DE102008029400A1 - Herstellung und Anwendungsverfahren von Wärmetauscher für Geothermiesonden, Erdwärme- und Gebäudekollektoren - Google Patents

Abstract

Die Oberflächen der Sondenrohre werden zur Verbesserung des Wirkungsgrades durch Längs-, Quer- oder auch durch Gewinderippen mit oder ohne Hinterschnitt vergrößert und dabei der Außendurchmesser sowie das Materialvolumen des Rohrquerschnittes, der bisher verwendeten Rohrmodule beibehalten. Mit der Verformung der Wärmesonden mit Außen- und Innenrippen, bleibt ein stabilisierender Kernquerschnitt der Sonde, zur besseren Aufnahme des hydrostatischen Druckes erhalten. Des Weiteren kann die Erhöhung der Wärmeübertragung, mit der Herstellung der Rohre aus PE- oder GFK-Werkstoffen derart einhergehen, dass eine zusätzliche Verbesserung der Wärmeentzugsleistung aus dem Gebirge mit den soleführenden Sondenrohren, durch Zugaben von nicht korrodierenden Metallfäden, Metallfasern oder mit anderen wärmeleitenden Mitteln als Granulat bei der Herstellung der Rohre, als auch mit dem Verfüllstoff mit Metallfäden der Wärmesonde in der Geothermiebohrung, erreicht werden. Zur Montage der Wärmesonden, werden für begehbare und nicht begehbare Rohre oder Abwassersammler entsprechende Verfahren, zur Wärmegewinnung und Wärmespeicherung beschrieben und vorgeschlagen.

Description

• Oberflächennahe Geothermie, ist die im Erdreich gespeicherte Wärmeenergie. Diese Energie wird durch Sonneneinstrahlung und der Wärme aus dem Erdinnern ständig erneuert.
• Dadurch herrscht z. B. in europäischen Breitengraden, zum Teil in den Teufen von ca. 10 m eine ganzjährige konstante Temperatur von 8 bis 10°C.
• Die dauerhafte Nutzung dieser Energiequelle im Erdreich kann mit dem hier vorgestellten Geothermie-System für Heizsysteme wirtschaftlich gewonnen werden.
• Erdwärmesonden werden nach den geologischen Formationen bis über 100 m senkrecht, oder als Erdkollektoren in eine Tiefe von ca. 1,0 m bis 2,0 m, horizontal in den Boden eingebracht.
• In den Sondenrohren zirkuliert ein Wärmeträgermedium, mit dem die Erdwärme aufgenommen und an die Wärmepumpe abgegeben wird. Diese erhöht mit einem thermodynamischen Vorgang, die aus den Sonden entnommene Temperatur und versorgt damit das Heiz- und Warmwassersystem eines Gebäudes.
• Das Sondenrohr.
• Die Wärmeleitfähigkeit eines Untergrundes wird mit Hilfe von Geothermal-Tests, zur Feststellung des thermischen Bohrlochwiderstandes vorgenommen.
• Dieser ermittelte thermische Bohrlochwiderstand stellt die Wärmeleitfähig keit des Verpressmaterials zwischen der Wärmesonde und dem angebohrten Gebirge dar.
• Nur eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Sondenrohres, mit der Anpassung durch ein homogenes Gefüge mit dem Material der Sondenverpressung in der Geothermie-Bohrung, ermöglicht eine optimale Wärmegewinnung aus wärmeführenden, geologischen Schichten.
• Dieser Wärmeübergang, bedingt durch die vorhandene geothermische Tiefenstufe, wurde bisher mit dem Einsatz von Rohren mit glatten Außen- und Innenflächen vorgenommen, deren Wärmeleitfähigkeit mit dem Durchmesser, der Wandstärke und dem Werkstoff der Sondenrohre, vorgegeben wird.
• Diese Wärmesonden bestehen aus solebeständigen Kunststoffrohren, die jedoch als Wärmeleiter mit der gegebenen Oberfläche, einen schlechten Wirkungsgrad besitzen. Sie werden mit Endstücken am Umlenkpunkt im Bohrlochtiefsten zusammengefasst. Die Sonde wird mit einem Kontergewicht gegen Auftrieb in der Bohrung und nach den Erfordernissen der Geologie mit einem sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnendem Spezialzement, eingebaut.
• Neben der Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit der angebohrten geologischen Schichtungen, liefert der Wärme- und Kältebedarf eines Gebäudes, die Bemessungsgrößen für die Längendimensionierung der geothermischen Sondenbohrungen und damit auch die Baugröße der Wärmepumpe.
• Rohre für Wärmetauscher sind aus der Kraftwerkstechnik bekannt und dienen zum Austausch von Temperaturen.
• Die in diesen Wärmetauschern eingesetzten gezogenen oder gepressten Rohre bestehen aus Stahl, werden auch mit Rippen, für einen besseren Wirkungsgrad ausgeführt und sind für eine Geothermiebohrung als Wärmetauscher nicht geeignet, da normale Stahlrohre korrosionsanfällig, keine Flexibilität besitzen, die zur Minimierung der Einbauzeit, leistungssteigernd und kostensenkend bei der Herstellung von Geothermie-Sonden, für die Beheizung von Gebäuden erforderlich sind.
• Für eine Verbesserung der Geothermischen-Wärmegewinnung, ist es jedoch erforderlich, dass ein erhöhter Wärmeübergang mit der Verbesserung der Wärmeentzugsleistung, mit der in die Bohrung eingeführten Sonde erreicht wird.
• Bei der Verwirklichung dieser gestellten Aufgabe setzt die hier vorgestellte Erfindung an, indem die Oberflächen der Sondenrohre zur Verbesserung des Wirkungsgrades durch Längs- Quer- oder auch durch Gewinderippen oder Verformungen des Querschnittes vergrößert und dabei der Außendurchmesser sowie das Materialvolumen des Rohrquerschnittes, der bisher verwendeten Rohrmodule, beibehalten wird.
• Die Veränderung der äußeren Rohrmodul-Oberfläche korrespondiert derart mit den Verformungen der inneren Oberfläche, dass auch ein stabilisierender Kernquerschnitt des Rohres, zur Aufnahme des hydrostatischen Druckes zur sicheren Montage und Betrieb der Wärmesonde, erhalten bleibt.
• Des weiteren kann die Erhöhung der Wärmeübertragung mit der Herstellung der Rohre aus PE- oder GFK-Werkstoffen derart einhergehen, dass eine zusätzliche Wärmeentzugsleistung aus dem Gebirge mit der soleführenden Erdsonde, durch Zugaben von nicht korrodierenden Metallfasern oder mit anderen Mitteln bei der Herstellung der Rohre, als auch mit dem wärmeleitenden Verfüllstoff der Bohrsonde in der Geothermiebohrung, erreicht wird.
• Eine weitere Steigerung der Wärmeübertragung wird mit einer gesteuerten Verwirbelung der erwärmten äußeren Strömungsschichten, mit den inneren kälteren Schichten des Wärmeträgers, mit gewindeartig angeordneten Übertragungslippen, oder auch mit zusätzlich in Sektionen der Sonde eingesetzten statischen Mischern, die keinen Stau in der Fließgeschwindigkeit des Wärmeträgers verursachen, erreicht.
• Da die Wärmegewinnung von der geothermischen Tiefenstufe abhängig ist, mit der am tiefsten Punkt in einer Bohrung der größte Wärmeübergang gesichert wird, ist es angebracht, dass die wärmegewinnende Sonde nach der Umlenkung des wärmeaufnehmenden Sohlestromes am Fußpunkt im Bohrlochtiefsten, also im aufsteigenden Teilbereich, gegen Wärmeverluste in der Nähe der Erdoberfläche, mit einem zusätzlich aufgeschobenen Rohrmantel für den ausgehenden, wärmeführenden Sondenteil zur Wärmepumpe so isoliert wird, dass ein Wärmeverlust vermieden wird.
• Die auf der Rohrsonde bereits mit der Extrudierung aufgebrachte längs- quer- oder gewindeartig verrippte Oberfläche, wirkt daher im Zusammenhang mit der dadurch ausgebildeten Luftkammer zwischen der Sonde und einem aufgeschobenen Rohrmantel isolierend, der jedoch auch mit anderen Mitteln zu erreichen ist.
• Ebenso werden die Sondenmodule im Strangsystem der Wärmetauscher mit Abstandsklemmen fixiert und im damit gebildeten Rohrstrang so distanziert, dass ein Wärmekurzschluss zwischen den soleführenden Rohrmodulen, verhindert wird.
• Der Wärmetauscher.
• Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein als Erdwärmesonde ausgebildetes Wärmetauscherelement mit höheren Wärmeentzugsleistungen, als das bisher zur Verfügung gestellte PE- oder GFK-Rohr mit der glatten Oberfläche bereit zu stellen, mit dem die Wärmeleitfähigkeit der Sonden wesentlich verbessert und eine kostengünstige Herstellung, durch eine Verformung mit dem gleichen Materialvolumen/m Wärmetauscherrohr der Sondenrohre, erreicht wird.
• Mit der Ausbildung der vergrößerten Oberfläche der Rohrelemente für Wärmetauscher als Erdwärmesonde oder Erdwärmekollektor und mit der Verbesserung der Werkstoffmischung, wird ein höherer Wirkungsgrad der Wärmeentzugsleistungen/lfdm erreicht.
• Ebenso ist die Anwendung dieser Vorteile auch für Fußbodenkollektoren mit niedrigen Vorlauftemperaturen und geringen Fließgeschwindigkeiten von großem wirtschaftlichen Nutzen, die dann in den Gebäuden durch Verwendung von weniger Rohrschleifen, kostengünstiger eingesetzt werden können, da bisher in allen Systemen nur glattwandige Rohre zum Einsatz kommen.
• Sondenrohre zur Wärmerückgewinnung in Abwasser-Rohrsystemen.
• Ein weiteres Verfahren und Anwendung zur Wärmerückgewinnung mit dem Sondenrohr als Wärmetauscher, ergibt sich aus dem Einsatz zur Wärmerückgewinnung in Abwasser-Rohrsystemen.
• Es ist bekannt, dass mindestens 50% der aufgewendeten Versorgungsenergie, in jedem Haushalt zur Herstellung von Warmwasser, mit dem Abwasser ungenutzt den Ein- oder Zweirohrsystemen der Kanalisation zugeleitet wird.
• Mit der hier vorgestellten Erfindung und den verschiedenen Verfahren zur Wärmerückgewinnung mit den zuvor beschriebenen Sondenrohren als Wärmetauscher in der Abwassertechnik, wird ein weiteres, bisher nicht genutztes Energiepotential, als Einsatzfeld zur Beheizung von Wohnungen, erschlossen.
• a.) Wärmerückgewinnung mit nicht begehbaren Abwasserleitungen.
• Die nicht begehbaren Abwasserrohre, als Zuleitungen von den Wohnungen zu den größer dimensionierten Abwasserrohren oder Sammlern, werden in den wärmetragenden Erdschichten verbaut.
• Bei Verwendung dieser Rohre, wird eine vorgefertigte, spiralförmige oder lineare Ummantelung zur Aufnahme der Abwärme, mit den Sondenrohren vorgeschlagen.
• Die Sondenrohre erhalten für den besseren Wärmeaustausch mit dem nicht begehbaren Abwasserrohr, einen abgeflachten, rippenlosen Auflagekontakt, zur flächigen Klebeverbindung mit dem nicht begehbaren Abwasserrohr.
• Die Verbindung der einzelnen Sondenrohre erfolgt bei der Verlegung mit elektrischen Schweißmuffen.
• Die mit diesen sondenummantelten Abwasserrohre erreichte Wärmerückgewinnung, kann zusätzlich von einer installierten Wärmepumpe zur Beheizung eines Hauses aufgenommen werden.
• b.) Wärmerückgewinnung mit begehbaren Abwasserleitungen.
• Die Abwasserrohre, als sogenannte bestehende Sammlersysteme für die Aufnahme der Abwässer aus den nicht begehbaren Zuleitungen, bestehen u. A. aus Zementrohren die in größeren wärmeführenden Erdschichten bis zum Klär werk verlegt werden und sich daher für die Rückgewinnung der Abwässerwärme besonders eignen.
• Eine Montage der Sondenrohre kann, nach dem Verlegen der Großrohre, an der Oberfläche der Rohre, in vorgefertigten und aufgeklebten Halterungen, oder auch nach Fertigstellung der gesamten Sammlerleitung, in dem unteren Halbkreis des begehbaren Rohrquerschnittes, zur Wärmerückgewinnung erfolgen.
• Des weitern ist die Anordnung der Sonden in vorgefertigten Kanälen im Mantel des Abwassersammlers im ges. Querschnitt möglich. In diesen Kanälen werden dann nachträglich, in Längenabschnitten die dünneren Sondenrohre eingeschoben und mit einem Wärmeträgerzement vergossen. In dieser Anordnung der Sonden wird der Rohrquerschnitt des Abwassersammlers nicht verkleinert und die gewonnene Wärme aus den gebildeten Längenabschnitten, von einer Wärmepumpe aufgenommen und als Fernheizung für die anliegenden Wohnquartiere eingesetzt.
• Ebenso ist es wirtschaftlich vorhandene, gemauerte Sammlersysteme in geeigneten Abschnitten, nachträglich mit den Sondenrohren so auszurüsten, dass die verlegten Sondenrohre mit einer wärmeleitfähigen Zementdispersion beschichtet und dann strömungstechnisch, mit einem aufgebrachten Inliner geglättet werden.
• Mit der geringen Dimensionierung der Sondenrohre, einschließlich der erforderlichen Abdeckung mit einem Wärmeträgerzement und Inliner, wird der vorhandene Sammler- bzw. Rohrquerschnitt zur Aufnahme der vorhandenen Abwässer, im Aufnahmevolumen nicht beeinträchtigt.
• Die ersten Versuchsergebnisse der Wärmerückgewinnung aus Abwasserrohren sind nach vorliegenden Ergebnissen, trotz wesentlich teureren Konstruktionen, schon jetzt wirtschaftlich.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohre mit den verschiedenen Anwendungen und Verfahren, sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Der Erfindungsgegenstand ist anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
• 1, den Wärmetauscher im Querschnitt mit Rohrrippen, in hälftiger Darstellung mit Wärmeleitfäden oder Fasern.
• 2, Detail der 1, Wärmetauscher Schnitt mit symmetrischen Rohrrippen.
• 3, Detail der 1, Wärmetauscher im Querschnitt mit gewellten Rohrrippen.
• 4, Detail der 1, Wärmetauscher im Querschnitt mit asymmetrischen Rohrrippen.
• 5, Querschnitt einer Geothermiebohrung mit vier Solesonden, dem Wärmeträger und leitenden Einlagerungen.
• 6, Querschnitt eines Wärmetauschers mit isolierendem Mantelrohr.
• 7, Querschnitt Wärmetauscher mit hinterschnittenen Bogenrippen.
• 8, Querschnitt und Ansicht einer spiralverformten Wärmesonde mit Lamellen.
• 9, Querschnitt und Ansicht eines statischen Spiralmischers.
• 10, Nicht begehbares Abwasserrohr mit Wärmesonden.
• 11, Begehbarer Sammlerquerschnitt, mit inneren Wärmesonden.
• 12, Begehbarer Sammlerquerschnitt, mit äußeren Wärmesonden.
• 13, begehbarer Sammlerquerschnitt, mit verpressten Sondenkanälen.
• 14, den Querschnitt eines Wärmetauschers mit Rohrrippen und abgeflachter Auflage, für die Verwendung mit nicht begehbaren Abflussrohren.
• 1 zeigt den Querschnitt 1 eines Wärmetauschers 2 mit den symmetrisch ausgebildeten Außenrippen 3 des Sondenrohres 4, die mit den symmetrisch angeordneten Innenrippen 5 des Sondenrohres 4 auf den Linien 6 korrespondieren.
• Der linke hälftige Querschnitt 8, zeigt eine Ausführung ohne Wärmeträger 11, der rechte hälftige Querschnitt 9 zeigt einen Wärmetauscher 10 mit dem eingelegten Wärmeträger 11.
• 2 zeigt einen Detailquerschnitt 12, vom Wärmeaustauscher 2 mit den symmetrisch ausgebildeten Außenrippen 3 des Sondenrohres 4, die mit den ebenfalls symmetrisch angeordneten Innenrippen 5 des Sondenrohres 4, auf den Linien 6 korospondieren. Mit der symmetrischen Anordnung der Außen- 3 und Innenrippen 5 wird der umschlossene Kernquerschnitt 7 umschlossen und von den Außen- 3 und Innenrippen 5 nicht durchdrungen.
• Durch die korrespondierende Anordnung der Außen- 3 und Innenrippen 5 wird der belastbare Querschnitt 13 des Wärmetauschers 2, zwischen den Punkten 14 und 15 vergrößert. Mit dem Innendurchmesser 16 und dem Rohrmantel 17, entspricht der Außendurchmesser 18 des Sondenrohres 4, den baugleichen Glattrohren für die Geothermiebohrungen 52.
• 3 zeigt einen Detailquerschnitt 19, vom Wärmeaustauscher 20 mit den symmetrisch ausgebildeten Wellen-Außenrippen 21 des Sondenrohres 22, die mit den ebenfalls symmetrisch angeordneten Wellen-Innenrippen 23 des Sondenrohres 22, auf den Linien 24 korrespondieren. Der mit der symmetrischen Anordnung der Wellen-Außen- 21 und Wellen-Innenrippen 23 umschlossene Kernquerschnitt 25, wird von den korrespondierenden Wellen-Außen- 21 und Wellen-Innenrippen 23 nicht durchdrungen.
• Durch die korrespondierende Anordnung der Wellen-Außen- 21 und Wellen-Innenrippen 23 wird der belastbare Querschnitt 26 des Wärmetauschers 20, zwischen den Punkten 27 und 28 vergrößert. Mit dem Innendurchmesser 29 und dem Rohrmantel 30 entspricht der Außendurchmesser 31 des Sondenrohres 22, den baugleichen Glattrohren für die Geothermiebohrungen 52.
• 4 zeigt einen Detailquerschnitt 32, vom Wärmetauscher 33 mit den asymmetrisch ausgebildeten Außenrippen 34 des Sondenrohres 35, die mit den ebenfalls asymmetrisch angeordneten Innenrippen 36 des Sondenrohres 35, auf den Linien 37 korrespondieren.
• Der mit der asymmetrischen Anordnung der Außen- 34 und Innenrippen 36 umschlossene Kernquerschnitt 38, wird von den korrespondierenden Außen- 34 und Innenrippen 36 nicht durchdrungen.
• Durch die korrespondierende Anordnung der Außen- 34 und Innenrippen 36 wird der belastbare Querschnitt 39 des Wärmetauschers 33, zwischen den Punkten 40 und 41 vergrößert.
• Mit dem Innendurchmesser 42 und dem Rohrmantel 43, entspricht der Außendurchmesser 44 des Sondenrohres 35, den baugleichen Glattrohren für Geothermiebohrungen 52.
• 5 zeigt den beispielhaften Querschnitt 45 einer Wärmesonde 46, bestehend aus 4 Solerohren 47, die mit einem wärmeleitenden Verpressmaterial 48 zur Erhöhung des Wirkungsgrades, bestehend aus geothermischem Material 49, mit Metallfasern 50 oder Metallfäden 51, in einer Geothermiebohrung 52 angereichert wurde. Die einfließende Erdwärme 53 wird von den zur Wärmepumpe führenden Solerohren 54 aufgenommen. Die abgekühlten Solerohre 55 werden in der Geothermiebohrung 52 zu den wärmeführenden Solerohen 54 diagonal in der Wärmesonde 46 angeordnet. Mit distanzierenden, wärmeleitfähigen Sondenklammern 56, werden in der beispielhaften Sondenanordnung 57, die vier Sohlerohre 47 in der Geothermiebohrung 52, zu einer Wärmesonde 46 für eine leichte Montage zusammengefasst.
• 6 zeigt die Isolierung 58 im oberen Erdreich 59, eines zur Wärmepumpe abgehenden, wärmeführenden Sondenrohres 4, 22, 35, 54. Mit einem bei der Montage der wärmeführenden Sondenrohre 4, 22, 35, 54 zusätzlich aufgeschobenen Kunststoffrohr 60, wird durch die äußere Verrippung 3, 21, 34 der Sondenrohre 4, 22, 35, 54 ein isolierendes Luftpolster 61 gebildet, mit dem der zur Wärmepumpe führende Rohrbereich 62, vor Wärmeverlusten geschützt wird.
• 7 zeigt einen Detailquerschnitt 69, vom Wärmeaustauscher 70 mit den angeordneten hinterschnittenen 81 und äußeren Bogenrippen 71 des Sondenrohres 72, die mit den versetzt angeordneten inneren Bogenrippen 73 des Sondenrohres 72, eine Vergrößerung der Rohroberfläche bilden.
• Der mit dieser Anordnung der äußeren- 71 und inneren 73 Bogenrippen umschlossene Kernquerschnitt 74, wird von den versetzt angeordneten Bogenrippen 71 und 73 nicht durchdrungen.
• Mit den Bogenrippen 71 und 73, wird der belastbare Querschnitt 75 des Wärmetauschers 70, zwischen den Punkten 76 und 77 vergrößert und mit dem Innendurchmesser 78 und dem Rohrmantel 79 entspricht der Außendurchmesser 80 den baugleichen Glattrohren für die Geothermiebohrungen 52.
• 8, zeigt Querschnitt und Ansicht einer spiralverformten Wärmesonde 82 in der Form einer in Längsrichtung, gewellten rundgewindeartigen Anordnung mit einer großen Steigung 83, zur Verwirbelung der Strömung des Wärmträger 63 mit den ausgebildeten inneren Lamellen 84 der Wärmesonde 82.
• 9, zeigt Querschnitt und Ansicht eines statischen Spiralmischers 85, der in den Sondensektionen 86, vor der Endmontage zwischen elektrisch beheizten Muffen im Wärmetauscher 2 eingebracht wird. Mit diesem statischen Spiralmischer 85, mit den in den Innenrippen 5 des Wärmetauschers 2 eingreifenden Spiralnocken 87, wird in den verschiedenen Sondensektionen 86 die Verwirbelung der Strömung so angestoßen, dass damit beim Durchsatz der fließenden Solefüllung als Wärmeträger 63, die erwünschte Vermischung der äußeren und inneren Schichten im Wärmetauscher 2 erreicht wird.
• 10, zeigt den Querschnitt eines nicht begehbares Abwasserrohres 88 mit spiralförmig 2, 89, 112 oder linear aufgebrachten Wärmesonden. Das mit den Geothermiesonden 2, 89, 112 vorkonfektionierte Abwasserrohr 88, wird in wärmeführendes Erdreich 90, als Anschlussleitung 91 von Wohnhäusern oder Betriebseinrichtungen verbaut und mit der Wärmepumpe verbunden.
• Der Abstand 92 der spiralförmig aufgebrachten Sonden 2 entspricht einer günstigen Wärmeaufnahme. Die Verbindung der einzelnen Wärmesonden 2 erfolgt mit bewährten elektrischen Schweißmuffen.
• 11, zeigt einen begehbaren Querschnitt eines Abwassersammlers 93 mit innen eingebauten Wärmesonden 2, die mit eingeklebten Systemkonsolen 94 auf Abstand 95 gehalten werden. Mit Bohrungen 96 im Abwassersammler 93 durch den Rohrmantel 97, werden die Anschlüsse der Wärmesonden 2, aus dem Sammlerquerschnitt 93 zu der Wärmepumpe geführt.
• Zur Erhöhung der Wärmerückgewinnung werden alle Sonden 2 in einem Zementbett 98, mit dem Rohrmantel 97 verbunden und zur Erhaltung der Fließgeschwindigkeit mit einem Inliner 99 abgedeckt.
• 12, zeigt den begehbaren Querschnitt eines Abwassersammlers 93, mit äußerer Anordnung 100 der Wärmesonden 2.
• Die Wärmesonden 2 werden mit aufgeklebten Systemkonsolen 101 auf Abstand 102 gehalten und die Anschlüsse 103 für die Versorgung der Wärmesonden 2 mit dem Wärmeträger 63, zur Wärmepumpe abgeführt.
• Eine Wärmerückgewinnung erfolgt durch den Wärmeleitwert des Abwassersammlers 93, der mit Abwässern 104 aufgeheizt, die über den Rohrmantel 105 von den Wärmesonden 2 aufgenommen werden.
• Diese Anordnung von Wärmesonden 2 erlaubt, bei einer Kühlung der Wohnquartiere, gleichzeitig die bessere Aufnahme von überschüssiger Wärme in das Erdreich 90 als Speicherwärme, die dann später je nach Jahreszeit, über die Wärmesonden 2 wieder mit der Wärmepumpe aufgenommen wird.
• 13, zeigt den Querschnitt eines begehbaren Abwassersammlers 106, mit den vorgefertigten Rohrkanälen 107 in dem Rohrmantel 108, in denen nach Montage von bestimmten Rohreinheiten in offener oder geschlossener Bauweise, die Wärmesonden 2, 22, 33 oder 70 in den Rohrkanälen 107 eines Abwassersamm lers 106 mit einer Zementdispersion 109 verpresst werden und über den Rohrmantel 108 die Wärme aus dem Abwasser 104 aufnehmen.
• Mit einer Ringleitung werden die Wärmesonden 2, 22, 33 oder 70, in offengehaltenen Zwischenräumen der Rohreinheiten einbetoniert und mit den Anschlüssen zur Wärmepumpe verbunden.
• 14, zeigt den Querschnitt eines Wärmetauschersystems 111, zur Ausrüstung eines nicht begehbaren Abflussrohres 88 mit abgeflachten Wärmesonden 112, die mit dem glatten Auflagekontakt 113, eine bessere Wärmeaufnahme mit dem Wärmeträger 11 ermöglichen. Die Wärmesonden 112 werden linear oder auch diagonal, mit einem Kontaktkleber 113 aufgebracht und mit den Anschlussrohren zur Wärmepumpe verbunden. Mit den Innen- 114, als auch Außenrippen 115 wird die Erdwärme 90 von dem Wärmeträger 11 aufgenommen.
• Die Ausführung eines Sondenrohres mit geraden Außen- und Innenrippen ist zeichnerisch nicht dargestellt und wird mit den folgenden Ansprüchen gesichert.

1

Querschnitt, Wärmetauscher, zu 2

2

Wärmetauscher, zu 1

3

Außenrippe, symmetrisch, zu 1

4

Sondenrohr, zu 1

5

Innenrippen, zu 1

6

Linien, korrespondierend, zu 1

7

Kernquerschnitt, zu 1

8

Querschnitt, ohne Wärmeleitmittel, zu 2

9

Querschnitt, mit Wärmeleitmittel, zu 2

10

Wärmetauscher, zu 9

11

Wärmeträger, zu 9

12

Detailquerschnitt, zu 2

13

Belastbarer Querschnitt, zu 2

14

Punkt, zu 13

15

Punkt, zu 13

16

Innendurchmesser, zu 2

17

Rohrmantel, zu 2

18

Außendurchmesser, zu 2

19

Detailquerschnitt

20

Wärmetauscher, zu 19

21

Wellen-Außenrippen, zu 19

22

Sondenrohr, zu 19

23

Wellen-Innenrippen, zu 19

24

Linien, korrespondierend, zu 19

25

Kernquerschnitt, zu 19

26

Belastbarer Querschnitt, zu 19

27

Punkt, zu 19

28

Punkt, zu 19

29

Innendurchmesser, zu 19

30

Rohrmantel, zu 19

31

Außendurchmesser, zu 19

32

Detailquerschnitt

33

Wärmetauscher, zu 32

34

Außenrippen, zu 32

35

Sondenrohr, zu 32

36

Innenrippe, asymmetrisch, zu 32

37

Linien, korrespondierend, zu 32

38

Kernquerschnitt, zu 32

39

Belastbarer Querschnitt, zu 32

40

Punkt, zu 39

41

Punkt, zu 39

42

Innendurchmesser, zu 32

43

Rohrmantel, zu 32

44

Außendurchmesser, zu 32

45

Querschnitt, zu 46

46

Wärmesonde, zu 45

47

Sondenrohr, zu 46

48

Verpressmaterial, zu 46

49

Material, geothermisch, zu 46

50

Metallfasern, zu 48

51

Metallfäden, zu 48

52

Geothermiebohrung

53

Erdwärme, zu 46

54

Solerohr, wärmeführend, zu 46

55

Solerohr, abgekühlt, zu 46

56

Sondenklammern, zu 46

57

Sondenanordnung, zu 46

58

Isolierung, zu 47

59

Erdreich, zu 52

60

Isolierrohr, zu 4, 22, 33, 54

61

Luftpolster, zu 4, 22, 33, 54

62

Rohrbereich, aufsteigend, zu 47

63

Solefüllung, Wärmeträger, zu 4, 22, 33, 54

64

Granulat, Wärmeleitmittel, zu 48

65

Wärmeleitgitter, zu 4, 22, 33, 54

66

Sondenmantel, zu 4, 22, 33, 54

67

Sondenabstand, zu 52

68

Gebirge, zu 46

69

Detailquerschnitt, zu 70

70

Wärmetauscher, zu 69

71

Bogenrippen mit Hinterschnitt, außen, zu 70

72

Sondenrohr, zu 70

73

Bogenrippen mit Hinterschnitt, innen, zu 70

74

Kernquerschnitt, zu 72

75

Belastbarer Querschnitt, zu 70

76

Punkt, zu 71

77

Punkt, zu 73

78

Innendurchmesser, zu 70

79

Rohrmantel, zu 70

80

Außendurchmesser, zu 70

81

Hinterschnitt, zu 70

82

Wärmesonde, spiralverformt

83

Steigung, zu 82

84

Lamellen, innen, zu 82

85

Spiralmischer, statisch zu 2

86

Sondensektionen, zu 2

87

Spiralnocke, zu 85

88

Abwasserrohr, nicht begehbar

89

Wärmesonden, spiralförmig/linear, zu 88

90

Erdreich, wärmeführend

91

Anschlussleitung, zu 88

92

Sondenabstand, zu 88

93

Abwassersammler, begehbar mit Innen- oder Außensonden

94

Systemkonsolen, zu 93

95

Abstand, zu 94

96

Bohrungen, zu 93

97

Rohrmantel, zu 93

98

Zementbett, zu 2

99

Inliner, zu 98

100

Sondenanordnung, außen, zu 2

101

Systemkonsolen, zu 2

102

Sondenabstand zu 93

103

Anschluss z. Wärmepumpe

104

Abwässer, zu 93

105

Rohrmantel, zu 93

106

Abwassersammler mit Rohrkanälen

107

Rohrkanäle. Zu 106

108

Rohrmantel, zu 106

109

Zementdispersion, zu 2, 22, 33, 70

110

Kollektoren, zu 1

111

Wärmetauschersystem, zu 88

112

Wärmesonde, abgeflacht, zu 111

113

Kontaktkleber, zu 112

114

Innenrippen, zu 112

115

Außenrippen, zu 112

Claims (25)

1. Wärmetauscher (2, 10, 20, 33, 70, 111) für den horizontalen Einbau als Erdkollektoren (110) oder in vertikaler Lage in Geothermiebohrungen (52) im Erdreich, oder als Heizungskollektoren dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der Sondenrohre (4, 22, 35, 47, 72, 112) durch die Ausbildung der Rohraußen- und/oder Innenfläche mit Längs- Quer- oder Gewinderippen (3, 5, 34, 36) Wellen (21, 23,) bzw. Bogenrippen (71, 73) bei gleichem Durchmesser (18, 31, 44, 80) der Sondenrohre (4, 22, 35, 72, 112) vergrößert wird und zur Erhöhung des Wirkungsgrades dem Werkstoff der Sondenrohre (4, 22, 35, 47, 72, 112) und dem Verpressmaterial (48) wärme leitende Mittel (50, 51, 64) beigemengt werden.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- (3, 21, 34) und Innenrippen (5, 23, 36) so ausgeführt werden, dass diese auf den Linien (6, 24, 37) korrespondierend angeordnet sind.
3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise, die Außenrippen (3, 21, 34, 71) der Teilung der Innenrippen (5, 23, 36, 73) entsprechen.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2, 10, 20, 33, 70) aus GFK-Glasfasern oder PE-Material besteht.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeleitgitter (65) in den Sondenrohren (4, 22, 35) vorgesehen wird.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass Metallfasern (50) oder Metallfäden (51) oder ein Metallgranulat (64) im Sondenmantel (66) vorgesehen werden.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Außenrippen (21, 71) und Innenrippen (23, 73) wellenförmig ausgebildet sind.
8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Sondenrohre (4, 22, 35, 72) quadratisch oder rechteckig nach einem Rastersystem ausgebildet sind.
9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (2, 10, 20, 33, 70) mit wärmeisolierenden Sondenklammern (56) verbunden sind.
10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (67) der Sondenrohre (4, 22, 35, 72, 112) mehr als 100% des Außendurchmessers (18, 31, 44, 80) beträgt.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass ein Kernquerschnitt (7, 25, 38, 74) zwischen den profilierten Außen- (3, 21, 34, 71, 115) und Innenrippen (5, 23, 26, 73, 114) besteht.
12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Wärmetauscherrohren (2, 10, 20, 33, 70, 112) gebildete Wärmesonde (46), flexibel ausgebildet ist.
13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- (3, 21, 34, 71, 115) und oder Innenrippen (5, 23, 36, 73, 114) so bemessen sind, dass sie den Kernquerschnitt (7, 25, 38, 74) nicht beeinträchtigen oder durchdringen.
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass mit den Außenrippen (3, 21, 34, 71) und dem Isolierrohr (60), eine Wärmebrücke zum Gebirge (68) verhindert wird.
15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren- (71) und inneren (73) Bogenrippen mit Hinterschnitt (81) angeordnet werden.
16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren- (71) und inneren- (73) Bogenrippen versetzt oder untereinander angeordnet werden.
17. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung des Wärmeträgers (11) der Wärmesonde (2, 22, 33, 70, 112) mit statischen Spiralmischern (85), die mit den Innenrippen (5) geführt werden, erreicht wird.
18. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass die äußerlich spiralförmig angeordneten Lamellen (84) oder Rippen, mit der inneren Anordnung korospondieren, oder gegenläufig angeordnet sind.
19. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesonde (112) mit einem Auflagekontakt (113) ausgebildet ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Verpressung von Geothermiebohrungen (52) mit Wärmesonden (46) dadurch gekennzeichnet, dass dem Verpressmaterial (48) wärmeleitfähige Mittel beigefügt werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zur Herstellung von Wärmesonden (46) dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und Innenfläche der Wärmetauscher (2, 10, 20, 33, 70, 111) mit Längs- Quer- oder Gewinderippen ausgebildet werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 zur spiral- oder linearförmigen Anordnung der Wärmesonden (46), auf einem begehbaren (93) Abwassersammler, oder nicht begehbaren Abwasserrohr (88).
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22 zur Anordnung der eingebetteten Wärmesonden (46), in einem begehbaren Abwassersammler (93).
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, zur Anordnung der eingebetteten Wärmesonden (46) auf dem Rohrmantel (100) eines begehbaren Abwassersammlers (93), zur Wärmegewinnung und Wärmespeicherung.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, zur Anordnung der Wärmesonden (46) in dem Rohrmantel (100) in vorgefertigten Kanälen (101), die nachträglich mit den eingebrachten Wärmesonden (46) mit einem Wärmeträger (102) verpresst werden.