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Es
ist bekannt Wärme
aus Abwasser zu gewinnen und damit beispielsweise Wärmepumpen
für die
Beheizung von Häusern
zu betreiben. Hierzu wird das Abwasser aus den Kanalrohren in Behälter umgeleitet,
in denen Wärmetauscher
vorgesehen sind. Da dies einen erheblichen Aufwand erfordert sind Systeme
entwickelt worden, bei denen der Wärmetausch über in die Abwasserleitung
eingesetzte Wärmetauscher
stattfindet, indem Rohrleitungen für den Wärmetausch in den vorhandenen
Abwasserkanal eingeschoben werden. Dies führt jedoch zu einer Verringerung
des Kanalquerschnitts und einer Behinderung des Abwassers mit der
Gefahr von Stauungen und Schmutzablagerungen.
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In
der
DE 10 2006
021 212 A1 ist ein System beschrieben, bei dem eine Verrohrung
zur Wärmerückgewinnung
in dem Abwasserkanal vorgesehen ist, ohne dass dies den Querschnitt
des Abwasserkanals verringert. Der Lösungsversuch besteht darin, die
Wärmetauscherrohre
in Trägerkanäle einzulegen oder
einzuschieben, die in der Wandung des Betonrohres bereits vorgesehen
sind. Der Wärmetausch
ist allerdings nur beschränkt
möglich,
da die Übertragung über das
wenig leitende Wandungsmaterial des Abwasserkanals erfolgen muss
und die Wärmetauscherrohre
zudem nach dem Einschieben von einer isolierenden Luftschicht umgeben
sind. Das System ist ferner modular aufgebaut, so dass die einzelne Wärmetauscherkanäle aufweisenden
Rohrabschnitte beim Einbau miteinander gekoppelt werden müssen. Die
Installation der Wärmetauscherrohre
in den davor dafür
vorgesehenen Trägerkanälen bzw.
Aussparungen erfolgt im Nachgang zur mechanischen Verlegung der
Abwasserkanalsegmente. Somit müssen
die Wärmetauscherrohre
nach dem Verlegen in die Kanalisation eingebracht und in sogenannten Montagebuchten
miteinander verschaltet werden.
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Sollen
die Abwasserrohrmodule bereits mit Wärmetauscherrohren versehen
sein, so dass die isolierende Luftschicht entfällt und diese nach dem Verlegen
des Abwasserkanals in Betrieb genommen werden können, müssen die Wärmetauscherrohre der einzelnen
Kanalmodule bei dem Verlegen aufwendig für jeden einzelnen Rohrabschnitt
abgedichtet werden. Dabei besteht eine erhebliche Gefahr der Undichtigkeit,
insbesondere bei längerem
Betrieb. Zusätzlich
besteht das Problem, dass Setzungen an den Kanalübergängen unmittelbar auf das Wärmetauscherrohr
einwirken und zu einer Beschädigung führen können.
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Die
DD 239 846 A1 offenbart
ein System zur Nutzung von Abwärme
eines Abwasserkanals, bei dem parallel zu dem Abwasserkanal ein
Wärmeübertragungsrohr
verlegt wird, durch den ein Teil des Abwassers geleitet wird. Das
Wärmeübertragungsrohr ist
von einem Mantelrohr umgeben, wobei ein Ringförmiger Freiraum zwischen dem
Wärmeübertragungs-
und dem Mantelrohr gebildet wird. Durch diesen Freiraum wird in
Gegenströmungsrichtung
Wasser geleitet, das als Wärmeübertragungsmedium dient
und in einem Kreislauf einer Wärmepumpe
zugeführt
wird.
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Insgesamt
besteht somit im Stand der Technik das Problem, dass die Betreiber
die Wahl haben zwischen einem nachträglich in den Abwasserkanal eingebrachten
System, welches den Fluss des Abwassers behindert und Systemen,
welche bereits mit dem Kanal eingebaut werden. Ein Einbringen von Wärmetauscherkanälen ohne
Querschnittsverengung erfordert ein Ausgraben des alten Abwasserkanals
und Einsetzen von Kanalmodulen mit Wärmetauscherrohren oder Trägerkanälen.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein System zur Wärmerückgewinnung
aus Abwasser zu schaffen, welches einen problemlosen Einbau in beliebige
Kanalsituationen erlaubt und sich bei bestehenden, zu ersetzenden
oder auch bei neu zu erstellenden Abwasserkanälen verwenden lässt und
eine verringerte Gefahr von Undichtigkeiten aufgrund einer verringerten
Zahl von Verbindungsstellen aufweist.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine einfache und kostengünstige Verbreitung
der Technologie der Abwasserwärmenutzung
zu ermöglichen,
indem ein flexibler Abwasserkanal (beispielsweise ein PE-Rohr) mit
in der Rohrwandung vorgesehenen Wärmetauschkanälen bereitgestellt
wird, der in verschiedenen Durchmessern gefertigt oder bereitgehalten
werden kann, und mit Hilfe einer Verlegevorrichtung problemlos und
schnell für
beliebige Einbausituationen in die Kanaltrasse eingebracht werden
kann, ohne dass einzelne Kurzmodule miteinander verbunden werden
müssen.
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Zur
Vereinfachung wird der Begriff Abwasser bzw. Abwasserkanal verwendet.
Abwasserkanal im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedoch insbesondere
jeder Kanal, der ein Medium trägt
oder tragen kann, welches für
den Wärmetausch
geeignet ist. Entsprechend ist der Begriff ”Abwasser” auch stellvertretend für alle anderen
wärmetragenden
Medien zu verstehen.
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Unter
Kreissegment im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere
ein Teil des Umfangs, aber auch der gesamte Umfang des Abwasserkanals zu
verstehen. Unter Wärmetauscherrohr
im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere eines oder
mehrere Rohre zu verstehen, die geeignet sind, ein Wärmetauschermedium
zu tragen und einen Wärmetausch
mit ihrer Umgebung bzw. dem Kanalmaterial oder dem Kanalmedium durchzuführen.
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Zum
Verlegen des flexiblen Kanals kann eine Vorrichtung und ein Verfahren
gemäß der
DE 10 2006 030 802 dienen,
mit der sich flexible Rohre auf einfache Weise auf einer kettenförmigen Bahn
in das Erdreich einbringen lassen. Die Vorrichtung und das Verfahren
gemäß der vorgenannten
Patentanmeldung, insbesondere das Verformen mittels einer Zwangsführung oder
mittels Unterdruck werden hiermit vollumfänglich zum Inhalt der vorliegenden
Anmeldungsbeschreibung gemacht.
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Der
einzuziehende flexible Abwasserkanal weist beispielsweise in dem
Abschnitt, der als Kanalsohle vorgesehen ist, eine Reihe von parallel
verlaufenden Kanälen
auf, über
die dem Abwasser mittels eines Mediums Wärme entzogen werden kann. Dieser
Bereich kann im Verhältnis
zur sonstigen Kanalwandung verdickt sein.
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Das
erfindungsgemäße System
lässt sich
für beliebige
Anforderungen problemlos einsetzen. So lässt sich der flexible Abwasserkanal
bei der Neuerstellung von Erdbohrungen direkt mit dem Bohrgerät oder in
eine Pilotbohrung direkt mit einem Aufweitkopf einziehen. Ebenso
lässt sich
das erfindungsgemäße System
bei bestehenden Abwasserkanälen verwenden
und es erlaubt, im Einzelfall zu entscheiden, ob eine querschnittsverengende
Verlegung in dem bestehenden Abwasserkanal möglich ist oder der Abwasserkanal
zerstörend
durch den erfindungsgemäßen flexiblen
Abwasserkanal ersetzt wird. Im ersteren Fall wird ein Kanal gewählt, welcher
einen geringeren Durchmesser als der bestehende Abwasserkanal aufweist
und innerhalb kurzer Zeit mit geringem Aufwand mit einer Vorrichtung
gemäß der
DE 10 2006 030 802 von
Kanalschacht zu Kanalschacht eingezogen wird. Es bedarf dann lediglich
eines Verbindens der Enden der Wärmetauscherrohre
des eingezogenen flexiblen Abwasserkanals mit dem entsprechenden
Hausanschluß bzw.
mit der entsprechenden Zu- und Ableitung zur Wärmepumpe.
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Vorzugsweise
besitzt der flexible Abwasserkanal im Kanalgrund eine vergrößerte Wandstärke, da
beim Einziehen des Rohres eine Dehnung in diesem Bereich erfolgen
kann.
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Der
flexible Abwasserkanal lässt
sich am einfachsten in bestehende Abwasserkanäle einbringen, wenn eine gewisse
Querschnittsverringerung in Kauf genommen wird, ohne dass dabei
jedoch den Wasserfluss behindernde Geometrien in Kauf zu nehmen wären. Ist
eine Querschnittsverringerung des bestehenden Abwasserkanals nicht
erwünscht,
kann ein flexibler Abwasserkanal mit dem gewünschten Durchmessers gewählt und
als Ersatz für
den bestehenden Abwasserkanal in die Kanaltrasse eingezogen werden.
Der Durchmesser kann dem des bisherigen Abwasserkanals entspre chen
oder auch größer als
dieser sein. Das Einbringen des flexiblen Abwasserkanals mit Wärmetauscher
kann nach vorherigem Aufweiten des bestehenden Kanals erfolgen.
Alternativ kann der Altkanal beim Einziehen des flexiblen Rohres
aufgeweitet oder herausgezogen werden.
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Typischerweise
sind bei bestehenden Abwasserkanälen
Kontrollschächte
im Abstand von ca. 50 m vorhanden, die einen Durchmesser von ca.
1 m aufweisen. Mit dem erfindungsgemäßen System besteht die Möglichkeit,
flexible Abwasserkanäle
zu verlegen, die eine Wärmerückgewinnung
aus einem oder mehreren Abschnitten zwischen solchen Kontrollschächte erlauben,
wie sich dies bei einem Anschluss für ein Wohnhaus anbieten kann.
Dabei kann die Länge
des zu verlegenden Abwasserkanals – je nach Bedarf – einem
oder mehreren Abschnitten entsprechen. Die einzelnen Wärmetauscherkanäle, die in
dem flexiblen Rohr vorgesehen sind, können aber auch in ihrer Zahl
und Länge
für den
erforderlichen Wärmeaustausch
ausgelegt sein. So können
die einzelnen Kanäle
miteinander verbunden sein, so dass diese nacheinander mäanderförmig von
dem Wärmeträgermedium
durchströmt
werden und somit die Wärmerückgewinnungsstrecke
vervielfacht wird.
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Die
Herstellung eines autarken, auf den Energiegewinnungsbedarf beispielsweise
eines Ein- oder Zweifamilienhauses abgestimmten Wärmetauscherkreislaufs
kann vorteilhafterweise vorsehen, Formstücke, die Anschlüsse für die Vor-
und Rücklaufleitungen
zu einer Wärmepumpe
aufweisen, bedarfsabhängig
an den entsprechenden Stellen mit den Wärmetauscherrohren zu verbinden,
beispielsweise indem diese in den Abwasserkanal eingeschweißt werden.
Für das
Verbinden der Wärmetauscherrohre
mit den Formstücken
können
sich insbesondere die Enden eines Abwasserkanal(abschnitt)s anbieten
oder diese werden im Bereich eines Schachts angeordnet. Grundsätzlich kann
dies jedoch an jeder beliebigen Stelle erfolgen. Die Formstücke können weiterhin
dazu dienen, mehrere der Wärmetauscherrohre
eines Abwasserkanals miteinander zu verbinden, indem diese beispielsweise
an einem Ende bestimmte Wärmetauscherrohre
miteinander verbinden oder verschließen und an dem anderen Ende
ebenfalls Wärmetauscherrohre
miteinander verbinden oder verschließen.
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Erfindungsgemäß kann demnach
vorgesehen sein, die Wärmetauscherrohre
eines oder mehrerer Abwasserkanäle
gemäß einem
definierten Energiegewinnungsbedarf zu einem Wärmemittelkreislauf zu verbinden,
der als autarker Kreislauf beispielsweise für ein Einfamilienhaus ausgelegt
sein kann. Das Verbinden der Wärmetauscherrohre
kann vorzugsweise mittels Formstücken
erfolgen, die an definierten Stellen mit dem oder den Wärmetauscherrohren
verbunden werden. Die Formstücke können Anschlüsse für Vor- und
Rückleitungen
zu einer Wärmepumpe
aufweisen und weiterhin für
das Verbinden mehrerer Wärmetauscherrohre
zu einem Wärmemittelkreislauf
ausgelegt sein. Durch die Formstücke
kann flexibel die Länge
des Wärmemittelkreislaufs
beeinflusst werden. Beispielsweise ist es möglich, lediglich ein Wärmetauscherrohr
mit zwei Formstücken
zu versehen, wobei jedes der Formstücke einen Anschluss für entweder
eine Vor- oder eine Rücklaufleitung
zu der Wärmepumpe
aufweist. Der Abstand zwischen den zwei Formstücken und folglich die Länge des
zwischen den Formstücken
liegenden Wärmetauscherrohrs
kann in diesem Fall entsprechend dem gewünschten Energiegewinnungsbedarf
gewählt
werden. Ebenso ist es möglich,
mit Hilfe der Formstücke
mehrere Wärmetauscherrohre mäanderförmig miteinander
zu verbinden. Hierbei kann ein Formstück beide Anschlüsse für die Vor- und
Rückleitungen
zu der Wärmepumpe
aufweisen; das oder die weiteren Formstücke verbinden in diesem Fall
lediglich die einzelnen Wärmetauscherrohre miteinander.
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Die
Kanäle
können
auch im Gegenstromprinzip betrieben werden, um die Wärmerückgewinnung
zu optimieren. So lässt
sich erfindungsgemäß mit geringem
Aufwand eine Wärmerückgewinnung erreichen,
die ein aufwendiges Bohren im Garten des Wohnhauses vermeidet.
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Besonders
vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen System ist es, wenn der
Anschluss der Wärmetauscherrohre
für die
Wärmepumpe
einem Punkt zugeführt
wird. So kann beispielsweise die Verbindung zur Wärmepumpe
derart in einem Schacht angeordnet sein, dass kein Hindernis für das Schmutzwasser
entsteht. Sowohl der Anschluss für
den Zu- als auch für
den Ablauf der Wärmepumpe
kann an der Schachtwand eines Schachts verlegt werden, wenn die
Wärmetauscherkanäle am gegenüberliegenden
Kanalende für
einen Rückfluss
miteinander verbunden werden. Es besteht somit auf der gesamten
verlegten Kanalstrecke keine Gefahr, dass Undichtigkeiten entstehen
oder Setzungsschäden
die Wärmetauscherrohe
beschädigen.
Vielmehr sind die Wärmetauscherrohre
sicher in das Kanalmaterial eingebettet und flexibel mit diesem
in der Abwassertrasse verlegt.
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Das
erfindungsgemäße System
macht somit die Technologie des grabenlosen Verlegens für den Bereich
der Abwasserwärmenutzung
einsetzbar. Damit entfallen Beschädigungen der Oberfläche, aufwendige
Schachtarbeiten, Entsorgung des Aushubs und die hohe Umweltbelastung
bei Ausgrabungen. Der entsprechende städtische Abwasserabschnitt muss
aufgrund der Einfachheit und hohen Geschwindigkeit des Verlegens
des erfindungsgemäßen flexiblen
Abwasserkanals mit Wärmetauscher
für nur
kurze Zeit und in seinem Betrieb unterbrochen bleiben.
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Das
erfindungsgemäße System
erschließt daher
die Abwasserwärmerückgewinnung
für zahlreiche
Einbausituationen, die bislang nicht in Betracht gezogen wurden.
Dort, wo bislang die Umwelt schonende Technologie der Abwasserwärmerückgewinnung aufgrund
des hohen Einbauaufwandes nicht mit in die Entscheidung über das
Verlegen von Neurohren bzw. Ersetzen von Altrohren oder als Alternative
zu Gartenbohrungen mit einbezogen wurde, kann diese Technologie
nun flächendeckend
eingesetzt werden, da sich der Mehraufwand auf die zusätzlichen
Herstellungs- und Verlegekosten für das einzubringende flexible
Rohr beschränkt,
wobei die Installationskosten für
eine Wärmepumpe
mit Anschluß an
das erfindungsgemäße Rohr
weit unter den Kosten einer neuen Gas- oder Ölheizungsanlage liegen.
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Damit
ist das erfindungsgemäße System auch
außerhalb
größerer öffentlicher
Projekte, insbesondere im Bereich von ein oder zwei Familienhäusern einsetzbar,
die derzeit mit hohem Aufwand auf Bohrungen in Gärten zum Wärmetausch zurückgreifen
oder für
die eine Wärmetauscherbeheizung
aufgrund der derzeit langen Amortisierungszeit nicht in Frage kommt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 einen
erfindungsgemäßen Abwasserkanal
mit in der Sohle vorgesehenen Wärmetauscherrohren;
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2a, 2b den
Einbau eines erfindungsgemäßen Abwasserkanals
zwischen zwei Schächten
eines Mehrfamilienhauses;
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3 den
Verlauf der am Ende des erfindungsgemäßen Kanals befindlichen und
im Schacht angeordneten Anschlussleitungen für den Wärmetauscher;
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4a, 4b die
Verbindung von Wärmetauscher
und im Hauskeller angeordneter Wärmepumpe;
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5 eine
schematische Darstellung des Verlaufs des Wärmetauschermediums im erfindungsgemäßen Kanal
und
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6 Rückführung des
Wärmetauschermediums
am Ende des erfindungsgemäßen Kanals.
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Ein
flexibler Abwasserkanal 1 weist mehrere Wärmetauscherrohre 2 im
unteren Kreissegment 4 seines Querschnitts auf. Der Abwasserkanal 1 wird mit
Hilfe einer Verlege vorrichtung 6 von der Erdoberfläche 8 über einen
Schacht 10 in die Abwassertrasse 12 eingebracht,
indem der Abwasserkanal 1 über die Vertikale 14 des
Schachts 10 in die Abwassertrasse 12 umgeleitet
wird. Die Wärmetauscherrohre 2 werden
im Schacht 10 außerhalb
des Kanalinneren zusammengeführt
und an die Zu- und Ableitung 16, 18 des Wärmetauschers 20 im
Hauskeller 22 angeschlossen. Hierzu bedarf es nur einer
einfache Bohrung von dem Keller 22 zu dem Schacht 10.