DE10114448A1 - Verwendung von Bohrungen im Erdreich oder im Gebirge für die Wärmenutzung und Sonde zur Verwendung in den Bohrungen - Google Patents

Abstract

Verwendung von für Ver- und Entsorgungszwecke (Stromkabel, Kommunikationstechnikkabel, Trinkwasser- und Abwasserleitungen), für geotechnische Zwecke (Erdanker) oder hydraulische Zwecke (Grundwasserabsenkung, Brunnen, insbesondere Horizontalbrunnen) angelegte Bohrungen oder verlegte Rohre für die Wärmenutzung und Sonden zur Verwendung in den Bohrungen.

Description

Die Erfindung betrifft die Nutzung vom im Erdreich oder im Gebirge zur Ver­ fügung stehenden Temperaturunterschieden zu Heiz- oder Kühlzwecken von Gebäuden oder Einrichtungen.

Die Erschließung geothermischer Energie zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden oder Einrichtungen ist seit langem bekannt. So ist in der DE 19 919 555 C1 ein Verfahren zum Erschließen geothermischer Energien beschrieben, das die Schritte des Vorantreibens einer vollkommen verlaufs­ gesteuerten Bohrung, das Erfassen der Temperatur im umgebenen Bereich sowie die Steuerung des Bohrverlaufs in Abhängigkeit von der Temperatur im Boden umfaßt. Nach Fertigstellen der Bohrung wird ein Wärmetauscher­ rohr in die Bohrung eingebracht. Die Bohrungen können als Sackbohrungen und/oder Schlaufenbohrungen gestaltet sein, die einen Wärmetauscherbe­ reich umfassen, der sich in einem Wärmeherd befindet und ausgehend von einer Zufuhrbohrung jeweils in Richtung der höchsten Umgebungstempera­ tur verläuft. Für die Kreislaufführung des Wärmeträgers können ein Wärme­ tauscherrohr für die Zuleitung von kaltem Wärmeträger und ein paralleles Wärmetauscherrohr für den Rücklauf des Wärmeträgers vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, das Vorlaufrohr zentrisch in einem Rücklaufrohr anzuordnen, wobei Abstandhalter den koaxialen Verlauf des Vorlaufrohres im Rücklaufrohr gewährleisten. Eine umgekehrte Anordnung ist ebenso möglich.

Des weiteren ist es auch möglich, in der in das Erdreich eingebrachten Boh­ rung Bündel von Rohren anzuordnen, die vom Wärmeträger durchströmt werden.

Grundsätzlich werden zum Erschließen geothermischer Energie eigens Boh­ rungen in das Erdreich oder das Gebirge eingebracht, die unterschiedliche Längen aufweisen und in unterschiedliche Tiefen reichen können. Dement­ sprechend ist diese Form der Erschließung geothermischer Energie sehr kostenaufwendig und bei niedrigen Energiekosten unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erschließung geothermischer Energie kostengünstig zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprü­ che.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß Bohrungen in vielfältigster Weise im Erdreich angelegt werden, um immer nur eine einzige Funktion zu erfüllen, z. B. um Gebirgsanker aufzunehmen, um Versorgungs- und Entsor­ gungsleitungen aufzunehmen, um Kabel, beispielsweise Stromkabel oder Kommunkationstechnikkabel zu verlegen, um Brunnenleitungen zu bauen oder z. B. Drainageleitungen zu installieren. Eine Bündelung von Leitungen verschiedener Funktion ist völlig unüblich. Die Erfindung erlaubt es, bereits vorhandene Bohrungen oder verlegte Rohre für die Erschließung geothermi­ sche Energie zu verwenden oder beim Anlegen von Bohrungen für die vor­ genannten Zwecke die Erschließung geothermischer Energie in Verbindung mit den dafür vorgesehenen Funktionen vorzusehen.

Dementsprechend ist es möglich, Bohrungen zur Aufnahme von Wärme aus dem oder zur Abgabe von Wärme an das die Bohrungen umgebende Erd­ reich oder zur Aufnahme von Wärme aus einem oder zur Abgabe von Wärme an ein durch die Bohrungen geführtes fließendes Medium vorsehen. Des weiteren kann auch Wärme von durch die Bohrungen geführten Strom­ kabeln aufgenommen werden. Derartige Stromkabel erwärmen sich so, daß ein Problem mit der Wärmeableitung in die unmittelbare Umgebung verbun­ den ist, so daß hochbelastete Stromkabel häufig mittels eines Kühlmittels gekühlt werden, um eine zu starke Aufheizung des umgebenden Erdreiches zu vermeiden.

Eine Sonde bzw. Sondenleitung zur Verwendung in den vorerwähnten Boh­ rungen kann aus einem als Rohr ausgebildeten Erdanker und wenigstens einem darin angeordneten Rohr kleineren Durchmessers für den Vorlauf eines Wärmeträgers bestehen.

Bei Erdankern derzeit üblich, sie aus hochzugfesten, vergüteten Stählen oder Stahlseilen auszubilden. An den Enden befinden sich Gewinde und am Ankerkopf verspreizende Haltebacken, die sich durch Drehen im Gebirge verspannen sollen. Zudem wird die übrige Ankerstrecke häufig ummörtelt und somit fest mit dem zu sichernden Gebirge verbunden. Es ist indessen technisch kein Problem, derartige Erdanker aus hochfesten Rohren herzu­ stellen, an denen sich außen problemlos Gewinde anbringen lassen. Zwar wird der Außendurchmesser eines solchen Erdankers größer als bei der her­ kömmlichen Bauweise, jedoch wird dies durch den Vorteil aufgewogen, die Erdwärme im zu sichernden Gebirge nutzen zu können. Da viele Wohnge­ bäude an halbsteilen bis steilen Berghängen ohnehin mittels Erdankern gesichert werden müssen (z. B. Bad Uradi, in Mössingen und vielen schwei­ zer Orten), ergibt sich durch die Erfindung eine ideale Kombination von Gebäudesicherung und Beheizung des Gebäudes mit Erdwärme. Auch in Fällen, in denen Felswände dicht hinter Gebäuden durch Anker gesichert werden müssen, oder "vernagelte" Felswände oberhalb von Straßen und/oder Bahntrassen in der Nähe von Gebäuden vorhanden sind, lassen sich die erfindungsgemäß hohlen Erdanker zur gleichzeitigen Erdwärmenut­ zung einsetzen. Von Vorteil ist es, wenn die Transportweite zwischen der Erdwärmequelle und dem zu beheizenden Objekt gering ist.

Kabel der Kommunikationstechnik werden in der Regel in geringer Tiefe durch Kunststoffrohre gezogen, in denen häufig noch genügend Platz ist, um darin noch wenigstens ein paralleles Rohr kleineren Durchmessers für den Vorlauf eines Wärmeträgers anzuordnen. Der Rücklauf kann durch den ver­ bleibenden Raum im Rohr erfolgen, wenn für die Kommunkationstechnikkabel eine Berührung mit dem Wärmeträger bzw. eine Benetzung durch den Wärmeträger unkritisch ist. Andernfalls ist ein zweites Rohr kleineren Durchmessers für den Rücklauf des Wärmeträgers vorteilhaft.

Während bei Verwendung von rohrförmigen Erdankern bzw. Rohren zur Aufnahme von Kommunikationstechnikkabeln Wärme aus dem umgebenden Erdreich oder Gebirge aufgenommen oder dahin abgegeben wird, kann bei Verlegung von Sonden zum Führen eines Wärmeträgers in Bohrungen oder Rohren, die ein fließendes Medium wie Grundwasser, Trinkwasser, Abwas­ ser oder Erdgas oder ein Stromkabel führen, Wärme aus diesem fließenden Medium oder dem Stromkabel aufgenommen und gegebenenfalls auch an das fließende Medium abgegeben werden.

In allen Fällen kann in dem Rohr für Stromkabel, Kommunikationstechnikka­ bel, für die Trinkwasser- und Abwasserleitung, für geotechnische Zwecke oder hydraulische Zwecke entweder ein koaxiales, mittels Abstandhaltern gehaltenes Innenrohr für den Vorlauf vorgesehen sein, so daß ein zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr gebildeter Zwischenraum für den Rück­ lauf des Wärmeträgers dienen kann, oder es können zwei parallele Rohre im Rohr angeordnet sein, von denen eines für den Vorlauf und das andere für den Rücklauf des Wärmeträgers dient.

Einzelheiten derartiger Sonden sind in der DE 199 19 555 C1 beschrieben.

Die den Wärmeträger führenden Rohre können sowohl in vollständig mit bei­ spielsweise Wasser oder Erdgas gefüllten Leitungen, insbesondere Trink­ wasserleitungen und Druckentwässerungsleitungen angeordnet sein, jedoch lassen sich die Sonden auch in dickwandigen, großdimensionierten Gefälle- und Freispiegelleitungen aus Steingut, Beton, Ziegelmauerwerk, Polymer­ beton oder anderen Baustoffen anordnen, wenn die Sonden in einem einge­ bauten Fließprofil am Solbereich der Entwässerungsleitung installiert wer­ den.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer, in der Zeichnung darge­ stellter Ausführungsbeispielen, des näheren erläutert. In der Zeichnung zei­ gen:

Fig. 1 einen als Rohr ausgebildeten Erdanker und ein darin koaxial ange­ ordnetes Vorlaufrohr und

Fig. 2 einen als Rohr ausgebildeten Erdanker mit einem darin angeordneten Vorlaufrohr sowie dazu parallel einem Rücklaufrohr und

Fig. 3 eine Darstellung eines grabenlosen Verlegens von Erdsonden.

Ein Erdankerrohr 1 aus hochfestem Stahl weist zumindest an den Endberei­ chen ein Außengewinde 2 auf, um das Erdankerrohr in Haltebacken am An­ kerkopf schrauben zu können, die sich durch Drehen im Gebirge verspan­ nen. Der aus dem zu sichernden Gebirge austretende Ankerkopf wird mit einer nicht dargestellten Druckplatte versehen, die mittels einer Mutter gegen das Gebirge verspannt wird. Ein koaxiales Innenrohr 3 ist im Erdankerrohr 1 mittels Abstandhaltern 4 geführt, so daß ein Ringraum 5 vorhanden ist. Durch das Innenrohr 3 wird der Vorlauf eines Wärmeträgers bis zu einem Umkehrende geführt und dann durch den Ringraum 5 zurück- und einem in einem Gebäude angeordneten Wärmetauscher zugeführt.

Gemäß Fig. 2 können auch ein Vorlaufrohr 6 sowie parallel dazu ein Rück­ laufrohr 7 im Erdankerrohr 1 angeordnet sein, wenn eine unmittelbare Berüh­ rung des Wärmeträgers mit dem Erdankerrohr 1 vermieden werden soll.

Die Ausführungen zu den Fig. 1 und 2 gelten sinngemäß auch für alle ande­ ren Verwendungen, wenn beispielsweise in einem dem Erdankerrohr 1 entsprechenden Rohr Trinkwasser oder Abwasser, Brunnenwasser oder Grundwasser geführt wird und deren Wärme mittels der darin verlegten Sonden genutzt wird.

Das gleiche gilt für Rohre zur Aufnahme von Stromkabeln und/oder Kommu­ nikationstechnikkabeln.

Bei Wärmeentzug aus fließendem Wasser ist es von Vorteil, darauf zu ach­ ten, daß die Nähe des Gefrierpunktes nicht erreicht wird. Andererseits ist eine Abkühlung des durch das Rohr geführten Wassers um wenige Grad ohne Einfluß auf die nachgeschaltete Wasseraufbereitungstechnik. Dabei ist eine Temperatur von 10°C vorteilhaft. Auch ist dafür zu sorgen, daß die Sonden in Brunnenwasserleitungen und Trinkwasserleitungen keimfrei ein­ gebracht werden.

Bei Nutzung der Erdwärme und/oder der Wärme von Stromkabeln ist es zweckmäßig, das Stromkabel mittels Abstandhaltern koaxial in dem Rohr zu führen und die Erdwärmesonden schlauchförmig oder halbschalenförmig, gegebenenfalls mit einem Zwischenrohr so am Stromkabel entlang zu füh­ ren, daß sich einerseits die Kabelabwärme, andererseits aber auch die Erd­ wärme nutzen lassen. Für die Stromwirtschaft ergibt sich der kostenwirk­ same Vorteil, in bebauten Bereichen, das heißt in Abnehmernähe, ohne gekühlte Kabel auskommen zu können und die Wärme aus den Stromkabeln verkaufen zu können.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie Erdsonden 200 mittels eines Bohrgeräts 100 unterirdisch zu einer Wärmepumpe 300 eines Hauses 400 verlegt sein können.

Claims (13)

1. Verwendung von zu anderen Zwecken angelegten Bohrungen oder ver­ legten Rohren für die Wärmenutzung.

2. Verwendung von für Ver- und Entsorgungszwecke (Stromkabel, Kom­ munikationstechnikkabel, Gasleitungen; Trinkwasser- und Abwasserlei­ tungen) für geotechnische Zwecke (Erdanker (1)) oder hydraulische Zwecke (Grundwasserabsenkung, Brunnen, insbesondere Horizon­ talbrunnen) angelegten Bohrung oder Rohren nach Anspruch 1.

3. Verwendung der Bohrungen oder Rohre nach Anspruch 1 zur Aufnahme von Wärme aus dem oder Abgabe von Wärme an das die Bohrungen oder Rohre umgebende Erdreich.

4. Verwendung der Bohrungen oder Rohre nach Anspruch 1 zur Aufnahme von Wärme aus einem oder Abgabe von Wärme an ein durch die Boh­ rungen oder Rohre geführtes, fließendes Medium.

5. Verwendung der Bohrungen oder Rohre nach Anspruch 1 zur Aufnahme von Wärme von durch die Bohrungen geführten Stromkabeln.

6. Sonde zur Verwendung in den Bohrungen oder Rohren nach Anspruch 3 aus einem als Rohr (1) ausgebildeten Erdanker und wenigstens einem darin angeordneten Rohr (3, 6, 7) kleineren Durchmessers für den Vor­ lauf eine Wärmeträgers

7. Sonde zur Verwendung in den Bohrungen oder Rohren nach Anspruch 3 aus einem Kommunikationstechnikkabel führenden Rohr und wenigstens einem darin angeordneten, zu den Kommunikationstechnikkabeln paral­ lelen Rohr kleineren Durchmessers für den Vorlauf eines Wärmeträgers.

8. Sonde zur Verwendung in den Bohrungen oder Rohren nach Anspruch 4 aus einem ein fließendes Medium wie Grundwasser, Trinkwasser, Abwasser oder Erdgas führenden Rohr und wenigstens einem darin angeordneten Rohr kleineren Durchmessers für den Vorlauf eines Wär­ meträgers.

9. Sonde zur Verwendung in den Bohrungen oder Rohren nach Anspruch 4 aus einem ein Stromkabel führenden Rohr und wenigstens einem darin angeordneten Rohr kleineren Durchmessers für den Vorlauf eines Wär­ meträgers.

10. Sonde nach einem der Ansprüche 6 bis 9 aus einem koaxial im Rohr (1) mittels Abstandhaltern (4) gehaltenen Innenrohr (3) für den Vorlauf und einem Ringraum (5) zwischen dem Innenrohr (3) und dem Rohr (1) für den Rücklauf des Wärmeträgers.

11. Sonde nach einem der Ansprüche 6 bis 9 aus zwei im Rohr (1) angeord­ neten, parallelen Rohren (6, 7) für den Vorlauf und den Rücklauf des Wärmeträgers.

12. Erdanker, gekennzeichnet durch eine rohrförmige Ausgestaltung.

13. Erdanker, gekennzeichnet durch ein Hüllrohr.