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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdkollektor für eine Wärmepumpe.
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Aus der
DE 10 2006 061 065 A1 ist ein Erdkollektormodul für eine Wärmepumpe und Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors bekannt. Das Erdkollektormodul weist einen Träger auf, der als formstabile Gitterstruktur ausgebildet ist und eine ebene Form aufweist. Das Erdkollektormodul weist weiterhin ein flexibles Kunststoffrohr auf, das für ein durchlaufendes Rohrsystem als durchgehende Schlaufe über die Ebene des Trägers verlegt und auf dem Träger befestigt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Erdkollektor für eine Wärmepumpe möglichst einfach auszubilden.
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Diese Aufgabe wird durch einen Erdkollektor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung enthalten.
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Demzufolge ist ein Erdkollektor für eine Wärmepumpe mit mehreren Erdkollektorvorrichtungen vorgesehen. Jede der Erdkollektorvorrichtungen ist jeweils als flächige Einheit (Modul) ausgebildet. Die vorgefertigte Einheit kann auch als Modul bezeichnet werden. Die Einheit ist dabei separat handhabbar und sowohl als Funktionselement als auch als Organisationseinheit zu verstehen.
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Vorzugsweise weist die Einheit ein Rohr und einen Träger auf, wobei eine Verlegungsform des Rohres mit dem Träger fixiert ist. Die flächige Ausbildung der Erdkollektorvorrichtung ermöglicht es eine größere Gesamtfläche eines Erdkollektors durch eine Mehrzahl von Erdkollektorvorrichtungen auf einer Baustelle schnell zu errichten.
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Eine erste Erdkollektorvorrichtung ist auf einer Sohle einer im Erdreich ausgebildeten Grube positioniert. Die Sohle der Grube kann auch als Grundfläche bezeichnet werden. Im einfachsten Fall wird die erste Erdkollektorvorrichtung auf die Sohle der Grube zur Positionierung gelegt. Ebenfalls ist es möglich für die Positionierung eine Fixierung der Erdkollektorvorrichtung auf der Sohle – beispielsweise durch Pfähle, Anker oder dergleichen – vorzusehen.
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Zusätzlich zur ersten Erdkollektorvorrichtung ist eine zweite Erdkollektorvorrichtung und/oder eine dritte Erdkollektorvorrichtung in der Grube positioniert. Die zweite und/oder dritte Erdkollektorvorrichtung ist dabei nicht auf der Sohle der Grube positioniert, sondern von der ersten Erdkollektorvorrichtung beabstandet. Die zweite und/oder dritte Erdkollektorvorrichtung weist vorteilhafterweise einen Mindestabstand von mindestens 20 cm zur ersten Erdkollektorvorrichtung auf. Auch ist es möglich die zweite und/oder dritte Erdkollektorvorrichtung von der Sohle beabstandet zu positionieren.
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Weiterhin ist ein Füllmaterial zum Füllen der Grube vorgesehen. Das Füllmaterial ist vorzugsweise wasserdurchlässig. Vorteilhafterweise weist das Füllmaterial Erdreich auf. Das Füllmaterial ist zwischen der ersten, im Grundwasserbereich angeordneten Erdkollektorvorrichtung und der zweiten, oberhalb des Grundwasserbereichs angeordneten Erdkollektorvorrichtung angeordnet.
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Alternativ oder in Kombination ist das Füllmaterial auf der ersten Erdkollektorvorrichtung und auf der dritten, an einer Böschung der Grube positionierten Erdkollektorvorrichtung angeordnet. Durch eine vorteilhafterweise direkte Anordnung der dritten Erdkollektorvorrichtung an der Böschung der Grube wird eine gute Wärmekopplung zum festen Erdreich erzielt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Erdkollektor für eine Wärmepumpe mit jeweils als flächige Einheit ausgebildeten Erdkollektorvorrichtungen. Eine erste Erdkollektorvorrichtung ist vorwiegend horizontal in einem Grundwasserbereich im Erdreich angeordnet. Horizontal bezeichnet hierbei die idealisierte Erdoberfläche. Die Flächennormale der Hauptfläche der ersten vorwiegend horizontal angeordnete Erdkollektorvorrichtung kann dabei von der Lotrichtung (Schwerevektor) abweichen. Das Grundwasser im Grundwasserbereich ist Wasser, das unter der Erdoberfläche in Hohlräumen im Grundwasserbereich einen Wasserkörper bildet. Mittels der ersten Erdkollektorvorrichtung wird vorteilhafterweise dem Grundwasser Wärmeenergie entzogen und zur Wärmpumpe mittels eines in der ersten Erdkollektorvorrichtung fließenden Mediums geführt.
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Eine zweite Erdkollektorvorrichtung ist ebenfalls vorwiegend horizontal angeordnet. Dabei ist die zweite Erdkollektorvorrichtung oberhalb der ersten Erdkollektorvorrichtung außerhalb des Grundwasserbereichs im Erdreich angeordnet. Der zweiten Erdkollektorvorrichtung wird vorwiegend durch Oberflächenwasser oder Regenwasser Energie zugeführt.
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Aufgrund zumindest teilweise unterschiedlicher Energiequelle ist bevorzugt vorgesehen, dass sich die erste Erdkollektorvorrichtung und die zweite Erdkollektorvorrichtung zumindest teilweise überdecken. In Lotrichtung gesehen überlappen sich daher die erste Erdkollektorvorrichtung und die zweite Erdkollektorvorrichtung. Hierdurch kann eine besonders platzsparende Anordnung der Erdkollektorvorrichtungen des Erdkollektors erzielt werden, so dass bereits aus kleineren Grundstücken die gleiche Energiemenge für die Wärmepumpe entzogen werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Erdkollektor für eine Wärmepumpe mit jeweils als flächige Einheit ausgebildeten Erdkollektorvorrichtungen. Eine erste Erdkollektorvorrichtung ist vorwiegend horizontal im Erdreich angeordnet. Eine dritte Erdkollektorvorrichtung ist zur ersten Erdkollektorvorrichtung beabstandet im Erdreich angeordnet. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen der ersten Erdkollektorvorrichtung und der dritten Erdkollektorvorrichtung mindestens 20 Zentimeter.
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Die dritte Erdkollektorvorrichtung ist zur ersten Erdkollektorvorrichtung nicht parallel, sondern in einem stumpfen Winkel angeordnet. Vorzugsweise ist der Winkel kleiner 160°. Bevorzugt ist die dritte Erdkollektorvorrichtung vorwiegend vertikal angeordnet. Die dritte Erdkollektorvorrichtung und die erste Erdkollektorvorrichtung können außerhalb des Grundwasserbereichs angeordnet sein. Hierzu ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass sich die dritte Erdkollektorvorrichtung und die erste Erdkollektorvorrichtung in Lotrichtung gesehen nicht überdecken. Alternativ kann die erste und/oder dritte Erdkollektorvorrichtung zumindest teilweise in einem Grundwasserbereich angeordnet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung beträgt der Abstand zwischen der ersten Erdkollektorvorrichtung und der zweiten Erdkollektorvorrichtung mindestens einen Meter. Bevorzugt ist die erste Erdkollektorvorrichtung bezüglich der Erdoberfläche vorwiegend horizontal angeordnet. Die erste und/oder dritte Erdkollektorvorrichtung ist bezüglich der Erdoberfläche vorzugsweise im Wesentlichen horizontal also bevorzugt nach Art einer Horizontalen ausgerichtet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors für eine Wärmepumpe. In dem Errichtungsverfahren werden Erdkollektorvorrichtungen jeweils als flächige Einheit (Modul) vorgefertigt.
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Eine Grube wird im Erdreich ausgebildet. Zur Ausbildung der Grube wird diese beispielsweise mittels eines Baggers ausgebaggert. Eine erste Erdkollektorvorrichtung wird in die Grube eingebracht und auf der Sohle der Grube positioniert. Die Sohle der Grube kann auch als Grundfläche bezeichnet werden. Zudem wird eine zweite Erdkollektorvorrichtung in die Grube eingebracht und von der ersten Erdkollektorvorrichtung beabstandet positioniert. Zwischen der Positionierung der ersten Erdkollektorvorrichtung und der zweiten Erdkollektorvorrichtung können weitere Schritte, wie das Einbringen eines Füllmaterials in die Grube erfolgen.
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Füllmaterial wird in die Grube eingebracht, wobei das Füllmaterial zwischen die erste, im Grundwasserbereich angeordnete Erdkollektorvorrichtung und die zweite, oberhalb des Grundwasserbereichs angeordnete Erdkollektorvorrichtung in die Grube eingebracht wird.
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Ein anderer Verfahrensaspekt sieht ebenfalls ein Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors für eine Wärmepumpe vor. In dem Verfahren zur Errichtung des Erdkollektors für eine Wärmepumpe werden ebenfalls Erdkollektorvorrichtungen jeweils als flächige Einheit (Modul) vorgefertigt.
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Eine Grube wird im Erdreich – beispielsweise wiederum durch Ausbaggern – ausgebildet. Eine erste Erdkollektorvorrichtung wird in die Grube eingebracht und auf der Sohle der Grube positioniert. Eine dritte Erdkollektorvorrichtung wird in die Grube eingebracht und von der ersten Erdkollektorvorrichtung beabstandet positioniert.
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Füllmaterial wird in die Grube eingebracht, wobei das Füllmaterial auf die erste Erdkollektorvorrichtung und auf die dritte, an einer Böschung der Grube positionierte Erdkollektorvorrichtung eingebracht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind in der Grube die erste Erdkollektorvorrichtung und die zweite Erdkollektorvorrichtung und die dritte Erdkollektorvorrichtung positioniert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildungsvariante wird Füllmaterial in der Grube verdichtet. Hierzu kann beispielsweise eine Vibrationsplatte oder ein Vibrationsstampfer verwendet werden.
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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.
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Im Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
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Dabei zeigen
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1 eine Erdkollektorvorrichtung,
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2a eine schematische Darstellung eines Grundstücks mit mehreren Bereichen zur Errichtung eines Erdkollektors,
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2b eine schematische Darstellung eines Grundstücks mit zwei Bereichen zur Errichtung eines Erdkollektors,
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3a eine schematische Schnittdarstellung mit zwei im Erdreich angeordneten Erdkollektorvorrichtungen,
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3b eine schematische Schnittdarstellung mit drei im Erdreich angeordneten Erdkollektorvorrichtungen,
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4a eine schematische Schnittdarstellung einer Baugrube für ein Gebäude mit im Erdreich angeordneten Erdkollektorvorrichtungen, und
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4b eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Baugrube für ein Gebäude mit im Erdreich angeordneten Erdkollektorvorrichtungen.
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In 1 ist eine Erdkollektorvorrichtung 100 schematisch dargestellt. Die in 1 dargestellte Erdkollektorvorrichtung 100 kann mit einem Medium gefüllt werden, das zum Transport der Wärmeenergie zu einer Wärmepumpe dient. Hierzu weist die Erdkollektorvorrichtung 100 der 1 ein Rohr 110, beispielsweise ein Kunststoffrohr 110, auf. Das Rohr 110 weist zwei Anschlussbereiche 111 und 112 beispielsweise zum Anschluss an einen Verteilungsknoten auf. Die Erdkollektorvorrichtung 100 ist dabei flächig ausgebildet und weist eine im Verhältnis zur Höhe H und Länge L kleinere Breite B auf. Vorzugsweise erstreckt sich der Träger 113 über die Höhe H der Erdkollektorvorrichtung 100. Die Erdkollektorvorrichtung 100 erstreckt sich dabei über eine Fläche A, die durch die Höhe H und Länge L und somit durch die größten Maße (H, L) der Erdkollektorvorrichtung definiert ist.
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Die Erdkollektorvorrichtung 100 ist vorzugsweise formstabil ausgebildet. Beispielsweise ist die Erdkollektorvorrichtung 100 eine starre, biegesteife Konstruktion aus einem festen Leitungskörper für das Medium. Die Erdkollektorvorrichtung 100 der 1 liegt jedoch in Form eines Erdkollektormoduls vor, dessen Leitungsrohr 110 aus einem fortlaufenden flexiblen Kunststoffrohr 110 besteht, das auf einem mehrteiligen Träger 113, 114 aufgebracht ist. Das Rohr 110 ist als durchgehende Schlaufe verlegt. Unter einer durchgehenden Schlaufe wird dabei verstanden, dass innerhalb der Erdkollektorvorrichtung 100 das Rohr 110 keine Abzweigung, Verteiler oder dergleichen aufweist. Das als durchgehende Schlaufe auf dem Träger 113, 114 positionierte Rohr 110 kann daher auch als Rohrschlange bezeichnet werden. Das Rohr kann für den Energietransport zur Wärmepumpe mit einem beispielsweise flüssigen Wärmeträger als Medium gefüllt werden.
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Ins Erdreich eingebracht ermöglicht die Erdkollektorvorrichtung 100 eine gute Wärmekopplung auf beiden Hauptseiten der Erdkollektorvorrichtung 100 zum Erdreich. Die Erdkollektorvorrichtung ist für eine Wärmepumpe vorgesehen. Hierzu wird die Erdkollektorvorrichtung 100 mittels der Anschlussbereiche 111, 112 über Zuleitungen an die Wärmepumpe angeschlossen. Die Erdkollektorvorrichtung 100 weist eine derartige Formstabilität auf, dass – insbesondere während der Errichtung des Erdkollektors – Abschnitte des flexiblen Kunststoffrohres 110 zueinander auf Distanz gehalten werden können. Die Befestigung des auf dem Träger 113, 114 verlegten flexiblen Kunststoffrohres 110 bewirkt die Beibehaltung der geometrischen Form der Rohrverlegung, wie beispielsweise eine Spirale oder dergleichen.
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Das Kunststoffrohr 110 ist vorzugsweise hochdruckvernetzt. Das Kunststoffrohr 110 ist vorzugsweise auf dem Träger 113, 114 kreuzungsfrei verlegt. Beispielsweise ist das Kunststoffrohr 110 auf dem Träger 113, 114 mäanderförmig oder spiralförmig verlegt.
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Vorzugsweise wird mittels Klemmung des Kunststoffrohres 110 in Nuten des Trägers 113, 114 eine Formstabilität der gesamten Erdkollektorvorrichtung 100 bewirkt. Die Erdkollektorvorrichtung 100 weist als Träger mehrere voneinander beabstandete Trägerelemente 113, 114 auf. Die Trägerelemente 113, 114 sind dabei nicht untereinander verbunden. Die Trägerelemente 113, 114 sind dabei formstabil, beispielsweise aus Fichtenholz, ausgebildet. Die Erdkollektorvorrichtung 100 erhält ihre Festigkeit dabei aus der Befestigung des Kunststoffrohres 110 auf den Trägerelementen 113, 114.
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Die Erdkollektorvorrichtung 100 ist vorzugsweise als Modul ausgebildet, wobei ein Modul eine vorgefertigte Baueinheit ist, die als Einheit an die Baustelle zur Errichtung angeliefert werden kann. Die Erdkollektorvorrichtung 100 kann für eine bezüglich der Erdoberfläche horizontale oder vertikale Errichtung ausgebildet sein. Die ebene Form der Erdkollektorvorrichtung 100 bewirkt eine im Vergleich zur Länge L und Tiefe/Höhe H wesentlich kleinere Breite B der Erdkollektorvorrichtung 100. Eine Planarität der Erdkollektorvorrichtung 100 ist hingegen nicht erforderlich. Die Modularität ermöglicht es, je nach Umgebungsbedingungen, wie Bodenbeschaffenheit, Abmessungen etc. die Abmessungen der Erdkollektorvorrichtung 100 anzupassen. Der Träger 113, 114 ist vorzugsweise formstabil, bevorzugt starr ausgebildet. Eine Länge der Holzplatten 113 bildet die Höhe H der Erdkollektorvorrichtung 100. Hingegen definieren die Rundungen des Kunststoffrohres 110 mit den optionalen Holzplatten 114 an den Stirnseiten der Erdkollektorvorrichtung 100 die Länge L der Erdkollektorvorrichtung 100. Die Breite B kann beispielsweise durch die Dicke der Holzplatten 113 definiert sein.
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Die Erdkollektorvorrichtung 100 wird vorzugsweise für die folgenden Ausgestaltungen der 2a bis 4b verwendet. Es können jedoch auch andere Erdkollektorvorrichtungen (nicht dargestellt) beispielsweise aus flächigen Kunststoffkörpern auch ohne Träger verwendet werden.
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Muss aufgrund der Bodenbeschaffenheit ein horizontaler Erdkollektor für ein Erdwärmesystem errichtet werden, steigen die Kosten mit dem Umfang der Erdreichbewegungen. Um die Kosten für die Errichtung eines zumindest teilweise horizontalen Erdkollektors zu reduzieren ist in der 2a und 2b vorgesehen ein für den Erdkollektor vorgesehenes Grundstück 200 in mehrere Bereiche 200-1 bis 200-9 zu unterteilen.
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Zur Errichtung eines Erdkollektors werden eine oder mehrere erste Erdkollektorvorrichtungen 100, 100', 100'', 100''' jeweils als flächiges Modul vorgefertigt. Weiterhin werden eine oder mehrere zweite Erdkollektorvorrichtungen 102 des Erdwärmesystems, wie in 2b strichliniert dargestellt, ebenfalls jeweils als flächige Einheit (Modul) vorgefertigt.
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Ein Grundstück 200 für die Errichtung eines Erdkollektors des Erdwärmesystems wie dies in der 2a dargestellt ist, wird zumindest in einen ersten Bereich, bestehend aus den Flächen 200-1, 200-7, 200-8, 200-9 und einen zweiten Bereich, bestehend aus den Flächen 200-2, 200-4, 200-5, 200-6 unterteilt. Die Unterteilung in 2a ist dabei rein beispielhaft. So können der erste Bereich und der zweite Bereich auch größer oder kleiner sein. Vorzugsweise ist eine erste Fläche des ersten Bereichs jedoch nicht größer als eine zweite Fläche des zweiten Bereichs. Ebenfalls ist es möglich, dass mehr als zwei, beispielsweise zusätzlich ein dritter Bereich 200-3, vorgesehen sind.
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Im ersten Bereich 200-1, 200-7, 200-8, 200-9 wird zumindest eine erste Grube 210, 210' im Erdreich 290 mit einer ersten Grundfläche 230 ausgebildet. Die Grundfläche 230 kann auch als Sohlefläche bezeichnet werden. Zur Ausbildung der ersten Grube 210, 210' kann diese z. B. ausgebaggert werden. Vorteilhafterweise weist die erste Grube 210, 210' eine ebene (nicht zwingend plane) erste Grundfläche 230 auf. Vorteilhafterweise weist die erste Grube 210, 210' eine ebene (nicht zwingend plane) Böschung auf.
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Die erste Grundfläche 230 der ersten Grube 210, 210' beinhaltet zumindest eine erste Fläche A der ersten Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100'''. Die erste Fläche A der ersten Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''' ist dabei durch die Höhe H und Länge L der ersten Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''' bestimmt, wobei die Höhe H und die Länge L gegenüber der Breite B größere Ausmaße haben, so dass die erste Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''' flächig mit der ersten Fläche A ausgebildet ist, wobei die erste Fläche A durch die größten Abmessungen (H, L) der ersten Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''' definiert ist. Vorteilhafterweise beinhaltet die erste Grundfläche 230 der ersten Grube 210, 210' ein Vielfaches der ersten Fläche A der Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''', so dass mehrere Erdkollektorvorrichtung 100', 100'', 100''' in der ersten Grube 210' gleichzeitig auf der Sohle der ersten Grube 210' verlegt werden können, wie dies in 2a für die Flächen 200-7, 200-87, 200-9 des Grundstücks 200 dargestellt ist.
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Die erste Grube 210, 210' wird dabei derart ausgebildet, dass die Abmessung d201 der Sohle 230 der ersten Grube 210 (im Schnitt dargestellt) größer als die Länge L oder die Höhe H der ersten Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''' ist. Ebenfalls ist die Abmessung d201, d202 der jeweiligen Sohle 230, 232 kleiner als die zugehörige Abmessung d200-1, d200-2 des Bereichs 200-1, 200-2. Der bei der Ausbildung der ersten Grube 210, 210' entstehende Aushub 220, 220' aus der ersten Grube 210, 210' wird im zweiten Bereich 200-2, 200-4, 200-5, 200-6 zwischengelagert. Die Zwischenlagerung des Aushubs 220, 220' ist in 2a in den Flächen 200-2, 200-4, 200-5, 200-6 des Grundstücks 200 dargestellt.
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Nach der Ausbildung der ersten Grube 210, 210' wird die erste Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''' in die erste Grube 210, 210' eingebracht und an der Grundfläche 230, 230' der ersten Grube 210, 210' positioniert. Vorteilhafterweise werden zudem die Anschlussbereiche 111, 112 der ersten Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''' aus der ersten Grube 210, 210' herausgeführt. Zusätzlich kann an einer Böschung der ersten Grube 210, 210' eine weitere Erdkollektorvorrichtung positioniert werden, wie dies in der 3b dargestellt ist. Ebenfalls ist es möglich zusätzlich in einer Zwischenebene in der ersten Grube 210, 210' eine weitere Erdkollektorvorrichtung zu positionieren, wie dies in 3a beispielhaft dargestellt ist.
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Die erste Grube 210, 210' gemäß den 2a oder 2b wird nach der Positionierung der ersten Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''' mit einem Füllmaterial, wie Erdreich, verfüllt. Vorteilhafterweise wird die erste Grube 210, 210' mit dem Aushub 220, 220' aus der ersten Grube 210, 210' nach der Positionierung der ersten Erdkollektorvorrichtung 100, 100', 100'', 100''' verfüllt. Der Aushub 220, 220' oder anderes Füllmaterial weist üblicherweise eine geringere Dichte als das Erdreich auf. Vorteilhafterweise wird daher das in die erste Grube 210, 210' eingebrachte Füllmaterial verdichtet.
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Nach dem Verfüllen der ersten Grube 210, 210' wird im zweiten Bereich 200-2, 200-4, 200-5, 200-6 eine zweite Grube 211 im Erdreich 290 mit einer zweiten Grundfläche 232 ausgebildet. Zur Ausbildung der zweiten Grube 211 wird diese beispielsweise ausgebaggert. Die zweite Grundfläche 232 der zweiten Grube 211 beinhaltet zumindest eine zweite Fläche A der zweiten Erdkollektorvorrichtung 102, wobei die zweite Fläche A durch die größten Abmessungen (H, L) der zweiten Erdkollektorvorrichtung 102 definiert ist. Beispielsweise sind die erste und zweite Fläche A der ersten und zweiten Erdkollektorvorrichtungen 100, 100', 100'', 100''' bzw. 102 abgesehen von Herstellungstoleranzen gleich.
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Vorteilhafterweise wird der Aushub 221 aus der zweiten Grube 211 im ersten Bereich 200-1, 200-7, 200-8, 200-9 zwischengelagert. Alternativ kann der Aushub 221 auch in dem dritten Bereich 220-3 zwischengelagert werden.
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Nach der Ausbildung der zweiten Grube 211 wird die zweite Erdkollektorvorrichtung 102 in die zweite Grube 211 eingebracht und an der Grundfläche 232 der zweiten Grube 211 positioniert. 2b zeigt strichliniert die Position der zweiten Erdkollektorvorrichtung 102 in der zweiten Grube 211. Die ersten und zweiten Erdkollektorvorrichtungen 100, 100', 100'', 100''' bzw. 102 sind dabei im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und in einem Abstand d110 von der Erdoberfläche positioniert. Der Abstand d110 ist die Grubentiefe und ist größer als die ortsabhängige Frosttiefe.
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Wiederum kann mindestens eine zusätzliche Erdkollektorvorrichtung entsprechend den Varianten der 3a und/oder 3b in die zweite Grube 211 eingebracht werden. Die zweite Grube 211 wird nach der Positionierung der zweiten Erdkollektorvorrichtung 102 mit einem Füllmaterial verfüllt. Vorteilhafterweise wird die zweite Grube 211 mit dem Aushub 221 aus der zweiten Grube 211 verfüllt.
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Durch das zuvor erläuterte Verfahren zur Errichtung eines Erdwärmesystems wird der Vorteil erzielt, dass die Erdbewegungen für die Positionierung der Erdkollektorvorrichtungen (in horizontaler Richtung) innerhalb des Grundstücks 200 durchgeführt werden können. Ein Ab- oder Zutransport von Aushub, bzw. Füllmaterial von und zum Grundstück 200 kann minimiert werden oder erübrigt sich vollständig. Durch die modulare Bauweise und flächige Ausbildung der Erdkollektorvorrichtungen ist eine schnelle Errichtung des Erdwärmesystems möglich. Hierdurch werden weitere Arbeiten auf dem Grundstück 200 nur unwesentlich oder gar nicht behindert. Die schnelle Errichtung wird dadurch erzielt, dass die als flächige Module ausgebildeten Erdkollektorvorrichtungen einfach in die Grube eingebracht werden können und nicht in der Grube einzelne Rohre aufwendig verlegt werden müssen. Das Verfahren kann besonders vorteilhaft für sandige bzw. fließende Böden oder für Böden mit hohem Grundwasserspiegel eingesetzt werden.
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Das zuvor erläuterte Verfahren kann vorteilhaft in Kombination mit der Errichtung eines Gebäudes durchgeführt werden, wie dies in den 4a und/oder 4b dargestellt ist. Dabei kann das Verfahren zur Positionierung der Erdkollektorvorrichtungen unterhalb des Gebäudes, wie in 4a dargestellt, oder zur Positionierung der Erdkollektorvorrichtung neben dem Gebäude, wie in 4b dargestellt, angewendet werden.
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In 3a sind Erdkollektorvorrichtungen 110-1, 100-2 eines Erdwärmesystems dargestellt. Ebenfalls sind in 3b Erdkollektorvorrichtungen 110-2, 100-3, 100-4 eines Erdwärmesystems dargestellt.
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Im Ausführungsbeispiel der 3a weist ein Erdkollektor mehrere jeweils als flächige Einheit (Modul) ausgebildete Erdkollektorvorrichtungen 100-1, 100-2 auf. Eine erste Erdkollektorvorrichtung 100-2 ist mit ihrer Hauptfläche vorwiegend horizontal in einem Grundwasserbereich 900 im Erdreich 390 angeordnet. Eine zweite Erdkollektorvorrichtung 100-1 ist mit ihrer Hauptfläche vorwiegend horizontal oberhalb der ersten Erdkollektorvorrichtung 100-2 und außerhalb des Grundwasserbereichs 900 im Erdreich 390 angeordnet. Die erste Erdkollektorvorrichtung 100-2 und die zweite Erdkollektorvorrichtung 100-1 überdecken sich zumindest teilweise. Aus vertikaler Blickrichtung überlappen sich die Flächen A der ersten Erdkollektorvorrichtung 100-2 und der zweiten Erdkollektorvorrichtung 100-1 zumindest teilweise.
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Auch im Ausführungsbeispiel der 3a weist ein Erdkollektor mehrere jeweils als flächige Einheit (Modul) ausgebildete Erdkollektorvorrichtungen 100-1, 100-3, 100-4 auf. Eine erste Erdkollektorvorrichtung 100-2 ist wiederum vorwiegend horizontal in einem Grundwasserbereich 900 im Erdreich 390 angeordnet. Eine dritte Erdkollektorvorrichtung 100-3, 100-4 ist zur ersten Erdkollektorvorrichtung 100-2 beabstandet außerhalb des Grundwasserbereichs 900 im Erdreich 390 angeordnet. Die dritte Erdkollektorvorrichtung 100-3, 100-4 ist dabei zur ersten Erdkollektorvorrichtung 100-2 in einem stumpfen, vom Böschungswinkel vorbestimmten Winkel angeordnet.
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Zur Errichtung werden die Erdkollektorvorrichtungen 100-1, 100-2, 100-3, 100-4 des Erdwärmesystems jeweils als flächige Einheit (Modul) vorgefertigt. Danach wird eine Grube 300 im Erdreich 390 ausgebildet. Zur Ausbildung kann die Grube beispielsweise ausgebaggert werden.
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Eine erste Erdkollektorvorrichtung 100-2 wird in die Grube 300 eingebracht und auf der Sohle 330 der Grube 300 positioniert. Die Sohle 330 ist dabei durch die möglichst ebene Grundfläche der Grube 300 gebildet.
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Im Ausführungsbeispiel der 3a wird eine zweite Erdkollektorvorrichtung 100-1 in die Grube 300 mit den Böschungen 310, 320 eingebracht und von der ersten Erdkollektorvorrichtung 100-2 beabstandet positioniert. Dabei wird Füllmaterial 380 in die Grube 300 eingebracht, indem das Füllmaterial 380 zwischen die erste, im Grundwasserbereich 900 angeordnete Erdkollektorvorrichtung 100-2 und die zweite, oberhalb des Grundwasserbereichs 900 angeordnete Erdkollektorvorrichtung 100-1 in die Grube 300 eingebracht wird. Die zweite Erdkollektorvorrichtung 100-1 wird demzufolge in einer Zwischenebene 360 der Grube 300 positioniert. Im Ausführungsbeispiel der 3a ist die zweite Erdkollektorvorrichtung 100-1 in vertikaler Richtung versetzt oberhalb der ersten Erdkollektorvorrichtung 100-2 positioniert. Nach der Positionierung der zweiten Erdkollektorvorrichtung 100-1 wird das verbleibende Volumen der Grube 300 mit dem Füllmaterial 370 bis zur Erdoberfläche 350 aufgefüllt. Die zweite Erdkollektorvorrichtung 100-1 befindet sich somit im Abstand dF1 von der Erdoberfläche 350. Der Abstand dF1 zwischen der Erdoberfläche 350 und der zweiten Erdkollektorvorrichtung 100-1 ist größer als die Frosttiefe und beträgt in Abhängigkeit von der Frosttiefe 1,0 m bis 1,5 m. Die zweite Erdkollektorvorrichtung 100-1 entzieht die Wärmeenergie dem durch die Erdoberfläche 350 einsickerndem Wasser, wie Regenwasser oder dergleichen.
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Von der zweiten Erdkollektorvorrichtung 100-1 ist die erste Erdkollektorvorrichtung 100-2 durch den Abstand dG1 beabstandet. Der Abstand dG1 zwischen der ersten Erdkollektorvorrichtung 100-2 und der zweiten Erdkollektorvorrichtung 100-1 ist von der Position des Grundwasserbereichs 900 abhängig und beträgt beispielsweise 2 m. Die erste Erdkollektorvorrichtung 100-2 entzieht die Wärmeenergie dem Grundwasser.
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Im Ausführungsbeispiel der 3b werden zwei dritte Erdkollektorvorrichtungen 100-3, 100-4 in die Grube 300 eingebracht und von der ersten Erdkollektorvorrichtung 100-2 beabstandet positioniert. Die zwei dritten Erdkollektorvorrichtungen 100-3, 100-4 werden an Böschungen der Grube 300 positioniert. Eine Oberkante der dritten Erdkollektorvorrichtungen 100-3, 100-4 ist dabei von der Erdoberfläche 350 durch den Abstand dF2 beabstandet, wobei der Abstand dF2 größer als die Frosttiefe ist und beispielsweise zwischen 1 m und 1,5 m beträgt. Die erste Erdkollektorvorrichtung 100-2 wird auf der Sohle 330 der Grube 300 positioniert und weist zur Erdoberfläche die Summe der Abstände dF2 und dG2 auf. Der Abstand dG2 kann auch als Frosttiefe-Grundwasser-Abstand bezeichnet werden.
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Im Ausführungsbeispiel der 3b wird Füllmaterial 370, 380 in die Grube 300 eingebracht, indem das Füllmaterial 370, 380 auf die erste Erdkollektorvorrichtung 100-2 und auf die beiden dritten, an jeweils einer Böschung 310, 320 der Grube 300 positionierten Erdkollektorvorrichtungen 100-3, 100-4 eingebracht wird. Die beiden dritten Erdkollektorvorrichtungen 100-3, 100-4 entziehen die Wärmeenergie dem durch die Erdoberfläche 350 einsickerndem Wasser, wie Regenwasser oder dergleichen. Alternativ zu den in 3b beiden dritten Erdkollektorvorrichtungen 100-3, 100-4 kann auch eine einzige dritte Erdkollektorvorrichtung 100-3 an einer Böschung 310 positioniert werden, wenn dies zur Entnahme der Wärmeenergie ausreichend ist. Ebenfalls ist möglich an jeder Böschung jeweils eine dritte Erdkollektorvorrichtung 100-3 zu positionieren, so dass zum Beispiel drei oder mehr dritte Erdkollektorvorrichtungen 100-3, 100-4 in der Grube 300 positioniert werden.
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Die Ausführungsbeispiele der 3a und 3b können auch miteinander kombiniert werden, indem beispielsweise in der 3b die zweite Erdkollektorvorrichtung 100-1 (der 3a) in der Zwischenebene 360 positioniert wird. Dabei wird vorzugsweise die erste Erdkollektorvorrichtung 100-1 von den dritten Erdkollektorvorrichtungen 110-3 und 100-4 beabstandet positioniert.
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Die Ausführungsbeispiele der 3a und 3b können auch mit dem Ausführungsbeispiel der 2a und 2b vorteilhafterweise kombiniert werden. Dabei werden in jeder Grube 210, 210' im ersten Bereich zumindest eine erste Erdkollektorvorrichtung im Grundwasserbereich und zumindest eine weitere Erdkollektorvorrichtung an zumindest einer der Böschungen oder in der Zwischenebene positioniert.
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In den 4a und 4b sind Erdkollektorvorrichtungen eines Erdwärmesystems in Verbindung mit der Errichtung eines Gebäudes schematisch dargestellt.
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In einem Verfahren zur Errichtung eines Erdwärmesystems werden mehrere Erdkollektorvorrichtungen 100a, 100b, 100c, 100d des Erdwärmesystems jeweils als flächige Einheit (Modul) vorgefertigt. Danach wird eine Grube 460, 560 für eine Errichtung eines Gebäudes 800 im Erdreich 490, 590 ausgebildet. Die Erdkollektorvorrichtungen 100a, 100b, 100c, 100d werden in die Grube 460, 560 eingebracht und an zumindest einer Fläche 430, 510, 520 der Grube 460, 560 positioniert.
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Im Ausführungsbeispiel der 4a ist eine geböschte Baugrube 460 dargestellt. Für die Ausbildung von geböschten Baugruben 460 gelten durch Normen definierte Vorgaben. Beispielsweise ist der Böschungswinkel (ohne Nachweis der Standsicherheit) für nichtbindigen oder weichen bindigen Böden 45°, bei steifen oder halbfesten bindigen Böden 60° und bei felsigen Böden 80°.
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Den unteren Abschluss der Baugrube bildet die Sohle 430, 530. Die Sohle 430, 530 stellt die Gründungsebene für das zu errichtende Gebäude 800 dar. An sie werden gewisse Anforderungen hinsichtlich Ebenheit und Tragfähigkeit gestellt. Es muss zudem eine ausreichende Sicherheit gegenüber Grundbruch oder Sohlaufbruch vorhanden sein. Bindet die Baugrube 460 in das Grundwasser ein, so ist die Sohle 430 abzudichten. Dies kann mit Hilfe von Injektionssohlen oder Unterwasserbetonsohlen erfolgen.
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Im Ausführungsbeispiel der 4a werden die Erdkollektorvorrichtungen 100a, 100b zumindest teilweise unterhalb des Gebäudes 800 in einem Grundwasserbereich 900 positioniert. Hierzu wird die Baugrube 460 vom Anfangsmaß 440 zumindest teilweise bis in den Grundwasserbereich hinein vergrößert. Im Ausführungsbeispiel der 4b werden die Erdkollektorvorrichtungen 100c, 100d an den Böschungen 510, 520 der Baugrube 560 positioniert. Hierzu kann die Baugrube 560 gegenüber dem ursprünglichen Maß 540 verbreitert werden, um einen ausreichenden Abstand (1,5 m) gegenüber einem Geschoss 810 des Gebäudes zu gewährleisten.
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Die Grube 460, 560 wird mit Füllmaterial 470, 480, 570 im Bereich der Erdkollektorvorrichtungen 100a, 100b, 100c, 100d angefüllt, wobei ein Geschoss 810 des Gebäudes 800 innerhalb der Grube 460, 560 errichtet wird, so dass zwischen dem Geschoss 810 des Gebäudes 800 und den Erdkollektorvorrichtungen 100a, 100b, 100c, 100d das Füllmaterial 470, 480, 570 angeordnet ist. Das Geschoss 810 des Gebäudes 800 wird dabei zumindest teilweise unterhalb der Erdoberfläche 450, 550 errichtet, während weitere Geschosse 820 des Gebäudes 800 oberhalb der Erdoberfläche 450, 550 errichtet werden können.
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In den 4a und 4b sind zudem weitere Elemente des Erdwärmesystems für das Gebäude 800 schematisch dargestellt. Die Erdkollektorvorrichtungen 100a, 100b, 100c, 100d sind über die Anschlussbereiche 111a, 112a, 111b, 112b, 111c, 112c, 111d, 112d mit einer im Kellergeschoss 810 angeordneten Wärmepumpe 850 verbunden. Das Gebäude 800 weist zumindest im Bereich der angeordneten Erdkollektorvorrichtungen 100a, 100b, 100c, 100d mittels Dämmmaterial 830 eine Wärmedämmung auf.
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Die Ausführungsbeispiele der 4a und 4b können untereinander kombiniert werden, indem sowohl im Grundwasserbereich 900 als auch an den Böschungen Erdkollektorvorrichtungen positioniert werden. Zudem ist es möglich die Erdkollektorvorrichtungen innerhalb der Baugrube 460, 560 entsprechend den Ausführungsbeispielen der 3a oder der 3b zu positionieren.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausgestaltungsvarianten der 1 bis 4b beschränkt. Beispielsweise ist es möglich andere als die in 1 dargestellten Erdkollektorvorrichtungen, beispielsweise flächig ausgebildete Kunststoffkörper, zu verwenden. Auch ist es je nach Bodenbeschaffenheit möglich die Gruben durch ein anderes Verfahren beispielsweise mittels Laderaupe oder Planierraube auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 100', 100'', 100-1, 100-2, 100-3, 100-4, 100a, 100b, 100c, 100d, 102
- Erdkollektorvorrichtung
- 110
- Rohr, Kunststoffrohr
- 113, 114
- Träger
- 111, 111a, 111b, 111c, 111d, 112, 112a, 112b, 112c, 112d
- Anschlussbereich
- 200
- Grundstück
- 200-1, 200-2, 200-3, 200-4, 200-5, 200-6, 200-7, 200-8, 200-9
- Bereich
- 210, 210', 211, 300, 400, 500
- Grube, Baugrube
- 220, 200', 221
- Aushub
- 230, 230', 232
- Grundfläche, Sohlefläche
- 290, 390, 490, 590
- Erdreich
- 310, 320, 510, 520
- Böschung
- 330, 430, 530
- Sohle
- 350, 450, 550
- Erdoberfläche
- 360,
- Zwischenebene
- 370, 380, 470, 480, 570
- Füllmaterial
- 440, 540
- Baugrubenabmessung
- 460, 560
- Baugrube mit erweiterter Abmessung
- 800
- Gebäude
- 810
- Geschoss, Kellergeschoss
- 820
- Geschoss
- 830
- Wärmedämmung
- 850
- Wärmepumpe
- 900
- Grundwasserbereich
- dF1, dF2
- Frosttiefe
- dG1, dG2
- Frosttiefe-Grundwasser-Abstand
- A
- Fläche
- H
- Höhe
- B
- Breite
- T
- Tiefe
- d200-1, d200-2
- Bereichsbreite
- d100
- Sohlenbreite
- d110
- Grubentiefe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006061065 A1 [0002]
