DE102006001169A1 - Verfahren zur Verbesserung der Wärmegewinnung aus der Erdwärme mit Erdwärmetauschern durch die gezielte Versickerung von Wasser - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Wärmegewinnung aus der oberflächennahen Erdwärme mit bekannten Erdwärmetauschereinrichtungen durch die zusätzliche Versickerung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zu diesem Zweck aufgewärmtes Wasser gezielt und kontrolliert unter mehr oder weniger versiegelten Erdoberflächen von Liegenschaften, und Verkehrsflächen zusätzlich versickert, und damit ein leistungsfähigerer nach oben gegenüber der Atmosphäre abgedeckter und nach unten gegenüber dem Erdreich offener Erdwärmespeicher entsteht, der weitestgehend saisonal und vom Wetter unabhängig genutzt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Wärmegewinnung aus der oberflächennahen Erdwärme mit bekannten Erdwärmetauschereinrichtungen durch die zusätzliche Versickerung von Wasser.
  • Sowohl die Wärmegewinnung aus der Erdwärme, als auch die Versickerung von Wasser dienen bekanntermaßen einerseits dem Schutz und Erhalt von natürlichen Ressourcen, andererseits auch der umweltfreundlichen und nachhaltigen Bereitstellung von Wärmeenergie für die moderne Gebäudeklimatisierung.
  • Das Versickern, bzw. der gebremste und diffuse Abfluss von Wasser von der Erdoberfläche in tiefere Bodenschichten bewirkt sowohl die Bewässerung von Pflanzen, als auch die natürliche Regeneration des Grundwassersystems, und ist für Fauna und Flora lebensnotwendig. Jedoch besonders in Siedlungsgebieten wird dieser natürliche Kreislauf durch die bauliche Versieglung der Erdoberfläche immer mehr eingeschränkt. Um diesem entgegen zu wirken, wird vermehrt versucht, über unversiegelte bzw. versickerungsfähige Oberflächen durch entsprechende Einrichtungen zusätzlich Wasser zu versickern.
  • Ähnlich sieht es bei der künftigen Absicherung von Wärmeenergie aus, indem, um fossile Brennstoffe für die Primärenergieerzeugung einzusparen, nicht nur aus umweltrelevanten Überlegungen heraus den regenerativen Energiekonzepten immer mehr der Vorrang eingeräumt wird, wozu auch die Erdwärme gehört.
  • Das Problem bei der Nutzung der Erdwärme ist jedoch, dass sie in den oberflächennahen Bodenschichten zwar nachhaltig und kostenlos, jedoch nur auf einem recht niedrigen Temperaturniveau zur Verfügung steht, und im Vergleich zu anderen Regenerativen aufgrund des riesigen Speichervermögens zwar relativ konstant ist, jedoch über das Jahr hinweg immer noch saisonalen Temperaturschwankungen unterliegt.
  • Dementsprechend haben offene Bodenoberflächen zwar den Vorteil, im Sommer große Mengen an Wärmeenergie über die Sonneneinstrahlung in den Erdboden aufzunehmen, jedoch findet im Winter auch wieder eine relativ schnelle Abkühlung der oberen Bodenschichten statt, indem die im Erdreich gespeicherte Wärme an die kalte Atmosphäre abgegeben wird. Für die Wärmegewinnung sind dies, abgesehen von einem kleinem konstanten Restwärmepotenzial, gegenläufige, d.h. kontraproduktive Verhaltensabläufe, die für eine Wärmenutzung ungünstig sind bzw. die Effektivität mindern. Denn im Sommer, wenn vorzugsweise Kühlung gebraucht wird, ist der Boden mit Wärme aufgeladen, und im Winter, wenn Wärme benötigt wird, hat der Boden sich schon wieder über die Atmosphäre größtenteils abgekühlt.
  • Hinzu kommt, dass die Quellleistung des Erdbodens sehr stark von der Bodenbeschaffenheit und insbesondere seiner Wasserhaltigkeit abhängig ist. Das bedeutet, dass einem wasserhaltigeren Boden mehr Wärme bei gleichzeitiger Regenerierung entzogen werden kann, als einem trockenen Boden. Dieses Problem wurde zumindest teilweise gemäß der Patentschrift DE 3148600 und EP 1455148 der Art gelöst, dass man einem nicht versiegelten Erdboden, in dem in einem wiederverfüllten Graben oder einer Erdmulde Kollektoren horizontal verlegt sind, neben dem natürlich versickernden Wasser zusätzliches Wasser zugeführt oder im Erdboden versickert hat. Damit hat man zwar eine bessere Konditionierung des Bodens für die angesprochene Wärmegewinnung erhalten, jedoch bleibt der Nachteil der saisonalen Temperaturschwankungen, weil weiterhin der Wärmeaustausch mit der Atmosphäre gegeben ist.
  • Betrachtet man im Vergleich dazu die entsprechende Situation im Bereich von überbauten bzw. versiegelten Bodenoberflächen, wird man z.B. unter Gebäuden, Straßen, Gehwegen, und befestigten Plätzen zumeist einen recht trockenen Boden vorfinden, der in dieser Form für die Wärmegewinnung ungeeignet ist, weil das Oberflä chenwasser darauf in entsprechende Rinnen und Kanäle abfließt, sodass dementsprechend hier der Einsatz von insbesondere horizontal in oberflächennahen Bodenschichten verlegten Erdwärmetauschereinrichtungen, sogenannten Kollektoren, bislang nicht als sinnvoll eingestuft wurde. Auch ist man bislang richtigerweise davon ausgegangen, dass, da in diesem Fall die Bodenschichten nicht im offenen Austausch mit der Atmosphäre stehen, nicht genügend Wärmeenergie in diesem Boden für die regenerative Wärmeenergie vorhanden bzw. gespeichert ist, da keine zusätzlich Wärme über die Sonneneinsstrahlung in den Boden eingebracht wird. Dies kann auch dazu führen, dass neben einer ineffektiven Wärmeentzugsleistung die Gefahr besteht, dass die Erdwärmetauscheranlage über kurz oder lang einfriert.
  • Auch der Einsatz von in erdberührten Bodenfundamentplatten und Wänden integrierten Wärmetauschereinrichtungen brachte bislang keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Bei Gründungspfählen sieht die Sache schon positiver aus, jedoch nur wenn sie in tieferen grundwasserführenden Bodenschichten gründen. Dagegen werden Erdwärmesonden bis zu ca. 100 m und mehr abgeteuft, so dass hier fast immer, zumindest teilweise, von vorhandenen grundwassergesättigten Bodenschichten auszugehen ist.
  • Ausgehend von dem vorstehend angegebenen Stand der Technik und der damit verbundenen Problematik, liegt der vorliegenden Erfindung nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, das den Einsatz der Wärmegewinnung aus der oberflächennahen Erdwärme mit bekannten Erdwärmetauschereinrichtungen nicht nur auf die Bereiche der unversiegelten Erdoberflächen beschränkt, sondern auch theoretisch im gesamten Stadtgebiet eingesetzt werden kann, und nicht deren Nachteile aufweist, d.h. im Gegensatz dazu eine saisonal und vom Wetter unabhängigere und konstantere, und damit eine über das ganze Jahr hinweg leistungsfähiger Wärmegewinnung auf relativ hohem Temperaturniveau ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und den weiteren wesentlichen Ausgestaltungen in den Unteransprüchen 2 bis 8 gelöst.
  • Die Idee der Erfindung liegt darin, insbesondere zu diesem Zweck aufgewärmtes Wasser gezielt und kontrolliert unter mehr oder weniger versiegelten Erdoberflächen von Liegenschaften, und Verkehrsflächen zusätzlich zu versickern, und damit ein leistungsfähigerer nach oben gegenüber der Atmosphäre abgedeckter und nach unten gegenüber dem Erdreich offener Erdwärmespeicher entsteht, der weitestgehend saisonal und vom Wetter unabhängig genutzt werden kann.
  • Die bislang nachteiligen Bedingungen von versiegelten Erdoberflächen für die regenerative Wärmegewinnung aus dem darunter befindlichen oberflächennahen Erdreich werden mit diesem Verfahren zum gravierenden Vorteil für diesen Zweck umgewandelt, indem einerseits der dort bislang zumeist für die Wärmegewinnung zu trockene Erdboden durch eine zusätzliche, gezielte und weitestgehend kontrollierte Versickerung von Wasser unter der versiegelten Oberfläche in einer für die Wärmegewinnung geeigneter Weise konditioniert wird, d.h. mehr oder weniger befeuchtet wird. Das hat den großen Vorteil, dass der Erdboden unter der versiegelten Oberfläche zu einem idealen Erdwärmespeicher wird, gerade weil er gegenüber der Atmosphäre abgeschottet ist, und keine Wärme an diese abgibt, aber leider auch keine Sonnenwärme direkt aufnehmen kann. Demnach muss für diesen Erdwärmespeicher eine andere Form der zusätzlichen Energieeinbringung gefunden werden. Und dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das für die zusätzliche Versickerung in diesem Erdboden bestimme Wasser warm ist, sodass neben der natürlich vorhandenen Erdwärme noch städtische Abwärme zugeführt wird. Damit wird bei diesem Verfahren im Gegensatz zur bisherigen Methode, wo Sonnenwärme über die offene Erdoberfläche ins Erdreich eingebracht wurde, die verschlossene Erde unterirdisch mit warmem Wasser versorgt. Dieser dadurch geschaffene Erdwärmespeicher ist nach unten unendlich offen, und kann demnach unendlich viel Wärmeenergie aufnehmen, die dann insbesondere im Winter für die Gebäudeklimatisierung genutzt werden kann. Das zusätzlich versickerte Wasser verleiht dem entsprechenden Erdboden die erforderliche optimale Wärmespeicher- und Leitfähigkeit, und somit den gewünschten optimalen Wärmeaustausch mit den darin verlegten Erdwärmetauschern bei gleichzeitiger Regenerierung. Hinzu kommt, dass die Erdwärmetauscher bekanntermaßen auch zur Kühlung von Gebäuden herangezogen werden können, und in diesem Fall dem Erdboden Kälte entziehen und im Austausch dagegen zusätzliche Wärme diesem zuführen. Somit kann das betreffende Erdreich je nach Bedarf und Jahreszeit als Wärme und/oder Kältespeicher verwendet werden. Das erwärmte Wasser steht nachhaltig zur Verfügung und wird kontinuierlich versickert, sodass der Erdwärmespeicher zusätzlich immer kontinuierlich aufgeladen wird, und demnach die erforderliche Wärmemenge nach Bedarf ganzjährig zur Verfügung stellen kann.
  • Mit diesem Verfahren werden somit optimale Bedingungen für die Wärmegewinnung aus der Erdwärme im Bereich oberflächennaher Bodenschichten insbesondere unter überbauten städtischen Flächen geschaffen, was bisher in dieser fortgeschrittenen Form nicht erkannt wurde. Alle bislang und künftig dafür geeigneten Versickerungssysteme und Erdwärmetauschertechniken können weiterhin eingesetzt werden, und erfahren mit diesem erfinderischen Verfahren, insbesondere was die nicht allzu tief gründenden Systeme betrifft, eine nicht unerhebliche Leistungssteigerung. Auch Erdwärmesonde können zumindest im oberen Sondenbereich, wo bisher die Wärmeentzugsleistung relativ gering war, davon profitieren. Somit können nunmehr ganze Stadtgebiete im Rahmen von vorerst Neubau-, Sanierungs- oder Restrukturierungsmaßnahmen mit einer solchen Wärmegewinnungsverfahren ausgestattet werden. Sicherlich wird es dann zu gegebener Zeit auch die Möglichkeit für eine entsprechende Nachrüstung in vorhandenen Strukturen geben.
  • Die weitere Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens sieht in Anspruch 2 vor, dass das Wasser insbesondere unter Gebäuden, Straßen, und befestigten Freiflächen versickert wird. Damit sind alle überbauten und versiegelten Erdoberflächen städtischer, gewerblicher, und industrieller Ansiedlungen gemeint. Zum Beispiel ist gut vorstellbar, auch bei der Erneuerung von Straßendecken den Straßenunterbau mit diesem Verfahren nachzurüsten.
  • Gemäß Anspruch 3 wird das Wasser über entsprechenden Erdwärmetauschereinrichtungen versickert. Demnach ist davon auszugehen, dass, um den nahezu gesamten Erdraum unter der versiegelten Oberfläche mit Wasser optimal für die Wärmege winnung zu konditionieren, die Versickerung so nah wie möglich unter der versiegelten Erdoberfläche beginnt, und die entsprechenden Erdwärmetauschereinrichtungen darunter verlegt sind. Somit ist gewährleistet, dass durch die kontinuierliche Versickerung des warmen Wasser, dieses sich einerseits durch die Kapillarwirkung nach allen Seiten im Erdreich ausdehnt, und andererseits bei entsprechender Sättigung aufgrund der Schwerkraft auch darin von oben nach unten bewegt, und einen entsprechend großen Erdraum einschließlich der Erdwärmetauschereinrichtungen befeuchtet und zugleich erwärmt. Die Erdwärmetauschereinrichtung kann nun bei Bedarf die Wärme aus ihrer Erdumgebung mittels des in ihr zirkulierenden Kältemittels entziehen, und einer Wärmepumpenanlage zuführen.
  • Anspruch 4 beschreibt in diesem Zusammenhang die vorteilhafte Situation bei gleichzeitigem Vorhandensein eines im Erdreich verlegten Abwasserkanalrohres. Bekanntlich hat das darin fließende Abwasser eine höhere Temperatur als das den Kanal umgebende Erdreich. Demzufolge dient das Kanalrohr als zusätzlicher nachhaltiger Wärmespender für die Erdwärme. Dieser Sachverhalt ist nicht unbedeutend, da gerade in städtischen Strukturen, solche Kanäle nahezu flächendeckend vernetzt unter den Straßenzügen verlegt sind, und ein riesiges horizontales und bislang kaum genutztes Erdwärmetauscher-Heizsystem für die Erdwärme bedeuten. Diese Eigenschaft wird gemäß dem erfinderischen Verfahren nun konsequent genutzt, indem das Wasser über dem Scheitel des Kanals versickert wird, und dabei u.a. automatisch auch den Kanalaußenmantel benetzt, und entsprechend seiner Sättigung an ihm entlang nach unten fließt, bis es früher oder später vom Erdreich aufgenommen wird. Das Wasser nimmt dabei die Wärme aus dem Kanal auf, und gibt sie an die Erde ab, während die Temperatur des Abwassers im Kanal entsprechend abkühlt. Unter diesen Bedingungen ist es vorteilhaft, die Erdwärmetauschereinrichtung unter dem Kanal zu positionieren, um dem unter dem Kanal abtropfenden, noch relativ sehr warmen Wasser auf kürzestem Wege die benötigte Wärme zu entziehen. Es sind aber auch andere Positionierungen möglich. Zum Beispiel können die Erdwärmetauschereinrichtungen bei der Erneuerung von Straßendecken und deren Unterbau nur derart nachgerüstet werden, indem sie zwar unter den Versickerungseinrichtungen, aber über dem Abwasserkanal verlegt werden. Und dies macht auch Sinn, da die Wärme auch im Erdreich immer nach oben zur Erdoberfläche steigt, sich jedoch bei diesem Verfahren unter der versiegelten Oberfläche dann aufstaut, und dort von der Erdwärmetauschereinrichtung aufgenommen werden kann.
  • Gemäß Anspruch 5 ist das Wasser Oberflächenwasser, also Wasser, dass in den wärmeren Jahreszeiten bei entsprechenden Regenereignissen in relativ großen Mengen warm zur Verfügung steht. Dieses Wasser muss nur mit den bekannten Einrichtungen gefasst, gesammelt, gefiltert und der Versickerung zugeführt werden. In kälteren Jahreszeiten muss von diesem Wasser nicht Gebrauch gemacht werden, da noch anderes, unter diesen Umständen besser geeignetes Wasser zur Verfügung steht. Außerdem wird der betreffende Erdraum für diese Zeit schon ausreichend konditioniert sein, und genügend Wärmekapazität gespeichert haben.
  • Gemäß Anspruch 6 wird warmes Abwasser verwendet, dass aus häuslichen, gewerblichen, und/oder industriellen Prozessen stammt, und ganzjährig zumeist aus dezentralen Quellen aus nächster Nähe zur Verfügung steht. Theoretisch kann jeder Nutzer einer solchen Wärmegewinnungsanlage in einer Stadt sein selbst produziertes Abwasser dafür verwenden, wenn es vorher z.B. in einer häuslichen Kleinkläranlage gereinigt wurde.
  • Gemäß Anspruch 7 wird empfohlen, das Wasser vor der Versickerung in einem entsprechend isolierten Behälter zu puffern, weil die zuvor genannten Wässer nur diskontinuierlich zur Verfügung stehen, und eine kontinuierliche Versickerung in zumeist kleineren Mengen über das ganze Jahr gefordert wird. Gemäß Anspruch 8 ist es vorteilhaft, wenn dieser Pufferbehälter in einer modernen Abwasser- und/oder Regenwasseraufbereitungs- und Bewirtschaftungsanlage systematisch eingebunden ist. Solche Anlagen werden vermehrt auf dem Markt angeboten, und dienen der dezentralen Wiederverwendung von Wasser jeglicher Art vor Ort, um sowohl die Wasserverschwendung zu reduzieren und entsprechende Gebühren einzusparen, als auch die Wasserverwendung umweltgerechter zu gestalten.
  • Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen 1 und 2 zeigen das Verfahren der Wärmegewinnung aus der oberflächennahen Erdwärme mit Erdwärmetauschereinrichtungen in Form von horizontal in Schlange verlegten Kollektoren durch die gezielte Versickerung von aufgewärmtem Wasser unter einer Straße über dem Scheitel eines Abwasserkanalrohres. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den geschaffenen Erdwärmespeicher quer zu Straße und dem Abwasserkanalrohr. 2 zeigt den dazugehörigen Zeichnungsschnitt A-A zu 1.
  • Das gewählte Ausführungsbeispiel beschreibt die Anwendung des beanspruchten Verfahrens mit den dafür erforderlichen Einrichtungen unter der versiegelten Erdoberfläche einer Straße 2 mit zwei gegenüberliegenden Gehwegen 1, und mit einem darunter im Erdreich 5 verlegten Abwasserkanalrohr 6. Straßen, Gehwege und Abwasserkanalrohre sind örtliche Bauten, wie sie in allen städtischen Infrastrukturen und ähnlichen Siedlungsformen nahezu flächendeckend vernetzt anzutreffen sind. Das Verfahren kann natürlich auch unter anderen versiegelten bzw. überbauten Flächen, z.B. auch unter Gebäuden angewendet werden. Damit ist an sich schon die erste Voraussetzung für einen perfekten Erdwärmespeicher 5 gegeben, wofür jedoch dann noch erforderlich ist, dass dort befindliche, zumeist bislang trockene Erdreich 5 entsprechend besser für die Wärmespeicherung und Leitung aufzubereiten. Das geschieht gemäß dem beanspruchten Verfahren dadurch, dass aufgewärmtes Wasser W über eine Wasserleitung 3 in das oberflächennahe Erdreich 5 unter der Straße 2 und den Gehwegen 1 eingeleitet, und gezielt und weitestgehend kontrolliert über die angeschlossenen Versickerungseinrichtungen 4 zusätzlich versickert wird. Das aufgewärmte Wasser W kann aus den unterschiedlichsten Quellen stammen. Vorzugweise wird es in der warmen Jahreszeit Oberflächenwasser sein, dass von den von der Sonne aufgeheizten versiegelten Flächen in einer Stadt, wie Hausdächer und Straßen, Gehwegen und Plätzen, entsprechend den Regenereignissen diskontinuierlich abfließt, und vor der Einleitung in die kommunale Kanalisation abgefangen und einem Pufferbehälter zugeleitet wird (hier nicht gezeigt). Genauso gut kann es auch entsprechend gereinigtes Abwasser aus häuslichen, gewerblichen oder industriellen Prozessen sein, das dann auch in der kalten Jahreszeit in entsprechend warmer Form zur Verfügung steht. Selbstverständlich kann es auch überschüssiges erwärmtes Wasser aus anderen regenerativen Wärmerückgewinnungsanlagen, z.B. Sonnenkollektoranlagen sein, die das Erdreich 5 als kostenlosen Wärmespeicher nutzen wollen. Bekanntlich brauchen die meisten regenerativen Energiequellen einen Speicher, um erst damit eine kontinuierliche Energiebereitstellung über einen längeren Zeitraum gewährleisten zu können. Vorzugsweise fließt das Wasser W drucklos, d.h. nur unter hydrostatischem Druck im Gefälle in das Erdreich 5 ein. Dieser Druck kann über eine eingerichtete Wassersäule (nicht gezeigt) bestimmt und nach Bedarf geregelt werden. Selbstverständlich sind hierbei auch Druckleitungen denkbar, wofür jedoch dann zusätzlich eine Pumpe benötigt wird. Der Pufferbehälter (hier nicht gezeigt) ist sehr wichtig, um das diskontinuierlich anfallende Wasser W erst mal aufzufangen, zu sammeln, und dann kontinuierlich in einer entsprechenden Menge weiterzuleiten. Die Wasserleitung 3 und die Versickerungseinrichtungen 4 liegen vorzugsweise so nah wie möglich unter der Straßendecke, um weitestgehend das gesamte Erdreich 5 unter der versiegelten Erdoberfläche für die Wärmegewinnung entsprechend optimal konditionieren zu können. Die Versickerungseinrichtungen 4 bestehen bei dieser Anlage aus fünf entsprechend perforierten Rohren, die in gleichmäßigen Abständen horizontal und parallel nebeneinander verlegt sind. Über die Perforierungen im gesamten Rohrmantel wird das Wasser W gleichmäßig und kontinuierlich in einer bestimmten Bodenschicht verteilt und entsprechend versickert. Es können selbstverständlich auch andere geeignete Konstruktionen für die Wassereinleitung und Versickerung zur Anwendung kommen. Hierfür gibt es schon die verschiedensten Produkte und Systeme auf dem Markt. Das Wasser W wird entsprechend seiner Sättigung der Schwerkraft folgen und vorrangig nach unten sickern, jedoch wird es sich auch durch die Kapillarwirkung nach allen Richtungen mehr oder weniger ausbreiten, und so letztendlich das ganze Erdreich 5 oberhalb und unterhalb der Versickerungseinrichtungen 4 befeuchten. Selbstverständlich müssen die Leitungen in der frostfreien Zone liegen, und dürfen keine anderen Ver- und Entsorgungseinrichtungen behindern. Darunter liegt das Abwasserkanalrohr 6, das nun mit dem Wasser W von oben an seinem kompletten Außenmantel benetzt wird. Das Wasser W wird auch hier neben der Kapillarwirkung entsprechend seiner Sättigung vorrangig daran nach unten fließen, bis es wieder gänzlich vom anliegenden Erdreich 5 aufgenommen worden ist. Das Abwasserkanalrohr 6 hat bekanntlich eine höhere Temperatur als das Erdreich 5, sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem Abwasserkanalrohr 6 und dem Wasser W und dem Erdreich 5 derart stattfindet, dass ersteres sich abkühlt und die beiden letzteren sich erwärmen. Da das warme Abwasser 7 im Abwasserkanalrohr 6 immer wieder nachfließt, wird das Abwasserkanalrohr 6 letztendlich jedoch kaum nennenswert abkühlen, und Wärme nachhaltig in das gesamte Erdreich 5 abstrahlen, und dient somit als ständiger zusätzlicher Heizkörper für die Erdwärme. Und unter dem Abwasserkanalrohr 6 befindet sich in diesem Fall bevorzugt die Erdwärmetauschereinrichtung 8 für die Wärmegewinnung. Gewählt wurden im Erdreich 5 verlegte Kollektorrohre aus Kunststoff, in denen unter Druck ein Kühlmedium zirkuliert, und die über einen Vorlaufanschluss VL und einen Rücklaufanschluss RL mit einer Wärmepumpe (nicht gezeigt) in Verbindung steht. Die in diesem Beispiel gewählte Ausführungsform entspricht weitestgehend konventionellen Erdwärmekollektoranlagen. Es können selbstverständlich für dieses Verfahren auch Varianten davon und andere geeignete Erdwärmetauschereinrichtungen verwendet werden, worauf hier im Einzelnen nicht näher eingegangen werden braucht. Das von oben nach unten sickernde und das Erdreich 5 befeuchtende und das Abwasserkanalrohr 6 benetzende Wasser W wird auch diese Erdwärmetauschereinrichtung 8 passieren, und dann in tiefere Bodenschichten weiterwandern. Hierbei wird dem Wasser W bzw. dem Erdreich bzw. Erdwärmespeicher 5 die Wärme entzogen und über das Kühlmedium an die Wärmepumpe weitergeleitet. Bekanntlich gibt es auch Ausführungen, die unter der Erdwärmetauschereinrichtung 8 eine Art Sperrschicht, z.B. in Form eines Geotextils vorsieht, um das Wasser W in der näheren Umgebung der Kollektorrohre nicht so schnell versickern zu lassen. Damit soll ein effektiverer Wärmetausch ermöglicht werden.
  • Nach den heutigen bautechnischen Möglichkeiten wird dieses Ausführungsbeispiel vorerst nur in der offenen Grabenbauweise installierbar sein, und zwar dann, wenn ein Abwasserkanal neu verlegt wird. Man wird also erst die Erdwärmetauschereinrichtung 8 in der Grabensohle verlegen, und dann in dieser Reihenfolge das Abwasserkanalrohr 6, die Wasserleitung 3, die Versickerungseinrichtungen 4, und die Straßendecke 2 mit den Gehwegen 1 darüber bauen.
  • 1
    Gehweg
    2
    Straße
    3
    Wasserleitung
    4
    Versickerungseinrichtung
    5
    Erdreich/Erdwärmespeicher
    6
    Abwasserkanalrohr
    7
    Abwasser
    8
    Erdwärmetauschereinrichtung
    VL
    Vorlauf-Erdwärmetauschereinrichtung
    RL
    Rücklauf-Erdwärmetauschereinrichtung
    Fließrichtung Wasser

Claims (8)

  1. Verfahren zur Verbesserung der Wärmegewinnung aus der oberflächennahen Erdwärme mit bekannten Erdwärmetauschereinrichtungen durch die zusätzliche Versickerung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zu diesem Zweck aufgewärmtes Wasser gezielt und kontrolliert unter mehr oder weniger versiegelten Erdoberflächen von Liegenschaften, und Verkehrsflächen zusätzlich versickert, und damit ein leistungsfähigerer nach oben gegenüber der Atmosphäre abgedeckter und nach unten gegenüber dem Erdreich offener Erdwärmespeicher entsteht, der weitestgehend saisonal und vom Wetter unabhängig genutzt werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser unter Gebäuden, Straßen, und befestigten Freiflächen versickert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser über entsprechenden Erdwärmetauschereinrichtungen versickert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser über dem Scheitel eines Abwasserkanalrohres versickert wird, und unter anderem insbesondere auch dieses Wasser a. den Außenmantel des Abwasserkanalrohres benetzt, und entsprechend seinem Sättigungsgrad an ihm entlang nach unten sickert, und b. auch die über die Kanalwand zusätzlich in das Erdreich abgegebene Wärmeenergie aufnimmt, und anschließend an eine Erdwärmetauschereinrichtungen abgibt, und c. dabei das Abwasserkanalrohr bzw. das darin transportierte Abwasser kühlt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser Oberflächenwasser ist, das saisonal- bzw. wetterabhängig in entsprechend aufgewärmter Form zur Verfügung steht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser Abwasser ist, das in geeigneter Weise geklärt aus häuslichen, gewerblichen und/oder industriellen Prozessen in entsprechend aufgewärmter Form saisonal- und vom Wetter unabhängig zur Verfügung steht.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser vorher in einen Pufferbehälter fließt, bevor es kontinuierlich im Erdwärmespeicher versickert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Pufferbehälter in den Verfahrensablauf einer Abwasser- und/oder Regenwasseraufbereitungs- und Bewirtschaftungsanlage eingebunden ist.
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