DE202008006619U1

DE202008006619U1 - Anordnung zur Erdwärmenutzung und -speicherung

Info

Publication number: DE202008006619U1
Application number: DE202008006619U
Authority: DE
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2018-05-16

Abstract

Anordnung zur Nutzung und Speicherung von Erdwärme mit wenigstens einem Direktverdampferelement, das mit einem Direktverdampfermedium gefüllt ist, dem wenigstens ein mit einem Wärmeträgermedium gefülltes Element zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Nutzung und Speicherung von Erdwärme, bei der wenigstens ein Direktverdampferelement vorgesehen ist.
Bekannt sind Erdwärmesonden oder -kollektoren, die nach dem Direktverdampfer- oder Heatpipe-Prinzip arbeiten.
Dabei verdampft ein Fluid, dessen Temperatur unter der Temperatur des umgebenden Bodens liegt, in einer Erdwärmesonde oder einem Erdwärmekollektor als Folge der Wärmeaufnahme aus dem umgebenden Boden. Das Fluid wird anschließend in einem Wärmeübertrager wieder verflüssigt, wobei ihm Wärme entzogen wird.
Diese Technik ist sehr effektiv.
Nachteilig ist dabei, dass dem Boden nur Wärme entzogen und somit die aufwendige geothermische Installation nur zum Heizen verwendet werden kann.
Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, eine Weiterbildung der oben geschilderten Erdwärmesondenanordnung vorzusehen, mit der der genannte Nachteil überwunden wird und insbesondere auch eine Kühlung erfolgen kann.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Anordnung vorgesehen, bei der im Bereich der Direktverdampferelemente wenigstens ein weiteres Wärmeübertragerelement installiert ist, das mit einem Wärmeträgermedium gefüllt ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Nutzung und Speicherung von Erdwärme ist dabei derart ausgeführt, dass wenigstens ein Direktverdampferelement mit wenigstens einem mit einem Wärmeträgermedium gefüllten Element kombiniert ist.
Mit der Anordnung zur Nutzung und Speicherung von Erdwärme mit wenigstens einem Direktverdampferelement, das mit einem Direktverdampfermedium gefüllt ist, dem wenigstens ein mit einem Wärmeträgermedium gefülltes Element zugeordnet ist, kann sowohl effektiv geheizt als auch gekühlt werden.
Dafür wird vorgeschlagen, dass Direktverdampferelemente und mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Elemente benachbart zueinander angeordnet werden, so dass das umgebende Erdreich genutzt werden kann, um daraus Erdwärme zu entziehen, Wärme hineinzuleiten bzw. um das umgebende Erdreich als Wärmespeicher zu nutzen.
Hierzu sind das Direktverdampferelement und das mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Element einander beabstandet zugeordnet.
Direktverdampferelemente und mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Elemente sollen bevorzugt zusammen in einem Graben oder Bohrloch eingebracht sein.
Die Erfindung sieht jedoch auch vor, dass Direktverdampferelemente und mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Elemente in separaten, aber benachbarten Gräben oder Bohrlöchern eingebracht sind.
Dabei sollte deren Abstand bevorzugt höchstens 1 m betragen, um ausreichenden Wärmetransport zum Direktverdampferelement zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Erdwärmenutzung wird dazu wie folgt betrieben:

1. Heizbetrieb Im Heizbetrieb wird das Direktverdampferelement aktiviert und damit dem Boden Wärme entzogen. Das mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Element wird nicht in Betrieb gesetzt.
2. Kühlbetrieb Im Kühlbetrieb wird dem Boden Wärme über das mit Wärmeträgermedium gefüllte Element zugeführt. Bei dieser Betriebsweise wird das Direktverdampferelement nicht in Gang gesetzt.

Besonders vorteilhaft ist dabei eine Betriebsweise, bei der Energie, die bei der Kühlung mit Hilfe des mit einem Wärmeträgermedium gefüllten Elements in den Boden eingebracht wurde, dort also „zwischengespeichert” wird, bei Bedarf wieder mit dem Direktverdampferelement dem Boden entnommen und für Heizzwecke zur Verfügung gestellt werden kann. Dies kann insbesondere bei tageszeitlich sehr stark schwankenden Temperaturen vorteilhaft sein.
So kann tagsüber bei hohen Außentemperaturen aus einem Gebäude zum Zwecke der Kühlung Energie heraustransportiert im Erdreich zwischengespeichert werden, die nachts bei tieferen Außentemperaturen dann zur Heizung des Gebäudes eingesetzt wird.
Erfindungsgemäß können das Direktverdampferelement und das mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Element gemeinsam oder unabhängig voneinander betreibbar sein.
Die Direktverdampferelemente und die mit Wärmeträgermedium gefüllten Elemente können als senkrecht oder schräg eingebrachte Erdwärmesonden, als helix- oder kegelstumpfartige Elemente oder als annähernd horizontal verlegte Erdwärmekollektoren ausgebildet sein.
In einer besonderen Ausführungsform der Direktverdampferelemente als tief in das Erdreich eingebrachte Erdwärmesonden ist mindestens ein mit einem Wärmeträgermedium gefülltes Element kürzer, also weniger tief reichend, als das Direktverdampferelement ausgeführt.
Dies ist besonders bei sehr tief installierten Erdwärmesonden vorteilhaft, da große Tiefen wegen der mit der Tiefe zunehmenden Temperatur für Kühlzwecke weniger gut geeignet sind als geringere Tiefen.
Als Direktverdampfermedien sind Kohlendioxid (CO₂) und Propan (C₃H₈) wegen ihrer Ungiftigkeit vorteilhaft, ein weiterer Vorteil von CO₂ ist darüber hinaus dessen Unbrennbarkeit.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass das mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Element ein Rohr ist.
Das Rohr kann als gerades Rohr oder helix- oder kegelstumpfartig angeordnet ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass eine Anordnung gewählt wird, bei der das Direktverdampferelement als senkrecht oder schräg in den Boden eingebrachte Erdwärmesonde von einem mit einem Wärmeträgermedium gefüllten Element in Form eines helix- oder kegelstumpfartig angeordneten Rohres umgeben ist.
Hierdurch ist eine besonders kompakte Bauform der Kombination eines Direktverdampferelements mit einem Element, das mit einem Wärmeträgermedium gefüllt ist, realisierbar.
Dies hat Vorteile bei der Herstellung, Lagerung, Transport und beim Einbau auf der Baustelle. Ein solches kombiniertes Element ist deshalb kostengünstig.
Als Wärmeträgermedium in dem mit einem Wärmeträgermedium gefüllten Element ist Wasser vorteilhaft, da es eine hohe Wärmekapazität, hohe Viskosität und Grundwasserneutralität vereint.
Die Erfindung erfasst aber auch alle anderen Wärmeträgermedien, insbesondere Gemische von Wasser und Frostschutzzusätzen und/oder Salzen.

Claims

Anordnung zur Nutzung und Speicherung von Erdwärme mit wenigstens einem Direktverdampferelement, das mit einem Direktverdampfermedium gefüllt ist, dem wenigstens ein mit einem Wärmeträgermedium gefülltes Element zugeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Direktverdampferelement als Erdwärmesonde oder Erdwärmekollektor ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdwärmesonden als gerades Rohr oder helix- oder kegelstumpfartig ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Direktverdampfermedium Kohlendioxid (CO₂) oder Propan (C₃H₈) vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Element ein Rohr ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr als gerades Rohr oder helix- oder kegelstumpfartig angeordnet ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträgermedium Wasser oder eine Mischung von Wasser und Frostschutzzusätzen und/oder Salzen vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abstand zwischen dem Direktverdampferelement und dem mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Element höchstens 1 m beträgt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Direktverdampferelement und das mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Element zusammen in einem Graben oder Bohrloch eingebracht sind.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Direktverdampferelement und das mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Element in separaten, aber benachbarten Gräben oder Bohrlöcher eingebracht sind.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Direktverdampferelement und das mit einem Wärmeträgermedium gefüllte Element gemeinsam oder unabhängig voneinander betreibbar sind.