DE102007040436A1

DE102007040436A1 - Grabenkollektor

Info

Publication number: DE102007040436A1
Application number: DE102007040436A
Authority: DE
Inventors: Peter Redmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-26
Filing date: 2007-08-26
Publication date: 2009-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Grabenkollektor für die Übertragung von thermischer Energie im Untergrund, z. B. für den Betrieb in Verbindung mit einer Gebäudeheizung oder Gebäudekühlung, einer Brauchwassererwärmung oder dergleichen. Der Grabenkollektor besteht aus in einem im Erdreich ausgehobenen Graben, in welchem der Wärmeübertragung dienende Rohre verlegt sind. In diesen zirkuliert eine allgemein als Sole bezeichnete Arbeitsflüssigkeit. Die Rohre sind gemäß der Erfindung in eine undurchlässige Folie eingeschlagen. Damit ist im Fall einer Leckage eine Kontamination des Untergrundes mit Sicherheit vermeidbar (Fig. 8).

Description

Die Erfindung betrifft einen Grabenkollektor für die Übertragung von thermischer Energie im Untergrund, z. B. in Verbindung mit einer Gebäudeheizung oder Gebäudekühlung, einer Brauchwassererwärmung oder dergleichen. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Grabenkollektor geeignet für den Betrieb innerhalb einer Wärmepumpenanlage.
Im Prinzip sind Erdkollektoren für die Gewinnung thermischer Energie im Zusammenhang mit einer Wärmepumpenanlage bekannt. Die Wärmepumpe selbst könnte man als Temperaturtransformator bezeichnen, welcher eine eingangsseitige niedrige Temperatur auf eine ausgangsseitige höhere Temperatur transformiert. Dabei entzieht sie mittels eines Primärkreislaufs einer Wärmequelle thermische Energie, wobei die Temperatur dieser Quelle absinkt. In der Praxis erzielen gängige Wärmepumpen auf der Sekundärseite Maximaltemperaturen um die 55°C. Jedoch kann dabei die Temperatur der Wärmequelle insbesondere im Winterhalbjahr ohne weiteres auf Temperaturen unterhalb des Nullpunktes absinken. Daher kommt als flüssiges Arbeitsmedium reines Wasser nicht in Frage, obwohl es sonst wegen seiner völligen Unbedenklichkeit ideal wäre. Zur Lösung dieses Problems ist man gezwungen, eine Arbeitsflüssigkeit mit einem Stockpunkt von deutlich unter 0°C zu benutzen. Früher hat man zu diesem Zweck z. B. Salzwasser verwendet, weshalb heute derartige Flüssigkeiten allgemein als Sole bezeichnet werden. Heutzutage werden Gemische aus einem überwiegenden Anteil an Wasser und einem Mischungspartner benutzt, welche einen gegenüber reinem Wasser abgesenkten Stock- oder Gefrierpunkt besitzen und gleichzeitig möglichst wenig korrosiv, physiologisch unbedenklich und biologisch abbaubar sein sollen. Daneben spielt auch ein günstiger Preis eine Rolle. Bei den momentan hauptsächlich eingesetzten Mischungspartnern handelt es sich entweder um Glykol, oder um Natriumpropionat. Leider sind beide Mischungsfamilien in die Wassergefährdungsklasse 1 eingestuft. Bei einer Leckage des Erdkollektors würde die Arbeitsflüssigkeit austreten und den Untergrund kontaminieren. Von den zuständigen Wasserbehörden werden daher solche Anlagen kritisch gesehen und vor allem in Wassergewinnungsgebieten ihre Genehmigung abgelehnt.
Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines Erdkollektors, welcher ohne Einbußen an thermischer Übertragungsleistung und unter Benutzung herkömmlicher Arbeitsflüssigkeiten im Falle von Leckagen ohne Gefahr der Kontamination des Untergrundes arbeiten sollte.
Außerdem war im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen ein möglichst geringer Mehraufwand gefordert.
Die genannte Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen speziellen, in den Untergrund gebetteten Grabenkollektor gelöst, dessen Kollektorrohre mindestens nach unten und zu den Seiten hin mittels einer undurchlässigen Folie abgedichtet sind. Im Vertikalschnitt zeigt diese Gestaltung einen U-förmigen Verlauf, und ist entsprechend der hochgezogenen Schenkel ohne weiteres in der Lage, selbst bei einem völligen Austritt des flüssigen Arbeitsmediums die anfallende Menge sicher aufzunehmen.
In einer weiter verfeinerten Gestaltungsform wird die undurchlässige Folie überlappend so verklebt oder verschweißt, daß eine völlige Umschließung der Kollektorrohre realisiert ist.
Es wird ferner vorgeschlagen, einen Bereich unterhalb der Folie und zwischen der Folie und den Rohren mit einer Sauberschicht z. B. aus Füllsand aufzuschütten. Dadurch ist eine schädliche Perforation z. B. durch scharfkantige Steine vermeidbar.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Grabenkollektors kann dadurch erweitert werden, daß der Anlage eine Druck- bzw. Leckageüberwachung zugeordnet wird, welche im Störungsfall einen Alarm auslöst. Das flüssige Arbeitsmittel kann dann abgesaugt und das innerhalb des durch die Folie gebildeten Auffangbereiches kontaminierte Volumen der Sauberschicht geborgen und entsorgt werden.
Die Erfindung soll anhand der acht Zeichnungsfiguren näher erläutert werden. Die Figuren zeigen als Ausführungsbeispiel einen Vertikalschnitt durch einen Untergrund in einer mehr oder weniger schematischen Darstellung. Es wurde kein fester Maßstab gewählt. Das Verhältnis von Breite zu Tiefe wurde verkürzt angenommen, um nicht das Blattformat zu sprengen. Übliche Abmessungen sind zum Beispiel Grabentiefen von etwa einem Meter bei Breiten um die 30 Zentimeter. Auch die Anzahl der im Graben verlegten Rohrleitungen ist variabel. Im gezeigten Beispiel wurde eine Rohrleitung in Form einer Haarnadel herangezogen, woraus sich in den Zeichnungfiguren zwei Schnittflächen ergeben. Diese Ausführung ist jedoch nicht zwingend. Zwecks Steigerung der Übertragungsleistung kann eine höhere Anzahl von Rohrsträngen vorteilhaft sein.
1 zeigt einen Untergrund 1, welcher durch Aushub eines Grabens 2 zur Erstellung eines erfindungsgemäßen Grabenkollektors vorbereitet wurde.
In 2 wurde die Sohle des Grabens 2 mit einer Sauberschicht 3 geringer Mächtigkeit angefüllt.
Im Anschluß wurde der Graben 1 oberhalb der Sauberschicht 3 mit einer undurchlässigen Folie 4 ausgekleidet (3).
In 4 wurde die mittels der Folie 4 neu gebildete Bodenfläche mit einer dünnen Sauberschicht 5 bedeckt.
Schließlich wurden nun gemäß 5 die beiden Stränge 6 und 7 eines Kollektorrohres auf der Sauberschicht 5 verlegt.
6 zeigt die Situation nach dem weiteren Auffüllen der Sauberschicht 8. Diese wurde zwecks besserer thermischer Ankopplung z. B. durch Stampfen verdichtet, um Hohlräume um die Rohre 6 und 7 zu vermeiden.
Wie 7 zeigt, werden die Randstreifen der eingelegten Folie 4 umgeklappt. Dabei sind die beiden übereinandergeschlagenen Randstreifen im Überlappungsbereich 9 vorzugsweise miteinander verklebt oder verschweißt.
Zum Schluß stellt 8 den Endstand des erfindungsgemäßen Grabenkollektors nach dem abschließenden Auffüllen mit Erdreich 10 dar.
Die Zeichnungsfiguren machen deutlich, daß der erfindungsgemäße Grabenkollektor mit geringem Aufwand und zu niedrigen Kosten herstellbar ist. Der Schutz des Untergrundes vor einer Kontamination mit problematischen Arbeitsflüssigkeiten ist gewährleistet. Der hiermit zur Verfügung gestellte Grabenkollektor kann gleichermaßen zum Entzug von thermischer Energie z. B. in Verbindung mit einer Wärmepumpe im Winter, als auch zur Einspeisung von Wärmeenergie aus dem Kühlbetrieb einer Wärmepumpe bzw. Überschußenergie z. B. aus Solarkollektoren im Sommer verwendet werden. Dabei ist die thermische Ankopplung an den Untergrund unbeeinträchtigt.

Claims

Grabenkollektor für die Einspeisung bzw. den Entzug thermischer Energie aus dem Untergrund im vorzugsweisen Einsatz als Teil einer Wärmepumpenanlage, bestehend aus in den Untergrund (1) eingebetteten Rohren (6, 7) zum Transport einer Arbeitsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre einzeln oder in Bündeln in einem Graben (2) verlegt und mindestens nach unten hin und beidseitig entlang ihres Verlaufs in eine undurchlässige Folie (4) eingeschlagen sind, um bei einer Leckage der Rohre eine Kontamination des Untergrundes zu verhindern.
Grabenkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie nach oben hin überlappend eingeschlagen ist.
Grabenkollektor gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie im Überlappungsbereich (9) verschweißt oder verklebt ist.
Grabenkollektor gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich zwischen der Folie und den Rohren mindestens partiell mit einer so genannten Sauberschicht befüllt ist.
Grabenkollektor gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Grabensohle eine Sauberschicht zur Auflage der Folie eingebracht ist.