DE102008004988A1

DE102008004988A1 - Anlage zur Umwelt-Wärmenutzung

Info

Publication number: DE102008004988A1
Application number: DE102008004988A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr. Bayer; Wolfgang Dr. Berger
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2009-07-23
Also published as: DE202008017556U1

Abstract

Bei einer Anlage zur mittelbaren bzw. unspezifischen Umwelt-Wärmenutzung in oberflächennahen Erdleitungen dienen erdverlegte Altleitungen mit innen angeordneten Rohrsonden als Rohrwärmetauscher und sind mit der Vor- und Rücklaufleitung eines externen Wärmetauschers verbunden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Anlage zur mittelbaren bzw. unspezifischen Umwelt-Wärmenutzung unter Verwendung oberflächennaher Altleitungen.
Die in zunehmendem Maße steigenden Kosten für Heizungen mit fossilen Energien der elektrischen Energie und die vielfältigen Grenzen für die Nutzung von Sonnen- und Windenergie haben in neuerer Zeit ein breites Feld für unterschiedliche Verfahren zur Nutzung von Erdwärme eröffnet. Der besondere Nachteil dieser Wärmenutzung besteht jedoch in den hohen Kosten der Erschließung und Nutzung von vertikalen Erdbohrungen zum Betrieb von Wärmepumpen mit Erdwärme.
Dies hat dazu geführt, daß in neuerer Zeit Verfahren zur Nutzung von Abwärme im erdoberflächennahen Bereich in den Vordergrund getreten sind. Dies kann mit Hilfe horizontaler oder auch im Vergleich zur Erdoberfläche mehr oder weniger stark geneigten Erdbohrungen für Wärmetauscherrohre geschehen, die in Blindbohrungen U-förmig oder U-förmig-konzentrisch verlaufen und eine Wärmepumpe mit Warmwasser niedriger Temperatur versorgen.
Schließlich sind auch die verschiedensten Verfahren und Anlagen zur Nutzung der in Abwässern gespeicherten Wärme mit Hilfe einer Wärmepumpe bekannt. Derartige Anlagen zur Nutzung von Abwasserenergie nutzen entweder die im verschmutzten Rohwasser mit einer mittleren Temperatur von 15° gebundene Wärmeenergie mit Hilfe von in den üblichen Abwasserleitungen direkt oder im Bypass verlegten Wärmetauscherrohren. Bekannt sind jedoch auch Anlagen, bei denen die Wärmeenergie dem bereits gereinigten Abwasser in einer Kläranlage mittels Wärmetauschern entzogen wird.
Die Energiegewinnung in Abwasserleitungen erfordert jedoch spezielle im Abwasserkanal eingebaute Wärmetauscher, beispielsweise mit Wärmetauscherrohren ausgestattete Rinnen auf der Sohle eines Abwasserkanals oder auch vorgefertigte und daher teure Kanalrohre mit in der Rohrwandung verlaufenden Wärmetauscherrohren. In gleicher Weise aufwendig sind auch Bypass-Leitungen, in denen sich die Wärmetauscherrohre befinden, weil dies mit der Verwendung von speziellen Bypass-Rohren verbunden ist und deren Installation im allgemeinen von der Erdoberfläche aus geschehen muß.
All diese Systeme zur Nahwärmeversorgung von Gebäuden beruhen auf einer zusätzlichen bzw. gleichzeitigen Nutzung bekannter Abwassersysteme bzw. -leitungen. Sie sind daher zum einen abhängig von dem Wärmeinhalt bzw. der Temperatur und der Menge des ungereinigten oder auch bereits gereinigten Abwassers und erfordern ins besondere auch spezielle, die Abwasserwirtschaft zumindest temporär beeinträchtigende technische Maßnahmen. Hinzu kommt, daß sich bei im ungereinigten Abwasser verlegten Rohr- oder Kanalwärmetauschern auf deren Oberfläche den Wärmeübergang beeinträchtigende Ablagerungen bilden, die ein regelmäßiges Reinigen der mit dem Abwasser in Berührung stehenden Oberflächen erfordern und daher den Wartungsaufwand erheblich erhöhen.
Mit gereinigtem Abwasser aus Kläranlagen betriebene Austauschsysteme erfordern lediglich eine einzige, nicht wärmegedämmte Rohrleitung zwischen der Kläranlage und dem Wärmeaustauscher, während ungereinigtes Abwasser ein Zweirohrsystem erfordert, d. h. ein geschlossener Kreislauf aus einem Vorlaufrohr und einem Rücklaufrohr das Abwassersystem mit dem Wärmetauscher verbindet.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, im erdoberflächenahen Bereich die dort vorhandene Erdwärme unterschiedlicher Herkunft mit verhältnismäßig geringen Investitions- und Betriebskosten zu nutzen.
Die Lösung dieses Problems geschieht mit einer Anlage zur mittelbaren bzw. unspezifischen Umwelt-Wärmenutzung, bei der erdverlegte Altleitungen mit innen angeordneten Rohrsonden als Rohrwärmetauscher mit einem Wärmetauscher verbunden sind.
Dazu bedarf es im wesentlichen nur einer Kopfgrube, von der aus einerseits die Wärmetauscherrohre in das Altrohr verlegt werden und andererseits entsprechende Rohre zu einer Wärmepumpe verlaufen. Die Kosten für eine solche Grube sind minimal, so daß bei einer erfindungsgemäßen Anlage im wesentlichen nur die Kosten für das Verrohren anfallen.
Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß es insbesondere in dicht bebauten, beispielsweise städtischen Regionen eine Vielzahl von nicht mehr benutzten Altleitungen gibt, für deren bloße Existenz manche Stadtverwaltungen Gebühren erheben und/oder die vor einem Befall durch Ratten gesichert werden müssen, da eine Entsorgung praktisch nicht möglich ist. Solche unbenutzten Altrohre erlauben es, den vollen Rohrquerschnitt für die Installation von Rohrsonden zu benutzen oder auch im Falle eines nicht zur Gänze ausgenutzten Querschnitts der Altrohre die Wärmetauscherrohre mit einem thermischen Dämm- bzw. Kopplungsmaterial, beispielsweise aus einem Gemisch von Graphit, Zement und Bentonit zu verfüllen.
Selbst beschädigte Altrohrleitungen erlauben die Installation einer erfindungemäßen Anlage; sie erfordern allenfalls eine Innenreinigung.
Die Altrohre können je nach ihrer Innenbeschaffenheit unmittelbar für die Installation der Wärmetauscherrohre genutzt oder zuvor nach herkömmlichen Verfahren gereinigt und/oder auch an der Innenoberfläche bearbeitet werden, beispielsweise bei Stahlrohren durch Fräsen, Schleifen und Spachteln zum Entfernen von Schweißresten.
Das Verfüllen der mit dem Wärmetauscherrohren ausgestatteten Altleitungen mit Thermodämmaterial bietet keine Schwierigkeiten und kann mit Hilfe eines Schlauchs geschehen, der beim Einbringen der Wärmetauscherrohre mitgeführt und anschließend beim Verfüllen aus der Altleitung sukzessive herausgezogen wird. Die Größe und die Anzahl der Sondenrohre richtet sich nach dem Querschnitt der Altrohre sowie nach dem Raumbedarf für die Sondenrohre, die als Doppelrohrsonden aus einem einseitig geschlossenen Außenrohr und einem am einen Ende offenen Innenrohr oder einem U-förmigen Doppelrohr bestehen können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels für eine oberflächennahe Altleitung des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine verrohrte Altleitung und
2 das freie Ende eines der in 1 dargestellten Wärmetauscherrohrs.
In der Zeichnung ist ein Altrohr 1 dargestellt, das in einer üblichen Tiefe im wesentlichen horizontal, gegebenenfalls auch mit einer Krümmung im Erdreich verlegt ist. In dem Altrohr 1 erstrecken sich mehrere Erdwärmesonden 2, 3, 4, 5 und 6, die jeweils, wie in 2 dargestellt, aus einem Doppelrohr 6, 7 bestehen. Das Außenrohr 6 läuft in einer Spitze 8 aus, während das Innenrohr 7 im Bereich der Spitze 8 des Außenrohrs 6 offen ist. Das Rohrbündel 2, 3, 4, 5, 6 ist in eine nicht dargestellte Bettungsmasse eingebettet. Eine ebenfalls nicht dargestellte Wärmepumpe bildet mit dem Außenrohr 6 und dem Innenrohr 7 einen geschlossenen Kreislauf für das als Wärmeträger dienende Medium, in aller Regel Wasser, eine Sole oder ein Glykolalkohol/Wassergemisch mit geringem Gefrierpunkt, das beispielsweise über das Außenrohr 6 zur Spitze 8 der ebenso wie die Sonde 6 beschaffenen Erdwärmesonden 2, 3, 4, 5 gelangt und von dort durch das Innenrohr 7 zurück zur Wärmepumpe strömt.
Dabei nimmt das Kreislaufwasser Wärme aus dem das Altrohr 1 umgebende Erdreich auf, die es in der Wärmepumpe auf übliche Weise abgibt.
Die Investitionskosten für eine solche Anlage sind äußerst gering; sie ergeben sich im wesentlichen aus der Notwendigkeit einer üblichen Startgrube, über die eine Verbin dung zwischen der Altrohrleitung 1 bzw. den Sondenrohren 2, 3, 4, 5, 6 zu einer Wärmepumpe hergestellt wird. In der Startgrube werden Rohrstücke in handhabbarer Länge zu den Sonden aneinandergeschweißt und schrittweise in das Altrohr eingeschoben, das zuvor noch gereinigt werden kann.

Claims

Anlage zur mittelbaren Umwelt-Wärmenutzung in erdverlegten Altleitungen (1) mit mindestens einer in der Altleitung angeordneten Rohrsonde (4, 5, 6, 7, 8) als Rohrwärmetauscher, die mit einer externen Wärmepumpe verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein einseitig geschlossenes Außenrohr (6, 8) und mindestens ein konzentrisches an einem Ende offenes Innenrohr (7).
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorlauf- und ein Rücklaufrohr U-förmig miteinander verbunden sind.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Altleitung (1) mehrere U-förmige Rohrsonden angeordnet sind.
Verwendung einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Beheizen von Gebäuden.
Verwendung einer erdverlegten Altleitung für den Wärmetausch mit einer Wärmepumpe.