DE10200106B4

DE10200106B4 - Anordnung und Verlegung von Rohrleitungen für einen Erdkollektor in Kombination mit einem Versickerungssystem

Info

Publication number: DE10200106B4
Application number: DE10200106A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Ing. Lindner; Dietrich Dipl.-Ing. Parsiegla; Detlef Reimann; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Adametz; Ludwig Dipl.-Ing. Heinloth; Monika Dipl.-Ing. Maske
Original assignee: Lindner, Lothar
Current assignee: LINDNER, LOTHAR, 04416 MARKKLEEBERG, DE
Priority date: 2002-01-03
Filing date: 2002-01-03
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2022-01-04
Also published as: DE10200106A1

Abstract

Erdkollektor, bestehend aus einen Rohrsystem von horizontal verlaufenden Rohren mit die Enden verbindenden Rohrbögen, sowie einer Zu- und Ab-Leitung des Wärmemediums, mit einer über dem Rohrsystem des Erdkollektors angeordneten Versickerungsanlage, die mit einer Regenwasserentwässerungsanlage verbunden ist und einen Kontroll- und Verteilerschacht aufweist, der mit einem fliesummantelten, diagonal über dem Rohrsystem verlaufenden Drainagerohr (11) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Anordnung und Verlegung von Rohrleitungen für einen Erdkollektor in Kombination mit einem Versickerungssystem und im Zusammenhang mit der Nutzung der Erdwärme durch Wärmepumpen mit dem Ziel, die Kosten sowie den Tiefbauaufwand zu minimieren. Gegenwärtig werden für die Erdwärmenutzung Erdkollektoren aus Kunststoffrohren verwendet, die ein Aufgraben des gesamten Erdreiches entsprechend den Abmessungen des Erdkollektors bis in die frostfreie Tiefe von mindestens 1,2 m erfordern. Dies ist bei bebauten Grundstücken aufgrund vorhandener Terrassen, Baum- und Sträucherbestand nicht immer möglich. Eine Kombination mit einem Versickerungssystem zur Leitungserhöhung durch den Wärmefluss von erwärmten Regenwasser in die Erdschichten ist bisher nicht bekannt.

Bekannt ist eine Lösung wie z.B. ein Erdkollektor für Wärmepumpen in Form eines im Erdreich aufrecht angeordneten länglichen plattenförmigen Wärmetauscherelementes, an dem zur Zu- und Ableitung eines Wärmetauschermediums eine Rohrleitung angebracht ist, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Wärmetauscherelementes erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherelement in seiner Längsrichtung nach unten ins Erdreich getrieben ist ( DE 29 13 333 A1 ). Ein derartig ausgebildeter Erdkollektor ist aus der US 4106 555 bekannt. Das längliche plattenförmige Wärmetauscherelement ist dabei quer im Erdreich angeordnet, wobei die Einbringung in die Erde mit Hilfe von zwei im Abstand der Längsrichtung des Wärmetauschers angebrachten Pfosten mit Führungsschlitzen erfolgt, in denen das Wärmetauscherelement von oben her einsetzbar ist und diese nach unter geschoben werden kann. Diese Lösung bedingt, dass an der Stelle an der das Wärmetauscherelement eingebracht werden soll, vorher entsprechend ausgegraben werden muss. Nach Anschluss der Leitungen wird der Graben wieder verfüllt. Bereiche mit Grundwasser lassen sich so nicht erschließen, allenfalls mit erheblichen Aufwand. Nachteilig ist auch, dass eingegrabene Lösungen schlechter die Wärme leiten als das ursprüngliche kompakte Erdreich. Damit wird der erstrebte Wärmeentzug geringer. Das Eingraben der Wärmetauscherelemente ist aufgrund der notwendigen Tiefbauarbeiten relativ zeit- und kostenaufwendig. In der DE 29 13 333 A1 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Wärmetauscherelement in seiner Längsrichtung durch Einrammen ins Erdreich nach unten getrieben wird. Eine Beschädigung der Grundstücksoberfläche wird dadurch vermieden. Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass die erforderlichen Flächen für übliche Wärmepumpengrößen auch eine große Tiefe verlangen. Eine große Tiefe erfordert stabile Wärmeübertragerbauteile und diese wiederum einen erheblichen Material und Kostenaufwand. Eine Kontrolle evtl. Beschädigungen beim Einrammen durch unterirdische Hindernisse ist nicht möglich und damit kann eine dauerhafte Lösung nicht garantiert werden. Nach dem Stand der Technik löst man diese Probleme besser durch Tiefenbohrungen. Keine Beachtung findet der zu sichernde frostfreie Bereich von Oberkante Erdreich bis – 1,2 m.

In der CH 644682 ist ein Erdkollektor für Wärmepumpen beschrieben,, dessen Kollektorrohre horizontal übereinander im Erdreich verlaufen. An den enden verbinden senkrecht geführte Sammelrohre Die Kollektorrohre untereinander und sorgen für die Zu- und Ableitung des Wärmemediums. Für die Montage des Kollektors sind erhebliche Tiefbauarbeiten erforderlich.

Die DE 30 37 755 A1 beschreibt ein Herstellungsverfahren für Erdkollektoren bei dem Rohre oder Schläuche horizontal, parallel nebeneinander im Erdboden verlegt werden.

Die Rohre und Schläuche werden aus zwei gegenüberliegenden Gräben von ca. 0,8 m Breite mit einem Horizontalbohrgerät o.ä. verlegt. In diesen Gräben verlaufen die Sammelleitungen. Nachteilig wird in DE 36 32 543 der Aufwand für das Bohrverfahren und der ungenügende Kontakt, bedingt durch den größeren Querschnitt der Bohrung gegenüber den Rohren und damit geringeren Wirkungsgrad genannt. Dies ist falsch. Beim Bohren bleibt zwischen Bohrung und eingezogenem Rohr Betonit ein Gemisch aus Tonerde und Wasser, das aushärtet.

In DE 3632543 A1 werden mehrere Schlauchbänder vorzugsweise aus Plaste gleicher oder unterschiedlicher Länge, mit ihrer Breitseite zur Wärmeflussrichtung in beliebigem Abstand nebeneinander verlegt. Diese Schlauchbänder werden in Erde oder sich verfestigende Medien verlegt. Diese Lösung bedingt, dass an der Stelle an der das Wärmetauscherelement eingebracht werden soll, vorher entsprechend ausgegraben werden muss. Eine weitere Lösung, die ein Aufgraben erfordert wird in DE 3913429 A1 beschrieben.

Dort wird ein spiralförmiger Absorber in ein brunnenartiges Erdloch mit einem Durchmesser von 1,5 m und einer tiefe von 10–12 m eingesetzt und dann mit einem Zement- oder Erdschlamm verfüllt. Nachteilig erscheint, dass die den Brunnenabsorber umgebende wärmeabgebende Fläche gering ist gegenüber der eines Flächenabsorbers mit Rohrabständen von ca. 0,5 m.

In der DE 100 08 760 A1 wird eine Lösung beschrieben, bei der auf vier ebenen mit einem vertikalem Abstand von 0,4 m Erdkollektoren in eine vorhandene Baugrube montiert werden. Diese Lösung nutzt überwiegend auf begrenztem Raum Regenwasser, Schmutzwasser, oder Produkte von Biokläranlagen mittels einer Raumzelle mit eingebauter Wärmepumpe kombiniert mit einer Brunnenanlage. Diese Lösung ist für spezielle Anwendungsfälle ist sehr aufwendig und wartungsintensiv und nutzt nur einen geringen Teil der Erdwärme.

Keine der aufgezeigten Lösungen kombiniert jedoch den Erdkollektor mit einem Versickerungssystem, derart, dass einerseits durch die Versickerung Abwasserkosten gespart werden und andererseits die Wärmeausbeute des Erdkollektor durch die Feuchtigkeit erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Erdkollektor für die Nutzung der Erdwärme durch Wärmepumpen in Kombination mit einem Versickerungssystem herzustellen, mit dem Ziel, die Effektivität des Erdkollektors zu erhöhen und die Kosten sowie den Tiefbauaufwand zu minimieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mit der Anordnung des Erdkollektors 1 entsprechend 1, bestehend aus Kunststoffrohren 2, mit Verbindungsbogen 3 in einer Tiefe von min. 1,4 m (frostfrei) neben- und übereinander/versetzt (2), je nach erforderlicher und vorhandener Fläche des Grundstückes durch Durchörterung mittels Bodendurchschlagraketen oder hydraulischen Horizontalbohrverfahren von zwei parallelen Rohrgräben einem Startgraben 4 und einem Zielgraben 5 aus mit den Abmessungen ca. 1 m Breite × 1,4 m Tiefe hergestellt.

Nach Fertigstellung des Erdkollektors 1, vor dem Verfüllen der Rohrgräben, wird im Startgraben 4 und Zielgraben 5 ein bekanntes Versickerungssystem 6, bestehend aus dem Versickerungsrohr 7 in DN 200 bzw. 300 und einem Kontroll- und Verteilerschacht 8 sowie einem Kontroll- und Spülschacht 9, in einer Tiefe von ca. 800 mm über dem Erdkollektor 1 angeordnet. Durch die Kombination in der beschriebenen Anordnung wird einerseits erreicht, daß der Tiefbauaufwand um den Startgraben 4 und Zielgraben 5 vermindert wird und andererseits der Wirkungsgrad durch das Austreten des warmen Regenwasser bezogen auf das Jahr näherungsweise im ersten Drittel des Erdkollektors 1 durch Erhöhen des Feuchtigkeitsgehaltes des Erdreiches erhöht wird.

Gleichzeitig wird durch das Wasser und durch natürliches Setzungsverhalten der Abstand zwischen der Bohrung und dem Kunststoffrohr so minimiert, dass der Wärmeübergang positiv beeinflusst wird.

Durch das Versickerungssystem werden die Abwasserkosten für Regenwasser vom Dach und versiegelten Flächen auf dem Grundstück erheblich reduziert.

Vorteilhafte Ausgestaltunger der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
1: einen Erdkollektor mit einem Versickerungssystem in der Draufsicht und
2: einen Erdkollektor mit zwei Versickerungssystemen.
Der Erdkollektor besteht vorteilhafter Weise aus Kunststoffrohren 2, die endseitig abwechselnd mit Verbindungsbögen 3 verbunden sind und so ein durchlaufendes Rohrsystem bilden. Die Kunststoffrohre 2 werden in einer Tiefe von min. 1,4 m je nach erforderlicher und vorhandener Fläche des Grundstückes nebeneinander oder versetzt übereinander durch Durchörterung mittels Bodendurchschlagraketen oder hydraulischen Horizontalbohrverfahrens in die Erde gebracht. Dafür werden zwei parallele Rohrgräben, ein Startgraben 4 und ein Zielgraben 5, hergestellt. Über Verbindungsleitungen wird der Erdkollektor an eine Wärmepumpe angeschlossen.
Nach Fertigstellung des Erdkollektors und vor dem Verfüllen der Rohrgräben, wird im Startgraben 4 ein Versickerungssystem 6, das mit einer Dachentwässerungsanlage verbunden ist, angeordnet. Dieses besteht aus einem Kontroll- und Verteilerschacht 8 und einem Kontroll- und Spülschacht 9, die jeweils endseitig und außerhalb der Erdkollektoranordnung in dem Startgraben 4 eingebracht sind. Der Kontroll- und Verteilerschacht 8 und der Kontroll- und Spülschacht 9 sind mit einem Versickerungsrohr 7 in DN 200 bzw. 300 verbunden, das in einer Tiefe von ca. 800 mm über dem Erdkollektor liegt. In den Zielgraben 5 ist diagonal zum Kontroll- und Verteilerschacht 8 ein zweiter Kontroll- und Spülschacht 10 eingebracht. Der Kontroll- und Verteilerschacht 8 und der Kontroll- und Spülschacht 10 sind durch ein Drainagerohr 11 verbunden. Das Drainagerohr 11 kann ebenfalls mittels Durchörterung mit Bodendurchschlagraketen oder hydraulischen Horizontalbohrverfahren eingezogen oder im offenen Graben eingebracht werden. Zur besseren Wasserabgabe und zum Schutz vor Verschmutzungen kann das Drainagerohr 11 vliesummantelt sein. Hinter dem Kontroll- und Verteiler schacht 8 ist in dem Drainagerohr 11 ein Absperrorgan 12 angeordnet. Mit dem Absperrorgan 12 kann evtl. kaltes Regenwasser im Winter zurückgehalten werden.
Das anfallende Regenwasser wird in den Kontroll- und Verteilerschacht 8 eingeleitet und einerseits in das Versickerungsrohr 7 im Startgraben 4 und andererseits in das Drainagerohr 11 über dem Erdkollektor geführt. Das Regenwasser versickert sowohl in dem Startgraben 4 als auch über dem Erdkollektor und befeuchtet damit das umliegende Erdreich.
Da der Widerstand beim Versickern im Versickerungsrohr 7 des Startgrabens 4 in der Senkrechten größer ist als in das vliesummantelte Drainagerohre 11, wird das warme Regenwasser entsprechend die Kunststoffrohre 2 des Erdkollektors ständig mit Wasser bzw. Feuchtigkeit umgeben bzw. der gesamte Bereich wird sehr lang feucht gehalten, was den Wärmeübergang wesentlich verbessert.
Das vliesummantelte Drainagerohr 11 kann über die Kontrollschächte und Verteilerschächte 8 gespült werden.
Wie in 2 dargestellt, ist sowohl in dem Startgraben 4 als auch in dem Zielgraben 5 ein Versickerungsystem 6 und ein Versickerungssystem 6' eingebracht. Dies ist dann von Vorteil, wenn neben einer Dachentwässerung auch eine versiegelte Freifläche zu entwässern ist. Das zweite Versickerungssystem 6' besteht aus dem Kontroll- und Spülschacht 10 und einem Kontroll- und Verteilerschacht 13, die ebenfalls mit einem Versickerungsrohr 7 in DN 200 bzw. 300 verbunden sind. Dieses Versickerungssystem 6' kann an oder unter der Freifläche angeordnet sein und das Versickerungssystem 6 ist wiederum mit der Dachentwässerungsanlage verbunden. Die Kontroll- und Verteilerschächte 8 und 13 der beiden Versickerungssysteme 6 und 6' sind mit dem vliesummantelten Drainagerohr 11 verbunden. Über das Drainagerohr 11 kann ein Teil des Regenwassers in das Versickerungssystem 6' abgeleitet werden, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Erdfeuchtigkeit führt.
Nicht dargestellt ist, dass das Regenwasser in einer Regenwasserzisterne gesammelt werden kann. In trockenen Perioden kann dann das Regenwasser über ein Pumpsystem oder ein Dosiersystem dem Versickerungssystem 6 zugeführt werden, so dass eine gleichmäßige Erdfeuchte erzielt werden kann.

2: Kunststoffrohr
3: Verbindungsbogen
4: Startgraben
5: Zielgraben
6: Versickerungssystem
6': Versickerungssystem
7: Versickerungsrohr
8: Kontroll- und Verteilerschacht
9: Kontroll- und Spülschacht
10: Kontroll- und Spülschacht
11: Drainagerohr
12: Absperrorgan
13: Kontroll- und Verteilerschacht

Claims

Erdkollektor, bestehend aus einen Rohrsystem von horizontal verlaufenden Rohren mit die Enden verbindenden Rohrbögen, sowie einer Zu- und Ab-Leitung des Wärmemediums, mit einer über dem Rohrsystem des Erdkollektors angeordneten Versickerungsanlage, die mit einer Regenwasserentwässerungsanlage verbunden ist und einen Kontroll- und Verteilerschacht aufweist, der mit einem fliesummantelten, diagonal über dem Rohrsystem verlaufenden Drainagerohr (11) verbunden ist.
Erdkollektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Versickerungsanlage aus einem Versickerungssystem (6) besteht, das neben dem Kontroll- und Verteilerschacht (8) einem Kontroll- und Spülschacht (9) und ein diese verbindendes Versickerungsrohr (7) aufweist, das in einem Endbereich des Rohrsystems angeordnet ist.
Erdkollektor nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Versickerungsanlage ein zweites in dem anderen Endbereich des Rohrsystems angeordnetes Versickerungssystem (6') aufweist, bestehend aus einem Kontroll- und Verteilerschacht (13), einem Kontroll- und Spülschacht (10) und dem Versickerungsrohr (7).
Erdkollektor nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass das Ver-Sickerungssystem (6) und das Versickerungssystem (6') mit dem Drainagerohr (11) verbunden sind.
Erdkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Versickerungsanlage ein Regenwasserrückhaltebehälter vorgeschaltet ist.