DE102014104992A1

DE102014104992A1 - Verfahren zur Errichtung einer Erdwärmesonde und Anordnung zum Einleiten von Wärme in und zum Entnehmen von Wärme aus einer Erdwärmesonde

Info

Publication number: DE102014104992A1
Application number: DE102014104992.6A
Authority: DE
Inventors: Karl-Christian Danz
Original assignee: KCD KUNSTSTOFFE ADDITIVE und BERATUNG GmbH
Current assignee: KCD KUNSTSTOFFE ADDITIVE und BERATUNG GmbH
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Errichtung einer Erdwärmesonde und eine Anordnung zum Einleiten von Wärme in und zum Entnehmen von Wärme aus einer Erdwärmesonde. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit anzugeben, um die spezifischen Nachteile der verschiedenen Erdwärmesondenkonzepte zu vermeiden und die dargestellten allgemeinen Nachteile der bekannten Lösungen durch eine besser wirkende, relativ einfach und kostengünstig zu errichtende Erdwärmesondenkonstruktion zumindest anteilig zu überwinden. Die Aufgabe wird gelöst mit der Errichtung und Betreibung einer Anordnung zum Einleiten von Wärme in und zum Entnehmen von Wärme aus einer Erdwärmesonde, bestehend aus einer in einem Betonrohr (10) befindlichen Sondenwassersäule (13), in der im unteren Bereich ein Wärmezufuhrsystem (11) und im oberen Bereich ein Wärmeentnahmesystem (12) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Errichtung einer Erdwärmesonde und eine Anordnung zum Einleiten von Wärme in und zum Entnehmen von Wärme aus einer Erdwärmesonde.
Erdwärme aus dem oberflächennahen Bereich bis zu 100 m Tiefe wird mit verschiedenen Verfahren gewonnen und als Alternative oder Ergänzung zu herkömmlichen Öl- oder Gasheizungen zur Beheizung und Warmwasserzeugung in Gebäuden genutzt.
Grundlagen zu physikalischen und thermodynamischen Zusammenhängen sowie die angewandten Verfahren sind in der VDI-Richtlinie 4640 „Thermische Nutzung des Untergrundes" zusammengestellt.
Am häufigsten kommen dabei solche Verfahren zur Anwendung, bei denen in Erdbohrungen geschlossene Flüssigkeitskreisläufe in Form von Rohrleitungen installiert werden. Als Wärmeträger werden Wasser-Glykol-Mischungen bevorzugt, welche zum Entzug von Wärme aus dem nahen Umfeld der Sonden in den Rohrleitungen zirkulieren.
Die am weitesten verbreitete Bauart für derartige Erdwärmesonden ist eine solche, bei der in eine Erdbohrung in der Regel zwei Paar Schläuche eingeführt werden. Die Schlauchpaare sind jeweils an ihren unteren Enden verbunden, so dass eine Wärmeträgerflüssigkeit im Kreislauf gepumpt werden kann. Dadurch wird Wärme aus den tieferen Erdschichten nach oben gefördert. Zur Nutzbarmachung der so geförderten Wärme wird der Wärmeträgerflüssigkeit Wärme mittels einer Wärmepumpe entzogen, welche in der gebäudeinternen Heizungsanlage eingebunden ist (z. B. DE 20 2010 000 498 U1 , EP 0 582 118 A1 ).
Eine weitere bevorzugte Bauart besteht darin, dass in einer Erdbohrung ein Hüllrohr installiert wird, in das mittig ein koaxiales Rohr für die Kaltzufuhr eingeführt wird, dass der kalte Wärmeträger an der Innenwand des Hüllrohres nach oben gepresst wird und dabei Wärme aus dem Umfeld der Sondenbohrung aufnimmt und diese oben über eine Wärmepumpe an den Heizkreislauf im Gebäude (z. B. DD 150 793 A5 ) oder an dem oberen Sondenende abgibt ( DE 42 11 576 A1 ).
Diesen Systemen ist gemeinsam, dass erhebliche elektrische Pumpleistungen für die Zirkulation der Wärmeträgerflüssigkeiten über die gesamten Einbaulängen der Erdwärmesonden erforderlich sind und dass der Wärmeübergang aus dem umliegenden Erdreich auf die Wärmeträgerrohre relativ gering ist. Das ist in den geringen Oberflächengrößen der Sondenkonstruktionen zum Erdreich und der relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit der Sondenmaterialien begründet, die in der Regel aus HD-PE bestehen. Insbesondere nach mehrmonatigem saisonalen Betrieb wird der Wärmeübergang durch die immer geringer werdende Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträger, Vorlauf und Erdreich, differenziert über die Sondentiefe, stetig verschlechtert. Weitere Nachteile sind der unvermeidliche thermische „Kurzschluss“ zwischen den notwendigerweise eng nebeneinanderliegenden kalt- und warmführenden Leitungssträngen und die zusätzlichen Wärmeverluste beim Passieren der nach längerem Betrieb besonders stark ausgekühlten oberen Sondenbohrungsbereiche durch den erst im unteren Sondenbereichen aufgewärmten Wärmeträger. Aus diesem Grund werden in der VDI-Richtlinie 4640 auch Mindestabstände von 10 m zwischen mehreren Erdwärmesonden gefordert, um die gegenseitige negative Beeinflussung mehrerer Sondenbohrungen und die mögliche Unterkühlung des oberen Sondenumfeldes bis zum Auffrieren zu vermeiden.
Um diese und weitere Nachteile dieser Sondenbauarten zu minimieren, wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen:

– durch die DE 20 2007 006 682 U2 werden speziell Abstandshalter vorgesehen;
– Vorlauf- oder Rücklaufrohr sind wärmeisoliert ( DE 20 2007 014 142 U1 , DE 10 2007 036 114 A1 );
– in DE 10 2008 037 316 A1 wird der Wärmeübergang aus dem Erdreich um die Sonden herum durch die Kombination des Verfüllmörtels zum Einbetten des Hüllrohres einer Koaxialsonde mit Latentwärmespeichermaterial verbessert;
– Gegenstand der EP 1 065 451 B1 ist die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Verfüllmaterials von Erdwärmesondenrohren durch die Beimengung von Graphit.

Eine weitere Gruppe von Erfindungsbeschreibungen zu Erdwärmesonden befasst sich mit der Verwendung von Wärmerohren zur Schöpfung der Wärme oder zur zeitweisen Einlagerung von überschüssiger Wärme aus Klimatisierung oder anderen Quellen, um vor allem den hohen Aufwand an elektrischer Energie zur Umwälzung der Wärmeträgerflüssigkeiten durch die gesamten Sondenvolumina zu reduzieren. Diese Lösungen sind technisch sehr aufwändig, da sie alle mit Phasenübergängen gasförmig/flüssig der Wärmeträgermedien arbeiten. Das erfordert dauerhaft druckfeste und gasdichte Installationen, die insbesondere im Fall der unterirdischen Sondenbauteile und der unterflur zu verlegenden Leitungen von den Sondenbohrungen zu den Installationen in den Gebäuden teuer und schwierig zu realisieren sind (vorgenannte DE 42 11 576 A1 ; DE 10 2008 039 098 A1 ).
Alle beispielhaft genannten Lösungen zum Stand der Technik bieten zwar die Möglichkeit zur Nutzung von Erdwärme für die Gewinnung von Energie für Heizung und Warmwasser, teilweise auch zur Gebäudeklimatisierung, sind jedoch durchgängig mit für alle geltenden und jeweils spezifischen Nachteilen behaftet. Neben den genannten spezifischen Nachteilen der Erdwärmesonden gemäß dem Stand der Technik ist allen Bauarten gemein, dass sie im oberen Sondenbereich den stärksten Wärmeentzug aus dem umgebenden Erdreich bewirken. Hier kommt der kalte Rücklauf von der Wärmepumpe der Gebäudeinstallationen an und besitzt den größten Temperaturgradienten im Vergleich zum Sondenumfeld. Gleichzeitig ist dies der Bereich, der am stärksten von atmosphärischen Bedingungen beeinflusst wird. Im Sommer kommt es unter den typischen Bedingungen von Deutschland in 1 m Tiefe zur Aufwärmung des Erdreiches bis zu 15 °C, im Winter dagegen, insbesondere in den Monaten Februar, März und April sinken die Temperaturen in 1 m Tiefe ohne Beeinflussung durch eine Erdwärmesonde durch atmosphärische Einflüsse und durchlaufendes kaltes Niederschlagswasser bis zu 3 °C ab. Diese Auskühlung des Erdreiches setzt sich nach eigenen Messungen im Mai und Juni in die Tiefe fort und erreicht im Juni in ca. 8 m Tiefe ihre niedrigsten Temperaturen über den gesamten Jahresverlauf, obwohl die darüber liegenden Erdschichten bereits wieder atmosphärisch bedingt aufgewärmt werden.
Unter den Bedingungen des Betriebes einer Erdwärmesonde gemäß dem Stand der Technik bedeutet dies, dass die Kälte aus den oberen Erdschichten bis zu 8 m Tiefe noch weiter mit in die Tiefe transportiert wird. Daraus ergeben sich die häufig in der Literatur genannten 15 m bis 20 m saisonal bedingter Nutzungseinschränkung von Erdwärmesonden. Diese Bohrtiefen der üblichen Erdwärmesonden gehen in der Periode, während der es am meisten auf die Nutzung der regenerativen Erdwärme ankommt, in den Monaten des späten Winters und Frühjahres, praktisch verloren. Die Effektivität der Erdwärmesonden wird während dieser Monate schlechter, der energetische Aufwand für den Wärmeentzug größer und die Gefährdung der Auskühlung des oberen Sondenumfeldes unter 0 °C, schlimmstenfalls verbunden mit durch Gefrieren bedingten Bodenbewegungen, steigt. Deswegen wird in der VDI-Richtlinie 4640 ein ausreichender Abstand der Erdwärmesonden zu Gebäuden und zwischen mehreren Sondenbohrungen gefordert. Um diese Probleme zumindest teilweise zu umgehen, werden in der vorgenannten DE 20 2010 000 498 U1 entsprechende Lösungsvorschläge gemacht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit anzugeben, um die spezifischen Nachteile der verschiedenen Erdwärmesondenkonzepte zu vermeiden und die dargestellten allgemeinen Nachteile der bekannten Lösungen durch eine besser wirkende, relativ einfach und kostengünstig zu errichtende Erdwärmesondenkonstruktion zumindest anteilig zu überwinden.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, dass abhängig von den geologischen und weiteren Bedingungen, wie der Gebäudegröße, der für eine oder mehrere Erdwärmesonden verfügbaren Flächen, der Installation neben einem bestehenden Gebäude oder unter einem zu errichtenden Gebäude, eine entsprechende Anzahl von Erdbohrungen von 10 m bis 100 m Tiefe niedergebracht werden. In die jeweilige Sondenbohrung wird eine Schlauchkombination ineinandergeführter Schläuche eingelassen, die am unteren Ende gegeneinander und nach außen dicht verschlossen und miteinander fest verbunden sind. Sowohl der innere Schlauch als auch der Ringraum zwischen dem inneren Schlauch und dem Außenschlauch werden mit Wasser befüllt. Anschließend wird der Ringraum durch den mit eingeführten Zuführschlauch von unten beginnend mit fließfähigem Betonmörtel befüllt. Der Mörtel hat vorzugsweise eine Dichte von ca. 2 g/cm³, wodurch er das Wasser im Ringraum nach oben verdrängt. Gleichzeitig bekommt der wassergefüllte und oben verschlossene Innenschlauch Auftrieb und richtet sich senkrecht in dem noch flüssigen Mörtelrohr aus. Der Betonmörtel bildet nach seiner Aushärtung die stabile Rohrwandung, die innen und außen durch die als verlorene Schalung in der Erdbohrung verbleibenden Gummischläuche hermetisch abgedichtet wird. Das Wasser verbleibt in dem Innenschlauch, und es wird am unteren Ende des Betonrohres ein Wärmezufuhrsystem und am oberen Ende des Betonrohres ein Wärmeentnahmesystem installiert. Sowohl das Wärmezufuhrsystem als auch das Wärmeentnahmesystem sind mit separaten Zu- und Ableitungsrohren versehen, die vorteilhaft als flexible Schlauchleitungen ausgeführt sind.
Das Wärmezufuhrsystem und das Wärmeentnahmesystem sind vorteilhaft als Rippenrohre oder schraubenfederförmig gewundene Rohre ausgeführt.
Wenn die Erdwärmesonde nicht bei einem Neubau unter dem Fundament eines Gebäudes sondern außerhalb eines Bestandsgebäudes errichtet wird, ist es zweckmäßig, das unmittelbare Sondenumfeld von ca. 2 m Durchmesser mit einer wärmeisolierenden und gegen das Durchlaufen von Niederschlagswasser schützenden, subterranen Überdachung in etwa 1 m Tiefe zu überbauen. Die Überdachung kann z. B. aus einer 0,5 m dicken Schaumglas-Schotterschicht bestehen, die in eine wasserdichte, nach oben geschlossene Einhausung aus Kunststoffplatten verbaut wird. Die Sondenwassersäule ragt dann durch die subterrane Überdachung hindurch, an deren Oberseite die Anschlüsse zu den Wärmeübertragungssystemen in der Sonde, ein Inspektionszugang zur Wassersäule und die Abdeckung A der Sonde in Bodenhöhe angebracht werden.
An das am unteren Ende des Betonrohres installierte Wärmezufuhrsystem wird ein Kreislauf im Gebäude angeschlossen, über den überschüssige Wärme aus beliebigen Quellen wie Raumklimatisierung, Maschinenabwärme, Solarthermie, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen etc. zugeführt wird. Das Wasser in dem Betonrohr um das Wärmezufuhrsystem herum wird erwärmt und beginnt auf Grund seiner niedrigeren Dichte in der Wassersäule aufzusteigen und dabei Wärme an das darüberstehende Wasser, an den Betonring und das Erdreich im Umfeld um das Wärmezufuhrsystem herum abzugeben. Am wärmsten wird es dabei am oberen Ende der Sondenwassersäule, wo unterhalb der subterranen, wärmdämmenden und gegen durchlaufendes Niederschlagswasser schützenden Überdachung die meiste Wärme im umliegenden Erdreich verteilt wird. Der abgekühlte Wärmeträger steigt nach der Passage des Wärmezufuhrsystems auf und wird zur erneuten Aufnahme von Überschusswärme im Kreis geführt. Auf diese Weise erfolgt die Aufheizung des Erdreiches im Umfeld über die gesamte Sondenlänge, wobei wegen der exponentiellen Zunahme der Erdmasse mit zunehmendem Abstand von der Sondenwassersäule die Geschwindigkeit der Wärmeweiterleitung abnimmt. Mit einer Wärmeträgertemperatur zwischen 40 °C und 50 °C für die Wärmezufuhr in das Wärmezufuhrsystem können auf diese Weise im Erdwärmesondenumfeld unterhalb der subterranen Überdachung und in einem Umkreis von 1 m um die Erdwärmesonde bis in eine Tiefe von 20 m leicht Temperaturen zwischen 20 °C und 25 °C im Durchschnitt erreicht werden.
An das am oberen Ende des Betonrohres installierte Wärmeentnahmesystem, das unterhalb der subterranen Überdachung beginnt, wird ein Kreislauf im Gebäude angeschlossen, über den in üblicher Weise mithilfe einer Wärmepumpe Wärme entzogen wird. In gleicher Weise kann der Kreislauf des Wärmeentnahmesystems direkt in den Wärmepumpenkreislauf im Gebäude einbezogen werden, woraus ein effektiverer Betrieb bei Wärmeentnahme aus der Sondenwassersäule resultiert. Für diese Variante der Wärmeentnahme aus der Erdwärmesonde ist die erfindungsgemäße Erdwärmesondenbauart besonders gut geeignet, da das Wärmeentnahmesystem aus üblichen Wärmeübertragungssystemen (schraubenfederförmig gebogenes Kupferrohr, Wärmerohr) mit begrenztem Füllvolumen besteht, in sich hermetisch abgeschlossen und sicher gegen Kältemittelaustritt ist und immer zugänglich für gegebenenfalls notwendig werdende Wartungen bleibt, wobei dafür über dem Betonrohr ein Kontrollschacht angelegt wurde.
Das Wasser in der Erdwärmesonde um das Wärmeentnahmesystem herum wird bei Wärmeentnahme abgekühlt und beginnt auf Grund seiner höheren Dichte in der Wassersäule zu sinken und dabei Wärme von dem darunter befindlichen Wasser und letztlich aus dem Betonring und dem Erdwärmesondenumfeld aufzunehmen. Der Temperaturgradient zwischen wärmebeladenem Wärmeträger und in das Wärmeentnahmesystem zurückgepumptem Wärmeträger kann dabei über die entsprechende getaktete Steuerung der Wärmepumpe so groß gestaltet werden, dass eine sehr große Wärmemenge mit relativ geringem elektrischen Aufwand aus der Erdwärmesonde entnommen werden kann. Die Regeneration der Temperatur in der Erdwärmesondenwassersäule erfolgt dabei stets relativ schnell, da sowohl aus dem umliegenden Erdreich die eingelagerte Wärme als auch vom Erdwärmesondengrund aufsteigende Wärme den oberen Bereich der Erdwärmesondenwassersäule um das Wärmeentnahmesystem herum thermisch regenerieren. Selbst ohne vorherige Wärmeeinlagerung erfolgt eine permanente Regeneration der Temperatur in der Erdwärmesondenwassersäule auf mindestens ca. 10 °C von unten, die in der Tiefe von ca. 20 m und darunter in Mitteleuropa praktisch immer vorliegt.
Alternativ dazu kann die Entnahme von Wärme auch durch den Kreislauf des gesamten Erdwärmesondensäulenwassers durch ein externes Wärmeentnahmesystem erfolgen. Die Einspeisung von Wärme erfolgt dabei wie beschrieben über ein Wärmeübertragungssystem am Grund der Sonde mit einem Wärmezufuhrsystem. Es erfolgt wieder eine thermogravimetrische Schichtung des Wassers nach seiner Dichte, die eine bevorzugte Wärmeeinlagerung im Erdreich um das obere Wärmesondenende bewirkt. Zum Entzug von Wärme wird das Erdwärmesondenwasser insgesamt umgepumpt und über eine hausinterne Wärmepumpe geführt. Das kalte Wasser, dem die Wärme aus dem Erdreich des Erdwärmesondenumfeldes entzogen wurde, wird dann über ein zentrales Rohr zum Grund der Erdwärmesonde gepumpt und verdrängt das am oberen Erdwärmesondenende befindliche warme Wasser zum Wärmeentnahmesystem, indem es an den relativ warmen Erdwärmesondenwandungen langsam aufsteigt und bereits wieder neue Wärme aus dem Erdwärmesondenumfeld mit einem hohen Temperaturgradienten aufnimmt. Da der Sondeninhalt bei einem Durchmesser der Erdwärmesondenwassersäule von 12,5 cm ca. 100 l/10 m beträgt, kann aus einer Wassersäule von 50 m Tiefe einer Wassermenge von 500 l eine große Wärmemenge in kurzer Zeit mit relativ geringem elektrischen Aufwand entzogen werden. Das Verhältnis von entzogener Wärme zu elektrischem Aufwand für die Wärmepumpe liegt dabei typischer Weise bei > 6. Das ist deutlich höher und damit effektiver als bei den bekannten Bauarten von Erdwärmesonden. Wegen des weitgehend proportionalen Verhaltens der Wärmeübergänge der beteiligten Medien im Temperaturbereich von 4 °C bis 40 °C lassen sich typische 1.000 l hausinterner Wärmespeicher durch die Absenkung der 500 l Erdwärmesondenwasser, z. B. von 15 °C auf 5 °C, um ca. 5 K erhöhen. Wenn der Wärmeeintrag aus dem unmittelbaren Umfeld der Sondenwassersäule nachlässt und der Temperaturgradient des entnommenen Wassers aus der Säule und des zurückgepumpten Wassers zu gering wird, ergibt sich für die Erdwärmesondenwassersäule die Notwendigkeit einer mittels Messfühler kontrollierbaren thermischen Regenerierungsphase, um die Effizienz bei der Wärmeentnahme zu gewährleisten. Bei der thermischen Regeneration der erfindungsgemäßen thermogravimetrischen Erdwärmesonde bestehen allerdings ebenfalls günstigere Verhältnisse als in bekannten Erdwärmesonden. Die Wärmeübergangsflächen zum umgebenden Erdreich sind größer und der Wärmeaustausch innerhalb der Erdwärmesondenwassersäule wird durch die unbehinderte Konvektion beschleunigt, wobei es erneut zur Ansammlung des wärmsten Wasseranteils im oberen Erdwärmesondenbereich kommt.
Den bei den üblichen Erdwärmesondenbauarten am meisten durch Wärmeentzug beanspruchten oberflächennahen Erdschichten bis 20 m Tiefe wird bei der erfindungsgemäßen Erdwärmesonde nicht mehr Wärme entzogen als den darunter liegenden Schichten, weil es zum permanenten thermogravimetrischen Ausgleich des Säulenwassers im Betonrohr kommt, mit dem wärmsten Wasser am oberen Ende der Erdwärmesondenwassersäule. Durch die gleichzeitige überproportionale Einlagerung von Wärme im Umfeld um die Erdwärmesondenwassersäule unter der subterranen Überdeckung, bzw. unter dem Gebäudefundament, kommt es hier zusätzlich zur beschleunigten Regeneration der Wassertemperatur um das Wärmeentnahmesystem herum, über das dann zu energetisch günstigen und damit kostengünstigen Bedingungen Wärme entzogen werden kann. Damit wird einer der gravierendsten Nachteile der üblichen Erdwärmesonden überwunden. Selbst bei hoher Beanspruchung des Erdreichs um den oberen Erdwärmesondenbereich herum kommt es zu einer schnelleren thermischen Regeneration, da durch die konvektiv in der Erdwärmesondenwassersäule aufsteigende Wärme auch das Erdwärmesondenumfeld mit Wärme aus der Tiefe versorgt wird. Der Eintrag von Wärme aus tieferen Erdschichten in die oberen um die Erdwärmesonde herum passiert damit deutlich schneller als bei konventionellen Erdwärmesonden, bei denen die thermische Erholung durch die Wärmeleitfähigkeit des Erdreiches bestimmt wird.
Falls die Sondenwassersäule in eine Grundwasserschicht hineinragt, wird die Effektivität des Wärmezufuhrsystems begünstigt, weil die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit der grundwasserführenden Erdschichten größer sind als die von nicht grundwasserführenden Schichten. Hinzu kommen Wärmetransporte durch mögliche Fließbewegungen des Grundwassers. Die Regeneration der Wärmeenergie in der Erdwärmesondenwassersäule auf das Temperaturniveau des Grundwassers wird bei dieser Konstellation ebenfalls begünstigt.
Die länger anhaltende Wärmespeicherung lässt sich mit der erfindungsgemäßen Erdwärmesonde in Bodenschichten erzielen, die kein oder wenig Grundwasser führen, weil diese geringere Wärmeleitfähigkeiten besitzen und weil auch keine/geringere Wärmeverluste durch Fließbewegungen des Grundwassers eintreten können.
Tiefe und Anzahl der erfindungsgemäßen Erdwärmesonden können unter Berücksichtigung der dargestellten einfachen physikalischen Zusammenhänge zur Wirkungsweise einer senkrechten Wassersäule im Erdreich der jeweiligen Aufgabenstellung zur Abwärmeversenkung/Klimatisierung, zur übersaisonalen Wärmespeicherung und Heizung, der Gebäudegröße und den jeweiligen geologischen Gegebenheiten entsprechend angepasst werden. Es können erfindungsgemäße Erdwärmesonden gezielt mit Bohrtiefen hergestellt werden, die in Grundwasserschichten hinein oder durch sie hindurch ragen, und die Sondentiefen können auch, zum Beispiel aus genehmigungsrechtlichen Gründen, so gering gehalten werden, dass Grundwasserschichten nicht berührt werden und dabei noch effektiv arbeiten. Durch die senkrechte Wassersäule der Erdwärmesonde in Verbindung mit der subterranen Überdachung ist bereits ab 15 m Sondenlänge eine effektive Wärmeversenkung sowie die übersaisonale Reaktivierung und Nutzung der eingelagerten Wärme möglich.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine Schlauchkombination als verlorene Schalung im Bohrloch,
2 einen Schnitt durch die Schlauchkombination,
3 eine erfindungsgemäße Anordnung zum Einleiten von Wärme in eine Erdwärmesonde und Entnehmen von Wärme aus einer Erdwärmesonde,
4 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung,
5 eine erfindungsgemäße Anordnung mit Überdachung,
6 eine Anordnung mit mehreren Erdwärmesonden und
7 eine Erdwärmesonde am Gebäude.
Für die Errichtung einer erfindungsgemäßen Erdwärmesonde wird zunächst eine Erdbohrung durchgeführt, wodurch ein Bohrloch 1 entsteht. In das Bohrloch 1 wird eine Schlauchkombination 2 eingelassen. Die Schlauchkombination 2 besteht dabei gemäß 1 aus einem ersten Schlauch 3, einem zweiten Schlauch 4, einem dritten Schlauch 5 und einem vierten Schlauch 6. Ferner weist die Schlauchkombination 2 eine erste Einschnürung 7 und eine zweite Einschnürung 8 auf. Dabei bewirkt die erste Einschnürung 7, dass erster Schlauch 3 und zweiter Schlauch 4 dicht verschlossen sind. Die zweite Einschnürung 8 verschließt den Zwischenraum zwischen den Einschnürungen, der mit einem Schüttgut versehen wurde und somit in einfachster Weise eine Beschwerung 9 für die in das Bohrloch 1 einzulassende Schlauchkombination 2 darstellt. Nach dem Einlassen bzw. auch schon während des Einlassens wird die Schlauchkombination 2 über den dritten Schlauch 5, der sich im Inneren des zweiten Schlauches 4 befindet, und den vierten Schlauch 6, der sich im Inneren des ersten Schlauches 3, aber außerhalb des zweiten Schlauches 4 liegend befindet, mit Wasser befüllt. Über den vierten Schlauch 6 wird nun der Ringraum, siehe 2, von unten mit fließfähigem Betonmörtel befüllt, wobei der vierte Schlauch 6 dabei herausgezogen wird und das im Ringraum befindliche Wasser nach oben herausgedrückt wird. Der mit Wasser befüllte Schlauch 4 richtet sich in dem schwereren flüssigen Mörtel des Ringraumes auf, wodurch es zu der exakt zylindrischen und zentrischen Ausrichtung von Schlauch 4 im Mörtelbett gemäß Bild 2 kommt. Der Betonmörtel bildet nach seiner Aushärtung die stabile Rohrwandung des so hergestellten monolithischen Betonrohres 10. Die Schlauchkombination 2 verbleibt als sogenannte verlorene Schalung im Erdreich bzw. im Betonrohr 10 und schützt somit zugleich das Betonrohr 10. In Abhängigkeit von der weiteren Verwendung wird der dritte Schlauch 5 entfernt, was jedoch nicht zwingend ist. Abschließend wird gemäß 3 ein Wärmezufuhrsystem 11 am unteren Bereich des Betonrohres 10 und ein Wärmeentnahmesystem 12 am oberen Bereich des Betonrohres 10 platziert, wobei sich das Wasser weiterhin als Sondenwassersäule 13 im Betonrohr 10 befindet. Um möglichst große Wärmeaustauschflächen zu realisieren, bestehen das Wärmezufuhrsystem 11 und das Wärmeentnahmesystem 12 aus Rippenrohren oder gemäß 3 aus schraubenfederförmig gebogenen Rohren, bevorzugt aus hoch wärmeleitfähigem Kupfer.
Gemäß 4 ist ein Wärmezufuhrsystem 11 wieder im unteren Bereich des Betonrohres 10 angeordnet und das im oberen Bereich angeordnete Wärmeentnahmesystem 12 besteht hier nur aus einer mit einer Wärmepumpe 14 in Verbindung stehenden offenen Rohrleitung, wobei die Wärmepumpe 14 über die offene Rohrleitung oben aus der Sondenwassersäule 13 warmes Wasser entnimmt und das nach Durchlauf in der Wärmepumpe 14 abgekühlte Wasser unten der Sondenwassersäule 13 wieder zuführt. Die Zuführung könnte unter Nutzung des dritten Schlauches 5 erfolgen.
Wenn die Erdwärmesonde nicht unter dem Fundament eines Neubaus sondern außerhalb eines Bestandsgebäudes errichtet wird, ist es besonders zweckmäßig, das unmittelbare Sondenumfeld von ca. 2 m Durchmesser mit einer wärmeisolierenden und gegen das Durchlaufen von Niederschlagswasser schützenden subterranen Überdachung 15 gemäß 5 in etwa 1 m Tiefe zu überbauen.
Durchgeführte Messungen an einer erfindungsgemäßen Anordnung:
In einer erfindungsgemäß hergestellten Sondenwassersäule 13 von 12,5 cm Durchmesser und 30 m Tiefe im Außenbereich, die aus dem Boden herausragt und die keine weiteren Einbauten enthält, wird die Wassertemperatur bei verschiedenen äußeren Witterungsverhältnissen gemessen. Selbst bei –7 °C Außentemperatur beträgt die Temperatur des Wassers in der Sondenbohrung 50 cm unterhalb der Bodenoberfläche 10,5 °C. Auch in tieferen Bereichen wird keine andere Temperatur gemessen. Das entspricht der Temperatur des an diesem Standort in 17 m Tiefe beginnenden Grundwassers, die über das gesamte Jahr konstant ist. Am oberen Sondenende abgekühltes, schwereres Wasser wird ständig durch aufsteigendes wärmeres Wasser ersetzt und tauscht die Wärme bei gleichzeitigem Dichteausgleich mit dem aufsteigenden Wasser aus. Damit ist das gravitätische Verhalten des Wassers in einer Säule mit diesen geometrischen Abmessungen nachgewiesen.
Vergleichende Betrachtung zum Stand der Technik:
Eine erfindungsgemäß hergestellte Sondenwassersäule 13 im Außenbereich besitzt einen Durchmesser von 12,5 cm und 31 m Tiefe. Die in 0,5 m Tiefe beginnende Wassersäule hat ein Volumen von ca. 300 l. Die Wärmeübergangsfläche des Sondensäulenwassers zum zweiten Schlauch 4, bzw. zum Betonrohr 10, beträgt ca. 12 m², die des Betonrohres 10 zum ersten Schlauch 3, bzw. zum Erdreich, ca. 17,25 m² (2 und 5).
Eine herkömmliche Doppel-U-Sonde von 100 m Tiefe hat im Vergleich dazu einen Sondenwasserinhalt für den Wärmeübertrag in den Sondenbeton bzw. in das umgebende Erdreich von ca. 200 l. Die Wärmeübergangsflächen der 100 m tiefen Doppel-U-Sonde zu den Rohrinnenflächen, und darüber zum Beton bzw. Umgebungserdreich, betragen ca. 31 m², die allerdings durch gegenseitige „Verschattung“ um ca. 50 % reduziert sind. Sie betragen also effektiv ca. 15,5 m².
Während die für den Wärmeübergang aus dem Wärmeträger in den Sondenbeton, bzw. in das umgebende Erdreich, relevante Dicke der Kunststoffrohre der Doppel-U-Sonde 3 mm beträgt, sind der erste und zweite Schlauch 3 und 4 gemäß 2 in Summe nur 1,7 mm stark.
Aus diesen überschlägigen Berechnungen folgt, dass sich für den Wärmeübergang aus der Sondenwassersäule 13 in das umgebende Erdreich, der entscheidend für den langfristigen Wirkungsgrad aller Erdwärmesondenbauarten ist, damit selbst bei einer geringen Sondentiefe von nur 30 m bereits deutlich bessere Bedingungen ergeben als bei einer 100 m tiefen Doppel-U-Sonde üblicher Bauart.
Bei tieferen Ausführungen der erfindungsgemäßen Anordnung, z. B. mit 40 m oder 60 m langen Sondenwassersäulen 13, vergrößern sich Säulenwasservolumen und Wärmeübergangsflächen zum umgebenden Erdreich proportional. Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Erdwärmesonde zu vergleichbaren konventionellen Doppel-U-Sonden von 100 m Tiefe nimmt in diesem Maße zu.
Am Sondengrund der beispielhaft genannten Erdwärmesonde wird ein 50 m langes Kupferrohr mit einem Innendurchmesser von 8 mm und 1 mm Wandungsdicke schraubenfederförmig gebogen und als Wärmezufuhrsystem 11 installiert. Das Wärmezufuhrsystem 11 ist ca. 3 m lang und weist eine Oberfläche von ca. 1,6 m² für den Wärmeübergang vom Wärmeträger im Kupferrohr auf das Sondensäulenwasser auf.
Das Wärmezufuhrsystem 11 ist über Schlauchleitungen mit der Kühlanlage einer industriellen Fertigungsanlage verbunden, von der überschüssige Prozesswärme kostengünstig abgeführt werden muss. Der Vorlauf in das Wärmezufuhrsystem 11 am Sondengrund beträgt dabei im Durchschnitt 45 °C. Mittels Wärmemengenzählung an Vor- und Rücklauf des Wärmeträgerkreislaufes des Wärmezufuhrsystems 11 in der erfindungsgemäßen Sonde wurde ermittelt, dass in drei Monaten ca. 3500 kWh Wärme aus dem Prozess in die Sondenwassersäule 13, bzw. in das die Sonde umgebende Erdreich, abgeführt wurden.
Die Temperatur des Erdreiches in 1,2 m Abstand zur Sondenwassersäule 13 und in 12 m Tiefe wurde nach diesem Zeitraum mit 15 °C ermittelt. Damit kam es zu einer Erwärmung um 5 K im Umfeld um die Sonde in der Tiefe oberhalb der Grundwasser führenden Erdschicht.
An einem Wohngebäude mit 120 m² Wohnfläche werden drei erfindungsgemäße Sondenwassersäulen 13 mit 12,5 cm Durchmesser und 45 m Tiefe im Außenbereich mit 1 m Abstand zum Fundament errichtet (6). Durch die geringere Tiefe der Sondenbohrungen und die stark vereinfachte Installation der Sondenwassersäulen 13 im Vergleich zum Einbringen und Betonieren von Doppel-U-Sonden ist der Bau von drei erfindungsgemäßen thermogravimetrischen Sondenwassersäulen 13 deutlich kostengünstiger als die Errichtung von konventionellen Erdwärmesonden mit vergleichbarer Leistung.
Die drei Sondenbohrungen werden in 2 m Abstand voneinander in Reihe am Haus entlang gebohrt und in 1 m Tiefe mit einer subterranen Überdachung 15, bestehend aus einer 0,5 m dicken Glasschaumschotterschicht mit einer Verkleidung aus Kunststoffplatten, überbaut. Die subterrane Überdachung 15 schließt jeweils an das Gebäudefundament an und überragt die Sonden an der gebäudeabgewandten Seite um 1 m, ebenso an den beiden außenstehenden Sonden entlang des Fundaments. Außerhalb frei gelassener Anschlussbereiche 16 für die Wärmeträgerzu- und -ableitungen in Form abdeckbarer Schachtbetonelemente über den Sonden wird die subterrane Überdachung 15 mit Erdreich bedeckt und der Boden nivelliert (7).
In den Sondenwassersäulen 13 werden jeweils am Grund in 45 m Tiefe die Wärmezufuhrsysteme 11 zum Eintrag von überschüssiger Wärme aus der Raumklimatisierung des Gebäudes im Sommer und aus einem klimatisierten Wintergarten installiert. Die Überschusswärme wird nicht wie üblich nach außen in die Umgebung geblasen, sondern wird mit vergleichbarem elektrischen Pumpaufwand in die Tiefen der Sondenwassersäulen 13 transferiert. Zum Wärmeaustausch der zu kühlenden Raumluft gegen die aus der Sonde aufsteigende kalte Wärmeträgerflüssigkeit ist deutlich weniger elektrische Energie erforderlich, als wenn man eine Klimatisierung gegen die heiße Außenluft vornehmen würde, wie sie allgemein für Klimaanlagen üblich ist.
Die in die Wärmezufuhrsysteme 11 in 45 m Tiefe abgeführte Wärme tauscht sich gegen das Wasser der Sondenwassersäule 13 aus und steigt in dieser thermogravimetrisch auf und staut sich bevorzugt in den ersten 20 m Tiefe des Erdreiches unterhalb der subterranen Überdachung 15 und unterhalb des Gebäudes. Im Laufe eines Sommerhalbjahres erwärmt sich das Erdreich im Umfeld um die drei Sondenwassersäulen 13 in 1 m Abstand auf ca. 20 °C. Der Wärmeverlust in später nicht nutzbare Bereiche in Abstand zu den Sondenbohrungen wird durch die geringen Distanzen der Sondenwassersäulen 13 untereinander und durch die Nähe zum Gebäude stark reduziert.
An den oberen Enden der Sondenwassersäulen 13 werden jeweils Wärmeentnahmesysteme 12 zur Wärmeentnahme installiert. Die Wärmeentnahmesysteme 12 sind mittels druckdichter Kupferleitungen direkt mit dem hausinternen, mit einem üblichen Kältemittel gefüllten Wärmepumpenkreislauf verbunden. Über diese Wärmepumpe 14 erfolgt die Erwärmung des Brauchwassers und des Heizungsvorlaufes des Gebäudes. Die Wärmeaufnahme aus den Sondenwassersäulen 13 erfolgt alternierend aus den verschiedenen Sondenbohrungen, je nach vorliegendem Wärmeinhalt der jeweiligen Sondenwassersäule 13. Dabei wird in der Entspannungsphase des Kältemittels in einer der Wärmeentnahmesysteme 12 an den oberen Sondenenden die Temperatur des Kältemittels stark gesenkt, wodurch es zum intensiven und schnellen Wärmeübergang aus dem Sondenwasser auf das Kühlmittel kommt. Das Wasser der Sondenwassersäule 13 in der unmittelbaren Umgebung der Wärmeentnahmesysteme 12 wird stark gekühlt und sinkt nach unten ab. Es kommt zum Wärmeaustausch innerhalb der Sondenwassersäule 13 zwischen absinkendem kalten Wasser und thermogravimetrisch aufsteigendem wärmeren Wasser, wodurch Wärme sowohl aus den tieferen Bereichen der Sonde als auch aus dem Erdreich unterhalb der subterranen Überdachung 15 energetisch günstig geschöpft wird. Der Bereich unterhalb der subterranen Überdachung 15 weist ein besonders hohes Wärmepotenzial auf, da er im Sommer besonders viel versenkte Wärme aufgenommen hat. Damit wird der bei üblichen Wärmesonden kritische obere, erdbodennahe Bereich zu einer besonders effektiven Energiequelle.
Da die Wärmeentnahme bei Erreichen einer Sondenwassertemperatur von 4 °C, also dem Zustand der höchsten spezifischen Dichte von Wasser, über einen Thermostatregler unterbrochen wird, besteht niemals die Gefahr von Unterkühlung und Auffrieren des Erdbodens im Sondenumfeld, wie es von konventionellen Erdwärmesonden bekannt ist. Die Einhaltung der Regelung für die Sondenabstände zwischen verschiedenen Sonden gemäß VDI-Richtlinie 4640 erübrigt sich damit.
Es erfolgt erst eine Wärmeentnahme, wenn das Sondenwasser durch die verschiedenen Wärmetauschprozesse wieder regeneriert ist, z. B. auf 10 °C. Zwischenzeitlich kann Wärme aus einer der beiden anderen Sondenwassersäulen 13 auf die beschriebene Weise geschöpft werden.
Die im Sommerhalbjahr gespeicherte Abwärme wird durch die erfindungsgemäße Bauart als Erdwärmespeichersonde mit thermogravimetrischem Wärmeenergieausgleich in einer stehenden Wassersäule in der Heizperiode wieder in hohem Maße nutzbar gemacht. Die erfindungsgemäße Sonde wird zum Kernstück eines energetisch günstig zu betreibenden Klimatisierungssystems sowohl für die Kühlperioden im Sommer als auch für die Heizperioden im Winter von Wohn-, Gesellschafts- und Industriebauten über den gesamten klimatischen Jahreszyklus.
Neben der sparsamen Raumkühlung mithilfe der aus dem Erdreich gewonnenen Kühle ergibt sich eine Verbesserung des Faktors zwischen geförderter Wärme zur aufgewendeten elektrischen Energie (Jahresarbeitszahl) für die Nutzung als Wärmequelle um mindestens ein bis zwei Zähleinheiten im Vergleich zu den bekannten Erdwärmesondenbauarten, also zum Beispiel eine Verbesserung von 4, 5 auf 6.
An einem Wohngebäude mit 150 m² Wohnfläche werden drei erfindungsgemäße Sondenwassersäulen 13 mit 12,5 cm Durchmesser und 45 m Tiefe im Außenbereich mit 1 m Abstand zum Fundament und jeweils 2 m Abstand untereinander errichtet. Die drei Sondenbohrungen werden mit subterranen Überdachungen 15 aus Glasschaumschotter in 1 m Tiefe wie beschrieben überdeckt, die an die Wärmedämmung der Fundamente angebunden sind und bis 2,5 m unterflur vom Gebäude weg reichen. In den drei mit Wasser gefüllten Sondenbohrungen werden jeweils am Grund Wärmezufuhrsysteme 11 installiert, über die den Sondenwassersäulen 13 und dem sie umgebenden Erdreich in der warmen Jahreszeit überschüssige Wärme aus der Raumklimatisierung und von solarthermischen Anlagen zugeführt werden.
Die drei Sondenwassersäulen 13 enthalten jeweils ca. 450 l Wasser, in Summe also ca. 1.350 l Wasser. Die Sondenwassersäulen 13 sind an den oberen Enden dicht verschlossen und über Rohrleitungen mit dem hausinternen Heizsystem verbunden. Bei eintretendem Wärmebedarf wird das Wasser der Sonden nun jeweils unabhängig voneinander mit den für herkömmliche Erdwärmesonden üblichen Systemen umgepumpt und durchläuft eine Wärmepumpe 14, die dem durchströmenden Wasser von z. B. 20 °C (aus der sommerlichen Erwärmung) 10 K entzieht. Das gekühlte Wasser wird über ein zentrales Rohr 17, gemäß 4, von 25 mm Innendurchmesser zum jeweiligen Sondengrund zurückgepumpt und verdrängt das Wasser der Sondenwassersäule 13 mit 12,5 cm Durchmesser, das entsprechend langsamer an den relativ warmen Sondeninnenwandungen aufsteigt, in Richtung der Wärmepumpe 14. Wenn der Temperaturgradient des aufkommenden und des abgehenden Sondenwassers für die energetisch effektive Wärmeentnahme zu ungünstig wird, wechselt das System auf die nächste Sondenwassersäule 13. Die Säule, aus der gerade die Wärmeentnahme erfolgte, erhält Zeit zur thermischen Regeneration aus dem mit Sommerwärme aufgeladenen Erdreich im Sondenumfeld.
Über einfache Messung der Sondenwassertemperaturen an den oberen Enden der Sondenwassersäulen 13 lässt sich der kaskadenförmige Aufbau besonders effektiv steuern, in welcher Sondenwassersäule 13 das Wasser am wärmsten ist und aus welcher Sondenwassersäule 13 die nächste Wärmeentnahme am wirtschaftlichsten erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Bohrloch
2: Schlauchkombination
3: erster Schlauch
4: zweiter Schlauch
5: dritter Schlauch
6: vierter Schlauch
7: erste Einschnürung
8: zweite Einschnürung
9: Beschwerung
10: Betonrohr
11: Wärmezufuhrsystem
12: Wärmeentnahmesystem
13: Sondenwassersäule
14: Wärmepumpe
15: Überdachung
16: Anschlussbereich
17: zentrales Rohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202010000498 U1 [0005, 0011]
EP 0582118 A1 [0005]
DD 150793 A5 [0006]
DE 4211576 A1 [0006, 0009]
DE 202007006682 [0008]
DE 202007014142 U1 [0008]
DE 102007036114 A1 [0008]
DE 102008037316 A1 [0008]
EP 1065451 B1 [0008]
DE 102008039098 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

VDI-Richtlinie 4640 „Thermische Nutzung des Untergrundes“ [0003]
VDI-Richtlinie 4640 [0007]
VDI-Richtlinie 4640 [0011]
VDI-Richtlinie 4640 [0049]

Claims

Verfahren zur Errichtung einer Erdwärmesonde, gekennzeichnet durch die Schritte: – Erstellen eines Bohrloches (1), – Erstellen eines monolithischen Betonrohres (10), – indem eine Schlauchkombination (2) in dem Bohrloch (1) platziert wird, wobei die Schlauchkombination (2) hergestellt wird, indem in einen ersten Schlauch (3) ein zweiter Schlauch (4) mit geringerem Durchmesser platziert wird und beide Schläuche an dem in das Bohrloch (1) einzuführenden erdseitigen Ende dicht verschlossen werden, – der erste und zweite Schlauch (3, 4) vollständig mit Wasser befüllt werden, – abschließend der erste Schlauch (3) vom erdseitigen Ende her mit fließfähigem Betonmörtel befüllt wird, so dass nach Aushärtung das monolithische Betonrohr (10) erstellt ist und die Schlauchkombination (2) als verlorene Schalung im Erdreich verbleibt, – Platzieren eines Wärmezufuhrsystems (11) am unteren Ende des Betonrohres (10) und – Platzieren eines Wärmeentnahmesystems (12) am oberen Ende des Betonrohres (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich um das Betonrohr (10) herum zum Schutz vor atmosphärischen Einflüssen wie Kälte und Niederschlagswasser mit einer wärmedämmenden und wasserundurchlässigen subterranen Überdachung (15) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum besseren Einführen der Schlauchkombination (2) in das Bohrloch (1) das erdseitige Ende mit einer Beschwerung (9) versehen wird.
Anordnung zum Einleiten von Wärme in und zum Entnehmen von Wärme aus einer Erdwärmesonde mit einem in einem vertikal angeordneten Bohrloch (1) verbrachten Rohrsystem, welches eine zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit enthält, dadurch gekennzeichnet, dass – in dem Bohrloch (1) ein mit Wasser gefülltes und unten verschlossenes Betonrohr (10) vorhanden ist, – das Rohrsystem aus einem Wärmezufuhrsystem (11) und einem Wärmeentnahmesystem (12), jeweils mit Zu- und Ableitungsrohren, besteht, wobei – das Wärmezufuhrsystem (11) im Betonrohr (10) im unteren Bereich und – das Wärmeentnahmesystem (12) im Betonrohr (10) im oberen Bereich angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmezufuhrsystem (11) aus einem schraubenfederförmig gewundenen Rohr besteht, wobei dessen Anfang mit dem Zuleitungsrohr und dessen Ende mit dem Ableitungsrohr in Verbindung steht.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeentnahmesystem (12) aus einem schraubenfederförmig gewundenen Rohr besteht, wobei dessen Anfang mit dem Ableitungsrohr und dessen Ende mit dem Zuleitungsrohr in Verbindung steht.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeentnahmesystem (12) aus einem ersten und einem zweiten Rohr besteht, wobei das erste Rohr im unteren Bereich und das zweite Rohr im oberen Bereich des Betonrohres (10) angeordnet ist und das erste Rohr mit dem Zuleitungsrohr und das zweite Rohr mit dem Ableitungsrohr in Verbindung steht.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeentnahmesystem (12) und/oder das Wärmezufuhrsystem (11) aus Rippenrohren besteht.
Anordnung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmesonde zum Schutz vor atmosphärischen Einflüssen wie Kälte und Niederschlagswasser unter einem Gebäude angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmesonde zum Schutz vor atmosphärischen Einflüssen wie Kälte und Niederschlagswasser mit einer wärmedämmenden und wasserundurchlässigen subterranen Überdachung (15) versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Erdwärmesonden kaskadenförmig angeordnet sind, wobei jeweils die Wärmeentnahmesysteme (12) und Wärmezufuhrsysteme (11) in Reihe miteinander verbunden sind, so dass der Rücklauf des Mediums, dem die Wärme entzogen bzw. das mit Abwärme beladen wurde, nicht in die Erdwärmesonde erfolgt, aus der gerade der Wärmeträger zur Wärmeentnahme bzw. Wärmebeladung gepumpt wird.