance provided spring clips. Since these are connected in one piece to the support strips and encompass the pipes with three-point contact, the entire spacers can not only be prefabricated and pre-assembled if desired, but they also interfere due to their three-point contact with the

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Rohren auch nicht deren jeweiligen Ausgleich in der Wärmedehnung. Um die erforderliche Distanzhalterung der Rohre über deren Länge hinweg zu gewährleisten, hat es sich als vollständig ausreichend erwiesen, wenn der horizontale Abstand zwischen den einzelnen Distanzhaltertragleisten etwa 2 m beträgt. Pipes also do not compensate each other in terms of thermal expansion. In order to ensure the required spacing of the pipes over their length, it has proven to be completely sufficient if the horizontal distance between the individual spacer support strips is approximately 2 m.

In herstellungstechnischer Hinsicht ergeben sich ausserdem weitere Vorteile, wenn die Tragleisten einschliesslich ihrer Federklammern aus biegsamem Kunststoff geformt und durch starre Stützschienen, beispielsweise aus Metall, versteift sind, die profilförmig, insbesondere querschnittlich U-förmig, ausgebildet sind und mit ihren Profilschenkeln die jeweilige Tragleiste beidseits umgreifen. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, die gleichsam in Endloslänge einschliesslich ihrer Federklammern gefertigte Tragleiste je nach den gegebenen Verhältnissen auf die gewünschte Länge zuzuschneiden und in den Hohlquerschnitt der jeweils zugeordneten Stützschiene einzuschieben, worauf dann die gesamte versteifte Distanzhaltertragleiste schnell und einfach mit den Rohren des Erdkollektors verbunden werden kann, indem jeweils die einzelnen Federklammern auf die Rohre aufgeklemmt werden. Selbstverständlich ist hierbei durch eine entsprechende Ausbildung der Federklammern gewährleistet, dass diese die Rohre lediglich mit der erwähnten Dreipunktberührung, und nicht etwa flächig tragend, umgreifen. In terms of manufacturing technology, there are also further advantages if the support strips, including their spring clips, are formed from flexible plastic and stiffened by rigid support rails, for example made of metal, which are profile-shaped, in particular U-shaped, and the respective support strip with their profile legs on both sides reach around. This makes it possible in a simple manner to cut the support bar, which is made in endless length, including its spring clips, to the desired length, depending on the conditions, and to insert it into the hollow cross-section of the associated support rail, whereupon the entire stiffened spacer support bar is quickly and easily connected to the pipes of the Earth collector can be connected by clamping the individual spring clips on the pipes. Of course, a corresponding design of the spring clips ensures that they grip the pipes only with the three-point contact mentioned, and do not support them over a large area.

Aufgrund des Umstandes, dass die Rohre des Erdkollektors, wie schon erwähnt, vorzugsweise aus biegsamem Kunststoffbestehen, ist es darüber hinaus in vorteilhafter Weise noch möglich, das vorgefertigte Gitterelement gleichsam in Form einer Kabelrolle aufgerollt, d.h. also ausserordentlich platzsparend, zur gewünschten Baustelle zu transportieren und erst vorort auszurollen sowie bei Wunsch auch erst vorort auf die gewünschte Länge abzuschneiden. Due to the fact that the pipes of the earth collector, as already mentioned, are preferably made of flexible plastic, it is also advantageously possible for the prefabricated grid element to be rolled up in the form of a cable reel, i.e. So extremely space-saving, to be transported to the desired construction site and only rolled out on site and, if desired, only cut to the desired length on site.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in: The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. This shows in:

Fig. 1 schematisch den aufrechtstehend in einem Erdgraben angeordneten Erdkollektor in perspektivischer Darstellung und Fig. 1 shows schematically the upright arranged in a trench earth collector in perspective and

Fig. 2 im Schnitt gemäss Linie II-II nach Fig. 1 ; Fig. 2 in section along line II-II of Fig. 1;

Fig. 3 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel in Form eines aus zwei Gitterelementen bestehenden Erdkollektors im Querschnitt und Fig. 3 shows a modified embodiment in the form of an earth collector consisting of two grid elements in cross section and

Fig. 4 in Draufsicht; Fig. 4 in plan view;

Fig. 5 schematisch den Erdkollektor in Seitenansicht; Fig. 5 shows schematically the earth collector in side view;

Fig. 6 in perspektivisch auseinandergezogener Darstellung die gesondert ausgebildeten Distanzhalter für die Rohre; 6 is a perspective exploded view of the separately designed spacers for the tubes;

Fig. 7 im Längsschnitt einen ein Rohr mit Dreipunktberührung umgreifenden Distanzhalter und Fig. 7 in longitudinal section a spacer and a pipe with three-point contact

Fig. 8 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Distanzhalter in Form einer einstückig, fortlaufend mit den Federklammern hergestellten Tragleiste mit einer unteren Befestigungsspitze. Fig. 8 shows a modified embodiment of the spacers in the form of a one-piece, continuously produced with the spring clips support bar with a lower mounting tip.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, gelangt der dargestellte Erdkollektor 1 in Verbindung mit einer Wärmepumpe 2 zur Anwendung, die in einem Haus 3 installiert ist und in der üblichen Weise dazu dient, die vom Erdkollektor 1 aufgefangene, als Primärenergie dienende Erdwärme mittels Zufuhr von Sekundärenergie auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, um damit dann beispielsweise die Heizungsanlage 4 des Hauses 3 zu beschicken. As can be seen from FIG. 1, the earth collector 1 shown is used in connection with a heat pump 2, which is installed in a house 3 and, in the usual way, serves to collect the geothermal energy that is collected by the earth collector 1 and serves as primary energy by supplying secondary energy to bring to a higher temperature level, in order to then feed the heating system 4 of the house 3, for example.

Wie insbesondere aus Fig. 1,2 und 5 ersichtlich, besteht der Erdkollektor 1 aus einem vorgefertigten Gitterelement, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus 14 übereinander parallel in geringem vertikalem Abstand verlaufenden biegsamen Kunststoffrohren 5 zusammengesetzt ist, wobei der vertikale Abstand zwischen den einzelnen Rohren 5 10 cm bei einem Rohraussendurchmesser von 2 cm beträgt. As can be seen in particular from FIGS. 1, 2 and 5, the earth collector 1 consists of a prefabricated grid element which, in the exemplary embodiment shown, is composed of 14 flexible plastic pipes 5 running parallel to one another at a small vertical distance, the vertical distance between the individual pipes 5 10 cm with an outer tube diameter of 2 cm.

Die beim dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehenen 14 Rohre 5 des Erdkollektors 1, die sämtlich ein geeignetes Wärmeübertragungsmedium, wie beispielsweise Wasser mit Frostschutzmittel, iführen, sind zu einer Vorlauf- sowie Rücklaufgruppe zusammengefasst, und zwar derart, dass die Gruppe der das Wärmeübertragungsmedium in Richtung des Pfeils a gemäss Fig. 1 führenden Vorlaufrohre 5a unterhalb der Gruppe der das Wärmeübertragungsmedium in Richtung des Pfeils b gemäss Fig. 1 führenden Rücklaufrohre 5b verläuft. The 14 tubes 5 of the earth collector 1 provided in the illustrated embodiment, all of which lead a suitable heat transfer medium, such as water with antifreeze, are combined to form a flow and return group, in such a way that the group of the heat transfer medium in the direction of arrow a 1 leading flow pipes 5a below the group of the heat transfer medium in the direction of arrow b according to FIG. 1 leading return pipes 5b.

Die einzelnen Rohre 5 des Erdkollektors 1 sind untereinander in ihrem vertikalen Abstand durch Distanzhalter 6 gehalten, die ihrerseits in regelmässigem horizontalem Abstand zueinander, beispielsweise in einem Abstand von 2 m, angeordnet sind und mit einer verlängerten Spitze 18 fest ins Erdreich geschlagen werden können. The individual pipes 5 of the earth collector 1 are held at their vertical distance from one another by spacers 6, which in turn are arranged at a regular horizontal distance from one another, for example at a distance of 2 m, and can be firmly hammered into the ground with an extended tip 18.

Um die erforderliche Verbindung zwischen den Vorlaufrohren 5a und den Rücklaufrohren 5b zu erreichen, sind sämtliche Rohre 5 des Erdkollektors 1 mit ihrem einen Ende gemeinsam an ein entsprechend gross dimensioniertes Umlenkverteilerrohr 7 angeschlossen, das in der üblichen Weise nicht näher dargestellte Stutzen zur Verbindung mit den entsprechenden Enden der Rohre 5 aufweist. Demgegenüber sind die anderen Enden der Rohre 5 an jeweils ein entsprechend gross dimensioniertes Verteilerrohr 8 bzw. 9 angeschlossen, und zwar derart, dass die Enden der Vorlaufrohre 5a in das Vorlaufverteilerrohr 8, die Enden der Rücklaufrohre 5b dagegen in das Rücklaufverteilerrohr 9 münden. Wie aus Fig. 1 und 5 ersichtlich, sind sowohl das Umlenkverteilerrohr 7 als auch die Vorlauf- und Rücklaufverteilerrohre 8,9 oberseitig mit einem Entlüftungsrohr 10 versehen. In order to achieve the required connection between the supply pipes 5a and the return pipes 5b, all pipes 5 of the earth collector 1 are connected at one end together to a correspondingly large deflection distributor pipe 7, which is not shown in the usual way for connection to the corresponding connection piece Has ends of the tubes 5. In contrast, the other ends of the pipes 5 are each connected to a correspondingly large-sized distribution pipe 8 or 9, in such a way that the ends of the supply pipes 5a lead into the supply distribution pipe 8, while the ends of the return pipes 5b open into the return distribution pipe 9. As can be seen from FIGS. 1 and 5, both the deflection distributor pipe 7 and the flow and return distributor pipes 8, 9 are provided on the top with a ventilation pipe 10.

Von wesentlicher Bedeutung ist, dass der Erdkollektor 1 weitgehend aufrechtstehend angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist der Erdkollektor 1 bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 mittig in einem Graben 11 entsprechender Tiefe angeordnet, und zwar genau vertikalstehend, wobei es jedoch selbstverständlich auch möglich ist, den Erdkollektor 1 gegen eine der Wände 12 des Grabens 11 zu lehnen, bevor der Graben 11 zugeschüttet wird. Da in diesem Fall die Grabenwände 12 aus Sicherheitsgründen mit einer Böschungsneigung von etwa 10 bis 25° zur Vertikalen versehen wurden, ist dann demgemäss auch der Erdkollektor 1 mit einem entsprechenden Neigungswinkel in der Erde verlegt. Wie schon dargelegt, reicht es bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 vollständig aus, den Graben 11 mit einer mittleren Breite von etwa 50 cm zu versehen, wenn der Aussendurchmesser der Rohre 52 cm beträgt. It is essential that the earth collector 1 is arranged largely upright. For this purpose, in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, the earth collector 1 is arranged in the middle in a trench 11 of a corresponding depth, specifically standing vertically, although it is of course also possible to close the earth collector 1 against one of the walls 12 of the trench 11 lean before the trench 11 is filled up. Since, in this case, the trench walls 12 were provided with a slope of approximately 10 to 25 ° to the vertical for safety reasons, the earth collector 1 is accordingly also laid with a corresponding angle of inclination in the earth. As already explained, in the exemplary embodiment according to FIG. 2 it is entirely sufficient to provide the trench 11 with an average width of approximately 50 cm if the outside diameter of the tubes is 52 cm.

Demgegenüber besteht bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 und 4 der Erdkollektor aus zwei gleich ausgebildeten, in horizontalem Abstand zueinander angeordneten Gitterelementen 1 ', die derart angeordnet sind, dass sie entsprechend dem Böschungswinkel der Seitenwände 12' des Grabens 11 ' in einem Winkel a von 10 bis 25° zur Vertikalen geneigt und jeweils an die Grabenseitenwände 12' angelehnt sind. Die mittlere Breite c des Grabens 11' beträgt hierbei ca. Im bei einem Aussendurchmesser der einzelnen Rohre 5 der Gitterelemente 1 ' von 2 cm, was mit anderen Worten bedeutet, dass die Breite c des Grabens 11' dem 50fachen Rohraussendurchmesser entspricht. In contrast, in the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4, the earth collector consists of two identically designed, horizontally spaced grid elements 1 ', which are arranged such that they correspond to the angle of repose of the side walls 12' of the trench 11 'at an angle a of 10 to 25 ° to the vertical and are each leaning against the trench side walls 12 '. The average width c of the trench 11 'is approximately Im with an outer diameter of the individual tubes 5 of the grid elements 1' of 2 cm, which means in other words that the width c of the trench 11 'corresponds to 50 times the outer tube diameter.

Wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich, weisen die einzelnen Distanzhalter 6 für die Rohre 5 des Erdkollektors 1 bzw. 1 ' Federklammern 13 auf, die aus biegsamem Kunststoff geformt und einstückig mit entsprechenden Tragleisten 14 ausgebildet sind, an denen sie oberseitig mittels eines ausser-mittig angeordneten Fusses 15 vorgesehen sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 weisen die einzelnen, die Federklammern 13 tragenden Tragleisten 14 eine solche s As can be seen from FIGS. 6 and 7, the individual spacers 6 for the pipes 5 of the earth collector 1 and 1 'have spring clips 13, which are formed from flexible plastic and are formed in one piece with corresponding support strips 14, on which they are attached on the top side by means of an except -midly arranged foot 15 are provided. In the exemplary embodiment according to FIG. 6, the individual support strips 14 carrying the spring clips 13 have such a s

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60 60

65 65

5 5

644682 644682

Länge auf, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Federklammern 13 bei aneinandergereihten Tragleisten 14 dem Abstand zwischen zwei Längsachsen benachbarter Erdkollektorrohre 5 entspricht. Die beiden Schenkel jeder Federklammer 13 sind in der aus Fig. 6 und 7 ersichtlichen Weise derart geformt, dass sie jeweils ein Rohr 5 unter Dreipunktberührung umgreifen, wobei, wie aus Fig. 7 ersichtlich, die drei Berührungspunkte d, e und f einerseits an der gemeinsamen inneren Verbindungsstelle der beiden Federklammerschenkel und andererseits jeweils innenseitig an deren oberem freien Ende liegen. Length that the distance between two adjacent spring clips 13 corresponds to the distance between two longitudinal axes of adjacent earth collector tubes 5 when support strips 14 are lined up. The two legs of each spring clip 13 are shaped in the manner shown in FIGS. 6 and 7 in such a way that they each encompass a tube 5 with three-point contact, wherein, as can be seen from FIG. 7, the three points of contact d, e and f on the one hand on the common inner connection point of the two spring clip legs and on the other hand each lie on the inside at their upper free end.

Zur Versteifung der einzelnen biegsamen Tragleisten 14 der Distanzhalter 6 ist eine starre Stützschiene 16, beispielsweise aus Metall oder aber aus entsprechendem starren Kunststoff, vorgesehen, die querschnittlich U-förmig mit zusätzlich nochmals abgebogenen Schenkeln 17 ausgebildet ist und demgemäss die einzelenen Tragleisten 14 dann, wenn diese in den Hohlquerschnitt der Stützschiene 16 eingeschoben sind, in ausreichender Weise versteift. For stiffening the individual flexible support strips 14 of the spacers 6, a rigid support rail 16, for example made of metal or of corresponding rigid plastic, is provided, which is U-shaped in cross section with additionally bent legs 17 and accordingly the individual support strips 14 when these are inserted into the hollow cross section of the support rail 16, stiffened in a sufficient manner.

Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 sind demgegenüber die einzelnen Federklammern 13 der s Distanzhalter 6 gemeinsam einstückig mit einer fortlaufend hergestellten Tragleiste 14' ausgeformt, die dann als Einheit, ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, in den Hohlquerschnitt der starren Stützschiene 16 eingeschoben ist. In contrast, in the modified exemplary embodiment according to FIG. 8, the individual spring clips 13 of the s spacers 6 are formed together in one piece with a continuously produced support strip 14 ', which is then inserted as a unit, similarly to the previously described embodiment, into the hollow cross section of the rigid support rail 16 is.

io Wie aus Fig. 8 ersichtlich, ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Stützschiene an ihrem unteren Ende verlängert und mit einer Spitze 18 versehen, damit die Stützschiene 16 in die Erde gerammt und somit der betreffende Distanzhalter 6 im Erdboden fest verankert werden kann. Auf diese Weise ist 15 gewährleistet, dass der gesamte Erdkollektor 1 auch während der Montage und während des Zuschüttens des Grabens 11 bzw. II' feststeht. As can be seen from FIG. 8, in this exemplary embodiment the support rail is extended at its lower end and provided with a tip 18 so that the support rail 16 is rammed into the ground and the spacer 6 in question can thus be firmly anchored in the ground. In this way, it is ensured that the entire earth collector 1 is also fixed during the assembly and during the filling of the trench 11 or II '.

B B

4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims

644 682 PATENT CLAIMS

1. Earth collector for a heat pump or a recuperative earth cooling system, with a plurality of pipes (5) arranged at a distance from one another and carrying a heat transfer medium and divided into flow and return pipes (5a, 5b), which are connected to distributor pipes (7,8,9) are connected

characterized in that the earth collector is arranged upright and its pipes (5) run parallel one above the other, and that the supply and return pipes (5a, 5b) are combined in groups to form at least one grid element (1,1 '), the supply and return pipes (5a, 5b) are kept at a distance from one another by spacers (6) and are connected at one end to the respectively associated flow or return distributor pipe (8,9) and at the other end jointly to a deflection distributor pipe (7) .

2. Earth collector according to claim 1, characterized in that it is arranged exactly vertically.

3. Earth collector according to claim 1, characterized in that it is arranged inclined at an angle of less than 25 ° to the vertical.

4. earth collector according to one of claims 1 to 3,

characterized in that it consists of two identically designed, horizontally spaced grating elements (1 ').

5. Earth collector according to claim 4, characterized in that the average horizontal distance (c) between the two grid elements (1 ') corresponds to at least 50 times the outer tube diameter.

6. earth collector according to one of claims 1 to 5,

characterized in that the vertical distance between the tubes (5) of the grid element (1,1 ') is a multiple of the tube outer diameter.

7. earth collector according to one of claims 1 to 6,

characterized in that the group of feed pipes (5a) runs below the group of return pipes (5b).

8. earth collector according to one of claims 1 to 7,

characterized in that the spacers (6) for the tubes (5) consist of stiffened support strips (14, 14 ') arranged at a horizontal distance from one another with spring clips (13) provided thereon on a broad side at a distance corresponding to the distance between two tube longitudinal axes, which are connected in one piece to the support strips (14, 14 ') and are designed such that they grip the tubes (5) with three-point contact (d, e, f).

9. Earth collector according to claim 8, characterized in that the horizontal distance between the support strips (14, 14 ') is 2 m.

10. Earth collector according to claim 8 or 9, characterized in that the support strips (14, 14 ') including their spring clips (13) are formed from flexible plastic and are stiffened by rigid support rails (16) which are profi-shaped, in particular cross-sectionally U- Shaped, are formed and with their profile legs (17) encompass the respective support bar (14, 14 ') on both sides.

11. Earth collector according to claim 10, characterized in that the support rails (16) are provided with an elongated tip (18) for fastening in the earth.

12. Earth collector according to one of claims 1 to 11, characterized in that the tubes (5) consist of flexible plastic.