DE102008028488A1

DE102008028488A1 - Erdwärmekollektor

Info

Publication number: DE102008028488A1
Application number: DE102008028488A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Fiedler
Original assignee: F FIEDLER BAUGESELLSCHAFT MBH; FIEDLER BAUGMBH F
Current assignee: F FIEDLER BAUGESELLSCHAFT MBH; FIEDLER BAUGMBH F
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2008-12-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Erdwärmekollektoren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei größtmöglicher Ausbeute an Erdwärme einen Erdwärmekollektor anzubieten, der eine hohe Umweltverträglichkeit aufweist, insbesondere beim Einsatz in Wasserschutzgebieten. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Erdwärmekollektor, umfassend ein Hohlkörpersystem mit Rohranschlussstutzen für die Durchleitung eines fluiden Wärmeträgers, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Hohlkörpersystem vollständig mit einer Kunststoffverkapselung versehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Erdwärmekollektoren.
Erdwärmekollektoren, auch Erdabsorber genannt, sind bekannt. In grober Einteilung unterscheidet man Fundamentabsorber, horizontal angeordnete Rohrschlangen, vertikale Pfähle, die in Betonelemente eingelassene Rohrschlangen aufweisen und vertikale Rohrschlangen, auch Erdsonden genannt.
Die Erdwärmekollektoren werden möglichst im frostfreien Bereich verlegt, das kann z. B. auch der Außenbereich von Kellerwänden sein. Angestrebt wird eine Minimierung der Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträgermedium und Heizmittel, um den Wirkungsgrad der Wärmepumpe zu optimieren, die die Wärme aus dem Erdreich zum Nutzer transportieren soll.
In der DE 102 53 867 werden sogenannte Kapillarrohrmatten beschrieben, die in Beton verlegt werden. Die Stabilisierung dieser Kapillarrohrmatten im Erdreich mittels Beton ist sehr aufwändig und stellt einen größeren Eingriff in das Erdreich dar, was insbesondere auf kleinen Grundstücken, wo eine Energieversorgung mittels Erdwärmepumpen betrieben werden soll, nachteilig sein kann.
In der EP 1 065 451 wird ein graphithaltiges Verfüllmaterial für einen Erdreichwärmeüberträger verwendet. Der Wärmeüberträger ist hier als Erdsonde ausgeführt. Das graphithaltige Verfüllmaterial besteht neben Graphit aus Kalk stein, Zement und Bentonit. Auch diese Mischung stellt für ein Grundstück mit Einfamilienhaus einen nachteiligen Eingriff in das Ökosystem Boden dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei größtmöglicher Ausbeute an Erdwärme einen Erdwärmekollektor anzubieten, der eine hohe Umweltverträglichkeit aufweist, insbesondere beim Einsatz in Wasserschutzgebieten.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Erdwärmekollektor umfassend ein Hohlkörpersystem mit Rohranschlussstutzen für die Durchleitung eines fluiden Wärmeträgers, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Hohlkörpersystem vollständig mit einer Kunststoffverkapselung versehen ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Erdwärmekollektors sieht vor, dass die Hohlkörper des Hohlkörpersystems verschiedene geometrische Formen, wie rohrförmig oder flach ausgebildet, aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet dass, ein einen Wärmeträger aufnehmbares Kapillarrohrsystem in einer Ebene angeordnet ist, dessen Kapillarrohre mit Sammelrohren für den Vor- und Rücklauf verbunden sind, an deren Enden die Rohranschlussstutzen angesetzt sind, die die Weiterführung des Wärmeträgers in die Nutzungsbereiche eines beispielsweise Einfamilienhauses ermöglichen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die Kunststoffverkapselung gut wärmeleitende Füllstoffe.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kunststoffverkapselung Polyurethanschaum und Graphit enthält. Diese Mischung hat sich als außerordentlich umweltfreundlich erwiesen und durch den Gehalt an sogenanntem Leitgraphit erfolgt die Wärmeleitung vom Erdreich in das Kapillarrohrsystem außerordentlich effektiv.
In einer besonders bevorzugten Ausführung enthält der Polyurethanschaum 20 bis 80 Vol.-% Graphit.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Außenflächen der Kunststoffverkapselung mindestens einseitig Oberflächenprofile zur Versteifung und Stabilisierung aufweisen. Die Versteifungen führen zu einer Stabilisierung des Erdwärmekollektors insbesondere beim Einbringen in das Erdreich.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Kunststoffverkapselung so ausgebildet ist, dass die in einer Ebene angeordneten Kapillarrohre und Sammelrohre des Kapillarsystems abstandsmäßig fixiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rohranschlussstutzen der Sammelrohre zusätzlich mit einem Schutzschlauch versehen sind.
Der Erdwärmekollektor weist aufgrund der Kunststoffverkapselung hohe Formstabilität auf, ist wartungsfrei, langlebig, witterungs- und chemisch beständig, dadurch umweltfreundlich. Er gibt keine Schadstoffe ab, ist geschützt gegenüber mechanischer Zerstörung (Wurzeln, tierischer Befall) und beeinträchtigt nicht die Bodenflora und Fauna. Große Wärmeentzugsflächen im Verhältnis zum Wärmeträgerdurchsatz wirken gegen Vereisung.
Die Verkapselung des Kapillarrohrsystems mit mindestens einer Kunststoffschicht ermöglicht es, sehr flache Erdwärmekollektoren herzustellen. Diese erfindungsgemäßen flachen Kollektoren lassen sich montagefreundlich vorteilhafterweise vertikal in das Erdreich einfügen. Insbesondere der nachträgliche, aufgrund einer geringen Dicke und senkrechter Verlegung platzsparende Einbau in das Erdreich ist besonders kostengünstig durchzuführen. Parallele und Reihenverlegung ist möglich.
Die Anschlussstutzen und Rohrmuffen werden durch Verschweißen formschlüssig verbunden. Die Rohranschlussstutzen sind ebenfalls verkapselt. Bei besonderen Belastungen und Anforderungen werden Schutzrohre bzw. Schläuche über die Verbindungsstücke, Verbindungsschläuche und die verkapselten Rohranschlussstutzen gezogen.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel eines flachen kunststoffverkapselten Erdwärmekollektors und einer Zeichnung näher erläutert. Entsprechend der Auswahl einer geometrischen Form des Hohlkörpers sind auch andere Ausführungen des erfindungsgemäßen Erdwärmekollektors von der Erfindung umfasst.
Es zeigen
1 einen Erdwärmekollektor in seitlicher Draufsicht mit Teilschnittdarstellung,
2 einen Längsschnitt des Erdwärmekollektors (vgl. 1) und
3 einen Ausschnitt des Rohranschlussstutzens des Erdwärmekollektors.
In 1 ist in seitlicher Draufsicht ein erfindungsgemäßer Erdwärmekollektor dargestellt. Der Erdwärmekollektor ist vollständig mit einer Kunststoffverkapselung 4 versehen. Durch teilweises Weglassen der Kunststoffverkapselung 4 ist das Innere des Erdwärmekollektors erkennbar. Ein nun sichtbares Kapillarrohrsystem 1 mit Kapillarrohren 2 und Sammelrohren 3 sind mit der Kunststoffverkapselung 4 vollständig umhüllt. An den vier Eckpunkten des Erdwärmekollektors, der eine rechteckige Form aufweist, befinden sich Rohranschlussstutzen 5. Zwei der diagonal gegenüberliegenden Rohranschlussstutzen 5 sind mit einem Stutzenverschluss 5.1 verschlossen. Die beiden weiteren gegenüberliegenden Rohranschlussstutzen 5 dienen der Zuführung bzw. der Abführung des fluiden Wärmeträgers. An den Rohranschlussstutzen 5 erfolgt die Anbindung weiterer Erdwärmekollektoren bzw. der Anschluss von hier nicht näher dargestellten Weiterleitungsrohren oder -schläuchen, die dem Weitertransport des Wärmeträgers zum Nutzer dienen.
Wie aus 2 zu erkennen ist, weist dieser beispielhaft dargestellte Erdwärmekollektor eine extrem flache Form auf, die vorrangig durch die Dicke der Kapillarrohre 2 bzw. der Sammelrohre 3 bestimmt wird. Um die Stabilität dieser flachen Bauweise zu gewährleisten, weist die Kunststoffverkapselung 4 Oberflächenprofile 8 auf, die durch ihre Formgebung eine Stabilisierung des Kollektors ermöglichen. Die Formgebung und die Oberflächenprofilierung 8 des Erdwärmekollektors ist vorteilhafterweise dadurch möglich, dass die Kunststoffverkapselung 4 in flüssiger Form auf das Kapillarrohrsystem 1 aufgebracht und anschließend unter Formung ausgehärtet wird, so dass auf diese Weise die Kunststoffverkapselung 4 mit jedem Hohlkörpersystem 1, 2, 3 vorteilhafterweise möglich ist.
3 zeigt in einer Detailansicht (vgl. 1) einen Rohranschlussstutzen 5, der an einer Stoßkante 5.2 mit einem weiteren Rohranschlussstutzen 5 verbunden ist. Die Rohranschlussstutzen 5 stellen eine Verlängerung der Sammelrohre 3 dar. Die Kunststoffverkapselung 4 bedeckt einen Teil der Rohranschlussstutzen 5. Beide Rohranschlussstutzen 5 sind im Bereich der Stoßkante 5.2 mit einer Rohrmuffe 6 verbunden. Über die beiden verbundenen Rohranschlussstutzen 5 ist ein Schutzschlauch 7 angeordnet. Diese Verbindung ist ebenfalls umweltfreundlich, wartungsfrei und langlebig, da keine metallischen Materialien mit dem Erdreich in Verbindung kommen.

1: Kapillarrohrsystem
2: Kapillarrohr
3: Sammelrohr
4: Kunststoffverkapselung
5: Rohranschlussstutzen
5.1: Stutzenverschluss
5.2: Stoßkante
6: Rohrmuffe
7: Schutzschlauch
8: Oberflächenprofil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10253867 [0004]
- EP 1065451 [0005]

Claims

Erdwärmekollektor umfassend ein Hohlkörpersystem mit Rohranschlussstutzen für die Durchleitung eines fluiden Wärmeträgers, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlkörpersystem (1, 2, 3) vollständig mit einer Kunststoffverkapselung versehen ist.
Erdwärmekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper des Hohlkörpersystems (1, 2, 3) verschiedene geometrische Formen, wie rohrförmig oder flach ausgebildet, aufweisen.
Erdwärmekollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einen Wärmeträger aufnehmbares Kapillarrohrsystem (1) in einer Ebene angeordnet ist, dessen Kapillarrohre (2) mit Sammelrohren (3) für den Vor- und Rücklauf verbunden sind, an deren Enden die Rohranschlussstutzen (5) angesetzt sind.
Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverkapselung (4) gut wärmeleitende Füllstoffe enthält.
Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverkapselung (4) Polyurethanschaum und Graphit enthält.
Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyurethanschaum 20 bis 80 Vol.-% Graphit enthält.
Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen der Kunststoffverkapselung (4) mindestens einseitig Oberflächenprofile (8) zur Versteifung und Stabilisierung aufweisen.
Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverkapselung (4) die in einer Ebene angeordneten Kapillarrohre (2) und Sammelrohre (3) des Kapillarrohrsystems (1) abstandsmäßig fixiert.
Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohranschlussstutzen (5) der Sammelrohre (3) zusätzlich mit einem Schutzschlauch (7) verkapselt sind.