DE102012013484B4

DE102012013484B4 - Erdkollektor und Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors

Info

Publication number: DE102012013484B4
Application number: DE102012013484.3A
Authority: DE
Inventors: Harry Steinhäuser
Original assignee: WQ TEC AG; WQ-TEC AG
Current assignee: WQ TEC AG; WQ-TEC AG
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: DE102012013484A1

Abstract

Erdkollektor mit einer Anzahl von rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen und Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors, – bei dem jede der rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen in einem Schlitz im Erdreich linienförmig überwiegend horizontal verlegt ist, wobei der Schlitz mit Füllmaterial verfüllt ist, – bei dem die rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen voneinander getrennt und durch das Füllmaterial in unterschiedlichen Verlegungstiefen im Schlitz voneinander beabstandet sind, – bei dem jede der rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen in einem ersten Endbereich des Schlitzes aus dem Schlitz herausgeführt und separat an eine Verteilungsvorrichtung angeschlossen ist, wobei die Verteilungsvorrichtung außerhalb des Schlitzes positioniert ist, – bei dem jede rohrförmige Erdkollektorvorrichtung eine Umlenkung zur Änderung einer Fließrichtung des Mediums aufweist, und – bei dem jede Umlenkung in einem zweiten Endbereich des Schlitzes angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdkollektor und ein Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors.
Aus der EP 2 144 017 A1 ist ein Verfahren zum Einbau eines linienförmigen Erdkollektors bekannt. Dabei kann es sich um Erdsonden handeln, die horizontal verlegt werden. Während mittels einer Grabenfräse ein Schlitz im Erdreich hergestellt wird, wird gleichzeitig der Erdkollektor auf die Schlitzsohle verlegt. die Schlitzbreiten liegen in einem Bereich von kleiner gleich 15 cm. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass keine Abstütz- oder Sicherungsmaßnahmen im Einbaubereich getroffen werden müssen. Auch die Aushubmenge des Erdreichs reduziert sich erheblich.
Aus der DE 10 2011 006 190 A1 ist eine Bewehrungsanordnung für ein Erdbauwerk, Böschungsbauwerk bekannt. Dabei ist die Errichtung der Geothermleanlage, welche Bestandteil des Böschungsbauwerkes ist, wesentlich erleichtert, da die Rohrleitungen in einfacher Weise horizontal verlegbar sind. Eine Rohrleitung wird derart mäanderförmig innerhalb einer Erdstofflage angeordnet, dass eine Anzahl von Rohrleitungsabschnitten rechtwinklig zum luftseitigen Rand dieser Erdstofflage verlaufen, wobei jeweils zwei benachbarte Rohrleitungsabschnitte jeweils mittels eines U-förmigen Rohrleitungsabschnitts verbunden sind. Rohrleitungsabschnitte können auch über mehrere Lagen hinweg mit deren vertikalen Verbindungsabschnitten einstückig ausgebildet sein.
Aus der DE 102 09 373 B4 ist eine Anlage zur Wärmeversorgung von Gebäuden oder dergleichen bekannt. Aus der DE 10 2010 025 681 B3 ist ein Erdkollektor für eine Wärmepumpe und eine Fräse zum Fräsen eines Schlitzes ins Erdreich bekannt. Im Schlitz werden Erdkollektorvorrichtungen angeordnet, wobei die Erdkollektorvorrichtung einen Träger und ein auf dem Träger in Spiralform verlegtes Rohr aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors möglichst zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung enthalten.
Demzufolge ist ein Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors vorgesehen. In dem Verfahren wird mittels einer Grabenfräse ein Schlitz ins Erdreich gefräst.
Der Schlitz weist eine Schlitzbreite und eine sich zwischen einem ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich erstreckende Schlitzlänge und eine Schlitztiefe im Erdreich auf.
Im ersten Endbereich mündet der Schlitz in einen Graben und im zweiten Endbereich des Schlitzes grenzt eine Stirnseite des Schlitzes an das Erdreich.
Der Graben weist eine größere Grabenbreite als die Schlitzbreite auf.
Eine erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung wird in einer ersten Verlegungstiefe im Schlitz verlegt. Beispielsweise wird die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung auf eine Schlitzsohle aufgelegt.
Die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung ist zur Durchleitung eines Mediums zum Wärmetransport ausgebildet.
Die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung weist eine Umlenkung zur Änderung einer Fließrichtung des Mediums auf.
Im Verfahren wird die Umlenkung von einer Erdoberfläche des Erdreichs aus in den zweiten Endbereich des Schlitzes herabgelassen.
Der Schlitz wird danach teilweise mit einem Füllmaterial aufgefüllt.
Eine zweite rohrförmige Erdkollektorvorrichtung wird in einer zweiten Verlegungstiefe im Schlitz nach der Auffüllung mit dem Füllmaterial verlegt.
Die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung und die zweite rohrförmige Erdkollektorvorrichtung werden durch die Mündung in den Graben verlegt und im Graben an eine Verteilungsvorrichtung zur Verteilung des Mediums angeschlossen.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, einen möglichst verbesserten Erdkollektor anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Erdkollektor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in der Beschreibung enthalten.
Demzufolge ist ein Erdkollektor mit einer Anzahl von rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen vorgesehen.
Jede der rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen ist in einem Schlitz linienförmig überwiegend horizontal verlegt. Der Schlitz ist mit einem Füllmaterial verfüllt. Das Füllmaterial ist vorzugsweise für eine gute Wärmeleitung ausgebildet. Beispielsweise ist das Füllmaterial von dem herausgefrästen Erdreich gewonnen.
Die rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen sind voneinander getrennt und durch das Füllmaterial in unterschiedlichen Verlegungstiefen im Schlitz voneinander beabstandet.
Jede der rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen ist in einem ersten Endbereich des Schlitzes aus dem Schlitz herausgeführt und separat an eine Verteilungsvorrichtung angeschlossen. Die Verteilungsvorrichtung ist außerhalb des Schlitzes, vorzugsweise in einem Graben, positioniert.
Jede rohrförmige Erdkollektorvorrichtung weist eine Umlenkung zur Änderung einer Fließrichtung des Mediums auf. Vorzugsweise verbindet die Umlenkung einen Vorlauf mit einem Rücklauf.
Jede Umlenkung ist in einem zweiten Endbereich des Schlitzes angeordnet. Vorzugsweise grenzt der zweite Endbereich des Schlitzes allseitig ans Erdreich.
Die im Folgenden beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf den Erdkollektor, als auch auf das Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Schlitz eine Schlitzbreite kleiner 20 cm, insbesondere 15 cm auf.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung weist der Schlitz ein Aspektverhältnis von Schlitztiefe zu Schlitzbreite größer zwanzig auf.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Umlenkung beim Herablassen zur Stirnwand des Schlitzes positioniert. Vorteilhafterweise liegt die Umlenkung zur Positionierung am Erdreich an.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung die Umlenkung zur Änderung der Fließrichtung des Mediums von einer ersten Richtung vom Graben zur Stirnseite in eine zweite Richtung von der Stirnseite zum Graben auf. Vorteilhafterweise bewirkt die Umlenkung eine Umkehr der Fließrichtung des Mediums.
Bevorzugt wird der Graben mit einer Grabentiefe ausgehoben, die geringer als die Schlitztiefe ist. In diesem Fall sind die Sicherheitsanforderungen an den Graben trotz des erforderlichen Einstiegs in den Graben nicht so hoch, da u. U. keine Abböschung bzw. Verbauung erforderlich ist. Dennoch kann mittels der tieferen Schlitze ein großes Erdreichvolumen zum Wärmeentzug genutzt werden.
Die zuvor beschriebenen Weiterbildungsvarianten sind sowohl einzeln als auch in Kombination besonders vorteilhaft. Dabei können sämtliche Weiterbildungsvarianten untereinander kombiniert werden. Einige mögliche Kombinationen sind in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Figuren erläutert. Diese dort dargestellten Möglichkeiten von Kombinationen der Weiterbildungsvarianten sind jedoch nicht abschließend.
Im Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
Dabei zeigen
1 das Fräsen eines Erdschlitzes mittels einer Erdschlitzfräse,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Erdkollektors,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Erdkollektors,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Erdkollektors,
5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Erdkollektors, und
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Erdkollektors.
In 1 ist eine Erdschlitzfräse 990 beim Fräsen eines vertikalen Schlitzes 700 ins Erdreich 900 dargestellt. In einem Errichtungsverfahren wird mittels der Erdschlitzfräse 990 der Schlitz 700 mit einer Schlitztiefe T_S von beispielsweise mehr als drei Meter bezogen auf die Erdoberfläche 910 überwiegend senkrecht ins Erdreich 900 gefräst, indem die dargestellte Erdschlitzfräse 990 während des Fräsvorgangs von der Mauer 510 weg verfahren wird. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Schlitz 700 durch die Mauer 510 begrenzt. Eine Stirnseite 730 des Schlitzes 700 grenzt dabei innerhalb eines Endbereichs R₂ des Schlitzes 700 an das Erdreich 900. Auch eine Sohle 710 des Schlitzes 700 grenzt im Ausführungsbeispiel der 1 an das Erdreich 900. Die Schlitztiefe T_S ist dabei von der Schlitzsohle 710 bis zur Erdoberfläche 910 definiert. Die Schlitztiefe T_S lässt sich in zwei Bereiche unterteilen, wobei der Oberbereich durch den Abstand d_F zur Erdoberfläche 910 begrenzt ist und beispielsweise die geografisch bedingte Frosttiefe darstellt. Im sich anschließenden Bereich mit dem Abstand d_V von der Schlitzsohle 710 ist im Ausführungsbeispiel der 1 ein bevorzugter Bereich zur Verlegung von Erdkollektorvorrichtungen (in 1 nicht dargestellt).
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Erdkollektors in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung. Dabei ist das Erdreich 900 teilweise transparent dargestellt, um sowohl einen Schlitz 700 als auch eine Grube 800 zur Errichtung des Erdkollektors schematisch darstellen zu können. Im Schlitz 700 sind Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a und im Graben 800 ist eine Verteilungsvorrichtung 600 schematisch dargestellt. Sowohl die Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a als auch die Verteilungsvorrichtung 600 sind im Ausführungsbeispiel der 2 nach einem Verfüllen des Grabens 800 und des Schlitzes 700 mit einem Füllstoff 790 nicht mehr sichtbar.
Der ins Erdreich 900 gefräste Schlitz 700 des Ausführungsbeispiels der 2 weist eine Schlitzbreite B_S und eine sich zwischen einem ersten Endbereich R₁ und einem zweiten Endbereich R₂ erstreckende Schlitzlänge L_S und eine Schlitztiefe T_S im Erdreich 900 auf. In der Darstellung der 2 ist die Länge des Schlitzes 700 für eine bessere Übersichtlichkeit verkürzt dargestellt. Beispielsweise beträgt die Schlitzlänge L_S dreißig Meter. In 2 ist eine Stirnseite 730, eine Sohle 710 zwei überwiegend senkrechte und im Wesentlichen parallele Wände 720 und eine Mündung 740 des Schlitzes 700 dargestellt. Ebenso sind eine Grabensohle 810 und eine Böschung 820 des Grabens dargestellt. Der Graben 800 weist eine größere Grabenbreite B_G als die Schlitzbreite B_S auf. Ab einer Grabentiefe T_G größer 1,25 Meter ist eine Abböschung des Grabens 800 gesetzlich vorgeschrieben, da die Unfallgefahr besteht, dass eine Person aufgrund der großen Grabenbreite B_G in den Graben 800 rutscht und ggf. verschüttet wird. Hingegen ist die Schlitzbreite B_S im Ausführungsbeispiel der 2 kleiner als zwanzig Zentimeter, vorzugsweise kleiner fünfzehn Zentimeter, so dass eine Person nicht in den Schlitz 700 hineinfallen kann. Eine Abböschung ist daher nicht erforderlich.
In einem ersten Endbereich R₁ mündest der Schlitz 700 in den Graben 800. Die Mündung 740 reicht im Ausführungsbeispiel der 2 bis zur Sohle 810 des Grabens 800. Zwischen der Grabensohle 810 und der Schlitzsohle 710 besteht eine Tiefendifferenz T_U. Im zweiten Endbereich R₂ des Schlitzes 700 grenzt die Stirnseite 730 des Schlitzes 700 an das Erdreich 900. Das Fräsen des Schlitzes 700 ist im Ausführungsbeispiel der 2 durch den Zaun 520 begrenzt.
Im Errichtungsverfahren wird eine erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung 100a in einer ersten Verlegungstiefe im Schlitz 700 verlegt. Im Ausführungsbeispiel der 2 wird die erste Erdkollektorvorrichtung 100a auf die Schlitzsohle 710 verlegt. Dabei wird ein erstes Rücklaufrohr 120a beispielsweise unmittelbar auf der Schlitzsohle 710 verlegt. Ein Vorlaufrohr 110a der ersten Erdkollektorvorrichtung 100a wird in einem Abstand d_VR1 im Schlitz 700 oberhalb des Rücklaufrohres 120a verlegt. Vor Verlegung des Vorlaufrohres 110a wird Füllmaterial 790 in den Schlitz 700 eingebracht, dass den Schlitz 700 entsprechend dem Abstand d_VR1 verfüllt. Das Füllmaterial 790 ist beispielsweise ein Sand oder das beim vorhergehenden Fräsvorgang entnommene Erdreich 900. Anschließend wird die Oberfläche des Füllmaterials 790 im Schlitz 700 eingeebnet. Zur Nivellierung wird das Füllmaterial 790 vorzugsweise mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, eingeschwemmt.
Der Erdkollektor weist zudem eine Umlenkung 130a auf. Die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung 100a aus Vorlauf 110a, Umlenkung 130a und Rücklauf 120a ist zur Durchleitung eines Mediums (in 2 nicht dargestellt) zum Wärmetransport ausgebildet. Die Umlenkung 130a bewirkt dabei eine Änderung einer Fließrichtung des Mediums. Innerhalb des Errichtungsverfahrens wird die Umlenkung 130a zusammen mit Vor- und Rücklauf 110a, 120a von der Erdoberfläche 910 des Erdreichs 900 aus in den zweiten Endbereich R₂ des Schlitzes 700 herabgelassen. Dabei ist im Ausführungsbeispiel der 2 zum Herablassen der Umlenkung 100a die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung aus Vorlaufrohr 110a, Rücklaufrohr 120a und Umlenkung 130a einteilig ausgebildet.
Nach dem Verlegen des Vorlaufrohres 110a der ersten Erdkollektorvorrichtung 100a wird der Schlitz 700 wiederum teilweise mit dem Füllmaterial 790 aufgefüllt, dass der Abstand d_R1 zum Vorlaufrohr 110a der ersten Erdkollektorvorrichtung 100a entsteht. Nach der Auffüllung mit dem Füllmaterial 790 wird eine zweite rohrförmige Erdkollektorvorrichtung 200a in einer zweiten Verlegungstiefe im Schlitz 700 verlegt.
Auch die zweite Erdkollektorvorrichtung 200a weist ein Vorlaufrohr 210a, ein Rücklaufrohr 220a und eine Umlenkung 230a auf. Vor- und Rücklaufrohr 210a, 220a weisen den Abstand d_VR2 auf, der ebenfalls mit dem Füllstoff 790 gefüllt wird. Nach Verlegung aller Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a wird der Schlitz 700 bis zur Erdoberfläche 910 vollständig mit dem Füllmaterial 790 verfüllt. Die Abstände d_VR1, d_R1 und d_VR2 zwischen den Rohren 110a, 120a, 210a, 220a sind möglichst gleich groß für eine verbesserte Wärmegewinnung, da ein größeres Erdvolumen an die Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a angrenzt und somit mehr Wärme entzogen werden kann. Beide Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a sind beispielsweise als Erdsonden vorgefertigt. Diese Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a werden jedoch nicht vertikal in eine Tiefenbohrung eingebracht, sondern werden im Schlitz 700 linienförmig überwiegend horizontal verlegt.
Die Erdoberfläche 910 ist im Bereich des Schlitzes 700 mit den Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a vorzugsweise mit einem Durchlässigkeitsbeiwert ausgebildet, der ein Versickern von Regenwasser ermöglicht und zugleich das Wasser in dem Bereich der Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a hält. Beispielsweise weist die Erdoberfläche 910 eine Begrünung 530 auf.
Die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung 100a und die zweite rohrförmige Erdkollektorvorrichtung 200a werden durch die Mündung 740 in den Graben 800 verlegt und im Graben 800 an eine Verteilungsvorrichtung 600 zur Verteilung des Mediums angeschlossen. Die Verteilungsvorrichtung 600 ist wiederum über eine Rohrverbindung 650 mit einer Wärmepumpe in einem Gebäude (in 2 nicht dargestellt) verbunden. Kaltes Medium gelang über die Verbindung 650 zur Verteilungsvorrichtung 600 und wird dort auf die Vorläufe 110a, 210a der ersten und zweiten Erdkollektorvorrichtung 100a, 200a aufgeteilt, wobei aufgrund der Parallelschaltung der Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a das Medium parallel durch die erste und zweite Erdkollektorvorrichtung 100a, 200a fließt. Das in den Erdkollektorvorrichtungen 100a, 200a erwärmte Medium wird in der Verteilungsvorrichtung 600 wieder zusammengeführt und über die Verbindung 650 zur Wärmepumpe (nicht dargestellt) weitergeleitet.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Erdkollektors schematisch dargestellt. Der Erdkollektor weist eine Anzahl von rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen 100b, 200b, 300b auf. Jede der rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen 100b, 200b, 300b ist wiederum in einem Schlitz 700 linienförmig überwiegend horizontal verlegt. Der Schlitz 700 ist mit Füllmaterial 790, insbesondere Erdreich oder Flusssand verfüllt. Die rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen 100b, 200b, 300b sind wiederum voneinander getrennt und durch das Füllmaterial 790 in unterschiedlichen Verlegungstiefen im Schlitz 700 voneinander beabstandet.
Wiederum ist jede der rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen 100b, 200b, 300b in einem ersten Endbereich R₁ des Schlitzes 700 aus dem Schlitz 700 herausgeführt und separat an eine Verteilungsvorrichtung 600 angeschlossen. Die Verteilungsvorrichtung 600 ist dabei außerhalb des Schlitzes 700 auf der Grabensohle 810 in einem Graben 800 positioniert. Jede rohrförmige Erdkollektorvorrichtung 100b, 200b, 300b weist wiederum eine Umlenkung 130b, 230b, 330b zur Änderung einer Fließrichtung des Mediums auf. Dabei verbindet die Umlenkung 130b, 230b, 330b wiederum ein jeweiliges Vorlaufrohr 110b, 210b, 310b mit einem zugehörigen Rücklaufrohr 120b, 220b, 320b. Jede Umlenkung 130b, 230b, 330b ist in einem zweiten Endbereich R₂ des Schlitzes 700 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 3 weist der Schlitz 700 über die gesamte Schlitzlänge L_S und somit auch im zweiten Endbereich R2 eine Schlitzbreite B_S kleiner 20 cm – beispielsweise 15 cm auf. Eine Begehung der Schlitzsohle 710 ist aufgrund der geringen Schlitzbreite B_S ausgeschlossen. Die Erdkollektorvorrichtung 100b, 200b, 300b sind im Ausführungsbeispiel der 3 einteilig ausgebildet. Zur Verlegung der rohrförmigen Erdkollektorvorrichtung 100b, 200b, 300b im Schlitz 700 wird jede Umlenkung 130b, 230b, 330b beim Herablassen von der Erdoberfläche 910 in Schlitz 700 zur Stirnwand 730 des Schlitzes 700 positioniert. Beispielsweise wird zunächst die jeweilige Umlenkung 130b, 230b, 330b als erster Bestandteil der Erdkollektorvorrichtungen 100b, 200b, 300b verlegt.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 2 sind im zweiten Ausführungsbeispiel des Erdkollektors gemäß der 3 das Vorlaufrohr 110b, 210b, 310b und das Rücklaufrohr 120b, 220b, 320b der jeweiligen Erdkollektorvorrichtungen 100b, 200b, 300b mit geringem Abstand d_VR1, d_VR2 und d_VR3 – beispielsweise in derselben Schlitztiefe oder geringfügig unterschiedlicher Schlitztiefe verlegt. Durch diese gemeinsame Anordnung von Vorlaufrohr 110b, 210b, 310b und Rücklaufrohr 120b, 220b, 320b kann der Erdkollektor besonders schnell errichtet werden. Die Erdkollektorvorrichtungen 100b, 200b, 300b untereinander sind nur durch das Füllmaterial 790 und nicht durch ein zusätzliches Abstandselement voneinander beabstandet. Der Abstand d_R1, d_R2 zwischen den Erdkollektorvorrichtungen 100b, 200b, 300b kann somit an die thermischen Eigenschaften des Erdreichs 900 angepasst werden. Die Erdkollektorvorrichtungen 100b, 200b, 300b sind wiederum an eine Verteilungsvorrichtung 600 angeschlossen, die breiter als die schmale Schlitzbreite B_S ist und somit nicht im Schlitz 700, sondern in einem Graben 800 positioniert ist.
In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Erdkollektors gezeigt. Im Folgenden werden die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erläutert. Der Erdkollektor weist drei rohrförmige Erdkollektorvorrichtungen 100c, 200c, 300c auf, die um die Abstände d_R1 bzw. d_R2 vertikal versetzt im Schlitz 700 angeordnet sind. Jede rohrförmige Erdkollektorvorrichtung 100c, 200c, 300c weist ein Rücklaufrohr 120c, 220c, 320c mit einem Rücklaufrohrdurchmesser auf. Innerhalb jedes Rücklaufrohres 120c, 220c, 320c ist ein Vorlaufrohr 110c, 210c, 310c mit einem Vorlaufrohrdurchmesser angeordnet. Der Rücklaufrohrdurchmesser ist dabei größer als der Vorlaufrohrdurchmesser. Beispielsweise beträgt der Rücklaufrohrdurchmesser neunzig Millimeter und der Vorlaufrohrdurchmesser vierzig Millimeter.
Jede rohrförmige Erdkollektorvorrichtungen 100c, 200c, 300c weist eine Umlenkung 130c, 230c, 330c zur Änderung der Fließrichtung eines Mediums 150 von einer ersten Richtung vom Graben 800 zur Stirnseite 730 des Schlitzes 700 in eine zweite Richtung von der Stirnseite 730 des Schlitzes 700 zum Graben 800 auf. Im Ausführungsbeispiel der 4 ist jede Umlenkung durch eine Kappe gebildet die das jeweilige Rücklaufrohr 120c, 220c, 320c abschließt. Innerhalb des Rücklaufrohres 120c, 220c, 320c ist das Vorlaufrohr 110c, 210c, 310c offen, so dass in der Kappe das Medium aus dem jeweiligen Vorlaufrohr 110c, 210c, 310c in das zugehörige Rücklaufrohr 120c, 220c, 320c strömt. Die Fließrichtung des Mediums 150 ist in 4 durch Pfeile angedeutet. Als Medium 150 zum Wärmetransport kann beispielsweise Wasser oder ein Kühlmittel verwendet werden.
In 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Erdkollektors gezeigt. Im Folgenden werden die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erläutert. Der Erdkollektor weist zwei rohrförmige Erdkollektorvorrichtungen 100d, 200d auf, die um den Abstand d_R1 vertikal versetzt im Schlitz 700 angeordnet sind. Eine erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung 100d weist ein Vorlaufrohr 110d auf. Eine zweite rohrförmige Erdkollektorvorrichtung 100d weist ein Rücklaufrohr 220d auf, das mit dem Vorlaufrohr 110d über die zwei Umlenkungen 130d, 230d verbunden ist. Die Umlenkungen sind im Ausführungsbeispiel der 5 durch entsprechend geformte Rohrstücke gebildet. Zwischen der ersten Erdkollektorvorrichtung 100d und der zweiten Erdkollektorvorrichtung 200d ist Füllmaterial 790 vorhanden, dass die beiden Erdkollektorvorrichtungen 100d, 200d voneinander trennt. Abweichend von der Darstellung in 5 können weitere rohrförmige Erdkollektorvorrichtungen (nicht dargestellt) im Schlitz 700 verlegt werden. Ebenfalls kann eine andere Umlenkung 130d, 230d beispielsweise mit einem anderen Umlenkradius verwendet werden, so dass der Erdkollektor der 5 an die örtlichen Gegebenheiten des Erdreichs 900 angepasst werden kann. Der Vorlauf kann unterhalb oder – abweichend vom dem Ausführungsbeispiel der 5 – oberhalb eines Rücklaufs angeordnet sein.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Anwendung zum Heizen und/oder Kühlen eines Gebäudes 500. Im Gebäude 500 ist eine Wärmepumpe 560 installiert, die mit einer Verteilungsvorrichtung 600 im geböschten Graben 800 über eine Rohrverbindung 650 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel der 6 sind vier Schlitze 700, 700', 700'', 700''' ins Erdreich gefräst, die zueinander den Abstand d_AS von einem halben Meter bis zehn Meter, vorzugsweise zwei Meter, aufweisen. Jeder Schlitz 700, 700', 700'', 700''' weist eine Länge L_S auf. Beispielsweise beträgt die Länge L_S eines der Schlitze 700, 700', 700'', 700''' eintausend Meter, die in einem beispielsweise agrarwirtschaftlich genutztem Feld auch größer sein kann. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Schlitze 700, 700', 700'', 700''' entlang einer Geraden gefräst werden. In jedem Schlitz 700, 700', 700'', 700''' sind Erdkollektorvorrichtungen 100, 200, 100', 200', 100'', 200'', 100''', 200''' verlegt, die von der Erdoberfläche derart beabstandet sind, das beispielsweise ein Pflug diese beim Pflügen nicht erreicht. Jeder Schlitz 700, 700', 700'', 700''' weist einen ersten Endbereich R₁ auf, in dem der Schlitz 700, 700', 700'', 700''' in den Graben 800 mündet. Die Erdkollektorvorrichtungen 100, 200, 100', 200', 100'', 200'', 100''', 200''' sind durch eine jeweils zum Schlitz 700, 700', 700'', 700''' zugehörige Mündung 740, 740', 740'', 740''' in den Graben 800 verlegt und an der Verteilungsvorrichtung 600 angeschlossen. In einem zweiten Endbereich R₂ jedes Schlitzes 700, 700', 700'', 700''' ist eine Umlenkung 130, 230, 130', 230', 130'', 230'', 130''', 230''' der jeweiligen Erdkollektorvorrichtung 100, 200, 100', 200', 100'', 200'', 100''', 200''' positioniert. Nach der Verlegung der Erdkollektorvorrichtungen 100, 200, 100', 200', 100'', 200'', 100''', 200''' und der Verteilungsvorrichtung 600 werden sowohl der Graben 800 als auch die Schlitze 700, 700', 700'', 700''' mit Füllmaterial, beispielsweise Erdreich, bis zur Erdoberfläche verfüllt.
Durch die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird eine Vielzahl von Vorteilen erzielt. Durch die horizontale Ausbildung der linienförmigen Erdkollektorvorrichtungen und die Umlenkungen der Erdkollektorvorrichtungen kann ein Erdkollektor für sehr lange Schlitze besonders schnell errichtet werden, so dass die Fläche bereits nach kurzer Zeit einer weiteren Nutzung (Park, Agrar etc.) wieder zur Verfügung steht. Aufgrund des geringen Aushubs beim Fräsen der Schlitze ins Erdreich wird nur geringfügig in die Struktur des Erdreichs und der Bepflanzung eingegriffen. Dennoch kann durch die vertikale Anordnung der Erdkollektorvorrichtungen ein großes Volumen im Erdreich zum Wärmeentzug genutzt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausgestaltungsvarianten der 1 bis 6 beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, einen unterschiedlichen Abstand d_R1, d_R2 zwischen den Erdkollektorvorrichtungen vorzusehen. Vorzugsweise ist der Abstand d_R1, d_R2 zwischen zwei in Linie verlegten rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen jedoch größer als fünfzig Zentimeter. Auch ist es möglich, dass an den Erdkollektor mehrere Wärmepumpen zur Versorgung mehrerer Gebäude angeschlossen werden. Abweichend von dem Ausführungsbeispiel der 6 wird in einer anderen Ausgestaltung das Gebäude oberhalb der Schlitze 700, 700', 700'', 700''' errichtet. Hingegen wird der Graben 800 mit der Verteilungsvorrichtung 600 außerhalb der Grundfläche des Gebäudes positioniert, so dass die Verteilungsvorrichtung 600 leicht gewartet werden kann. Als Vorlaufrohre und/oder Rücklaufrohre können beispielsweise Kunststoffrohre mit der Nennweite DN25 bis DN150 verwendet werden.
Bezugszeichenliste

100, 200, 100', 200', 100'', 200'', 100''', 200''', 100a, 100b, 200a, 200b, 300b, 100c, 200c, 300c, 100d, 200d: Erdkollektorvorrichtung
110, 210, 110', 210', 110'', 210'', 110''', 210''', 110a, 210a, 110b, 210b, 310b, 110c, 210c, 310c, 110d: Vorlaufrohr
120, 220, 120', 220', 120'', 220'', 120''', 220''', 120a, 220a, 120b, 220b, 320b, 120c, 220c, 320c, 220d: Rücklaufrohr
130, 230, 130', 230', 130'', 230''', 130''', 230''', 130a, 230a, 130b, 230b, 330b, 130c, 230c, 330c, 130d, 230d: Umlenkung
150: Medium
500: Gebäude
510: Mauer
520: Zaun
530: Bewuchs
560: Wärmepumpe
600: Verteilungsvorrichtung, Verteiler
650: Verbindung
700, 700', 700'', 700''': Schlitz
710: Schlitzsohle
720: Schlitzwand
730: Stirnseite, Schlitzstirnseite
740, 740', 740'', 740''': Mündung, Schlitzmündung
790: Füllmaterial
800: Graben
810: Grabensohle
820: Grabenböschung
900: Erdreich
910: Erdoberfläche
990: Erdschlitzfräse
d_F, d_R1, d_R2, d_VR1, d_VR2, d_VR3, d_AS, d_V,: Abstand
B_G: Grabenbreite
B_S: Schlitzbreite
L_S: Schlitzlänge
R₁, R₂: Endbereich
T_G: Grabentiefe
T_S: Schlitztiefe
T_U: Tiefendifferenz

Claims

Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors, – bei dem mittels einer Grabenfräse (990) ein Schlitz (700, 700', 700'', 700''') ins Erdreich (900) gefräst wird, – bei dem der Schlitz (700, 700', 700'', 700''') eine Schlitzbreite (B_S) und eine sich zwischen einem ersten Endbereich (R₁) und einem zweiten Endbereich (R₂) erstreckende Schlitzlänge (L_S) und eine Schlitztiefe (T_S) im Erdreich (900) aufweist, – bei dem im ersten Endbereich (R₁) der Schlitz (700, 700', 700'', 700''') in einen Graben (800) mündet und im zweiten Endbereich (R₂) des Schlitzes (700, 700', 700'', 700''') eine Stirnseite (730) des Schlitzes (700) an das Erdreich (900) grenzt, – bei dem der Graben (800) eine größere Grabenbreite (B_G) als die Schlitzbreite (B_S) aufweist, – bei dem eine erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d) in einer ersten Verlegungstiefe im Schlitz (700, 700', 700'', 700''') verlegt wird, – bei dem die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d) zur Durchleitung eines Mediums (150) zum Wärmetransport ausgebildet ist, – bei dem die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d) eine Umlenkung (130, 130a, 130b, 130c, 130d) zur Änderung einer Fließrichtung des Mediums (150) aufweist, – bei dem die Umlenkung (130, 130a, 130b, 130c, 130d) von einer Erdoberfläche (910) des Erdreichs (900) aus in den zweiten Endbereich (R₂) des Schlitzes (700, 700', 700'', 700''') herabgelassen wird, – bei dem der Schlitz (700, 700', 700'', 700''') teilweise mit einem Füllmaterial (790) aufgefüllt wird, – bei dem eine zweite rohrförmige Erdkollektorvorrichtung (200, 200', 200'', 200''', 200a, 200b, 200c, 200d) in einer zweiten Verlegungstiefe im Schlitz (700, 700', 700'', 700''') nach der Auffüllung mit dem Füllmaterial (790) verlegt wird, und – bei dem die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d) und die zweite rohrförmige Erdkollektorvorrichtung (200, 200', 200'', 200''', 200a, 200b, 200c, 200d) durch die Mündung (740, 740', 740'', 740''') in den Graben (800) verlegt und im Graben (800) an eine Verteilungsvorrichtung (600) zur Verteilung des Mediums (150) angeschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schlitz (700, 700', 700'', 700''') eine Schlitzbreite (B_S) kleiner 20 cm, insbesondere 15 cm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem der Schlitz (700, 700', 700'', 700''') ein Aspektverhältnis von Schlitztiefe (T_S) zu Schlitzbreite (B_S) größer zwanzig aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem die Umlenkung (130, 130a, 130b, 130c, 130d) beim Herablassen zur Stirnwand (730) des Schlitzes (700, 700', 700'', 700''') positioniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d) die Umlenkung (130, 130a, 130b, 130c, 130d) zur Änderung der Fließrichtung des Mediums (150) innerhalb des Schlitzes (700, 700', 700'', 700''') von einer ersten Richtung vom Graben (800) zur Stirnseite (730) in eine zweite Richtung von der Stirnseite (730) zum Graben (800) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem der Graben (800) mit einer Grabentiefe (T_G) ausgehoben wird, die geringer als die Schlitztiefe (T_S) ist.
Erdkollektor mit einer Anzahl von rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d, 200, 200', 200'', 200''', 200a, 200b, 200c, 200d), – bei dem jede der rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d, 200, 200', 200'', 200''', 200a, 200b, 200c, 200d) in einem Schlitz (700, 700', 700'', 700''') im Erdreich (900) linienförmig überwiegend horizontal verlegt ist, wobei der Schlitz (700, 700', 700'', 700''') mit Füllmaterial (790) verfüllt ist, – bei dem die rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d, 200, 200', 200'', 200''', 200a, 200b, 200c, 200d) voneinander getrennt und durch das Füllmaterial (790) in unterschiedlichen Verlegungstiefen im Schlitz (700, 700', 700'', 700''') voneinander beabstandet sind, – bei dem im ersten Endbereich (R₁) der Schlitz (700, 700', 700'', 700''') in einen Graben (800) mündet und im zweiten Endbereich (R₂) des Schlitzes (700, 700', 700'', 700''') eine Stirnseite (730) des Schlitzes (700) an das Erdreich (900) grenzt, – bei dem der Graben (800) eine größere Grabenbreite (B_G) als die Schlitzbreite (B_S) aufweist, – bei dem jede der rohrförmigen Erdkollektorvorrichtungen (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d, 200, 200', 200'', 200''', 200a, 200b, 200c, 200d) in dem ersten Endbereich (R₁) des Schlitzes (700, 700', 700'', 700''') aus dem Schlitz (700, 700', 700'', 700''') herausgeführt, durch die Mündung (740, 740', 740'', 740''') in den Graben (800) verlegt und im Graben (800) separat an eine Verteilungsvorrichtung (600) angeschlossen ist, wobei die Verteilungsvorrichtung (600) außerhalb des Schlitzes (700, 700', 700'', 700''') im Graben (800) positioniert ist, – bei dem jede rohrförmige Erdkollektorvorrichtung (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d, 200, 200', 200'', 200''', 200a, 200b, 200c, 200d) eine Umlenkung (130, 230, 130', 230', 130'', 230'', 130''', 230''', 130a, 230a, 130b, 230b, 130c, 230c, 130d, 230d) zur Änderung einer Fließrichtung des Mediums (150) aufweist, und – bei dem jede Umlenkung (130, 230, 130', 230', 130'', 230'', 130''', 230''', 130a, 230a, 130b, 230b, 130c, 230c, 130d, 230d) in dem zweiten Endbereich (R₂) des Schlitzes (700, 700', 700'', 700''') angeordnet ist.
Erdkollektor nach Anspruch 7, – bei dem die erste rohrförmige Erdkollektorvorrichtung (100, 100', 100'', 100''', 100a, 100b, 100c, 100d) die Umlenkung (130, 130a, 130b, 130c, 130d) zur Änderung der Fließrichtung des Mediums (150) innerhalb des Schlitzes (700, 700', 700'', 700''') von einer ersten Richtung vom Graben (800) zur Stirnseite (730) in eine zweite Richtung von der Stirnseite (730) zum Graben (800) aufweist.
Erdkollektor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, – bei dem der Graben (800) eine Grabentiefe (T_G) aufweist, die geringer als die Schlitztiefe (T_S) ist.