DE2608607A1

DE2608607A1 - Verfahren und vorrichtung zum bau von erdwaermespeichern

Info

Publication number: DE2608607A1
Application number: DE19762608607
Authority: DE
Inventors: Guenter Prof Dr Ing Schoell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-02
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1977-09-08

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bau von
Erdwärmespeichern Die Ausnützung der Wärmekapazität des Erdbodens zur Speicherung von Wärme ist schon mehr-fach vorgeschlagen worden. Es besteht hier die Möglichkeit, die im Sommer aus Kraftwerken anfallende Wärme ebenso wie in der Zukunft auch die aus der Sonnenenergie gewinnbare Wärme, ü die Deckung des Heizwärme-und Brauchwarmewasser-Bedarfs von Wohn- und Arbeitsräumen zu speichern und damit nutzbar zu machen.
Zum Aufbau solcher Speicher wurde schon vorgeschlagen, warmes Wasser durch Bohrlöcher in tief unter der Erdoberfläche liegende poröse Gesteins- oder Eiesschichten einzuleiten, wobei das Wasser an diese Schichten seine Wärme abgeben kann. Durch an anderen, entfernten Stellen angeordnete Brunnenschächte sollte dann das durch seine Wärmeabgabe abgekiihlte Wasser wieder hochgepumpt werden, so daß es an der Erdoberfläche wieder erwärmt, erneut im Kreislauf verwendet werden kann.
Bei der Wiedergewinnung der Wärme sollte kaltes Wasser in umgekehrter Richtung strömend, sich in der Gesteinsschicht erwärmen, um unmittelbar oder mittelbar zur Beheizung von Häusern angewendet zu werden. Über diese Art der Wårmespeicherung sind bereits eine Reihe von Studien durchgeführt worden. Diese haben aber gezeigt, daß das Verfahren, wenn überhaupt, nur dann wirtschaftlich und nur dort anwendbar ist, wo für den rrozess besonders gunstige Untergrund-Voraussetzungen gegeben sind. Aber auch hier stehen der Verwirklichung große Schwierigkeiten, hervorgerufen durch ungewisse ,iärmeverluste, unkontrollierbare Strömungsverläufe des Wassers nnd unbekannte Grundwasser-Bewegungen entgegen.
Nach anderen Vorschlägen soll die Zug- und Abführung der Wärme in das Erdreich mittels in diesem eingebetteter Rohre erfolgen, die vom Wårmeträger, meist Wasser, durchströmt werden. Durch die Anwendung von Kunststoff-Rohren oder Schläuchen, die gegenüber Metallrohren den Vorzug hoher Korrosionsfestigkeit besitzen, sowie durch die Umschllessung der als Wärme speicher dienenden Erdmuse mit wärmedännenden Schaumstoffwänden, ist diese Art der Wärmespeicherung ohne besondere Risiken, sowohl für große Speicher zur Versorgung ganzer Stadte, wie auch für kleine Anlagen, flir ein oder mehrere Häuser realisierbar und in einzelnen Fällen versuchsweise auch schon verwirklicht worden.
Einer breiteren Anwendung der vorbeschriebenen, mit Rohren durchzogenen Erdwärmespeicher, stehen lediglich deren hohe Baukosten entgegen, die neben den Erdbewegungskosten vor allem durch die Kosten für die Kunststoffrohre und deren sichere Einbettung verursacht werden. Die Kunststoffrohre oder Schläuche müssen verständlicherweise den bei der Verlegung auf sie wirkenden Beanspruchungen, und vor allem dem Erddruck, der durch eingegossene Steine örtlich hohe Werte annehmen kann, standhalten und deshalb eine entsprechend große Wanddicke besitzen.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Wärmespeicher der zuletzt genannten Art, der sich jedoch gegenüber den bisher bekannten Ausführungen durch besonders niedere Herstellungskosten auszeichnet.
Erreicht wird dieses erfindung.gemäß dadurch, daß die Schläuche aus elastisch-plastischem Material (Kunststoff) bestehen, eine geringe, nur dem inneren Überdruck entsprechende Wandstärke aurweisen und bei ihrer Einbettung in die Erde mit Druokwaseer gefüllt sind und auch während des Betriebes des Speichers unter einem Druck, der etwa dem des auf ihnen lastenden Erddruckes entspricht, gehalten werden. Durch den inneren tberdruck in den Rohren können diese trotz ihrer geringen Wandstärke, weder beim Sinbettungsprozess, also beim Auftragen und Verdichten der Erdauffüllung beschädigt, noch durch den auf ihnen später ständig lastenden Erddruck zusammengequetscht werden.
Weiterhin ist es Gegenstand der Erfindung, daß die Schläuche während ihrer Einbettung in das Erdreich mit Beton umhüllt werden, wobei die Wandstärke der Betonumhüllung mindestens dem Schlauchdurchmesser entsprechen soll. Dadurch sind die Rohre nicht nur nach Erhärten des Betons gegen Erddruck oder Erdversetzungsvorgänge geschützt, sondern können durch die zwei bis dreimal höhere Wärmeleitfähigkeit des Betons gegenüber dem Erdreich bei gleicher Wärmeübertragungsleitung ins Erdreich mit erheblich größerem Abstand voneinander angeordnet werden. Dieser Sachverhalt ist physikalisch dadurch bedingt, daß die Wärme zu- und Ableitung über den zwei bis dreimal besser leitenden Betonmantel mit entsprechend vergrößertem Wärmefluß-Querschnitt in das schlechter wärmeleitende Erdreich hinein erfolgt. Für die Praxis ergibt sich daraus, daß bei gleicher Speicherleistung nur etwa die halbe Rohrzahl verlegt werden muß.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die es gestattet, die unter Wasserdruck stehenden Schlauche in das Erdreich einzubetten und gleichzeitig mit einem Betonmantel zu umhüllen. Es wird dieses erSindungsgem§ß dadurch erreicht, daß die Schläuche durch die hohle Welle einer Transportschnecke für erdfeuchten Beton eingeführt werden und das Siundstück der Betonförderschnecke mit dem Durchmesser der gewünschten Betonummantelung in eine von einer Pflugschar erzeugte Furche einmünden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der ig. 1 bis 4 näher erläutert.
Die Fig. 1 stellt einen Ausschnitt durch einen Wärmespeicher dar. In das Erdreich 1, welches natürlicherweise meist mit Steinen 2 und 3 durchsetzt ist, sind die dünnwandigen Eunststoffrohre 4,5,6 und 7 oder auch gleichartige dünnwandige Schläuche eingebettet. Die Einbettung erfolgt schichtweise, wobei nach dem Einbringen der Rohre 6 und 7, Erde bis zur Höhe der Rohre 4 und 5 aufgeschüttet und verdichtet wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren des Einbettungsprozesses, die Rohre 6 und 7 unter hohen Wasserdruck zu setzen, ist es wie aus Fig. 1 ersichtlich, nicht möglich, daß durch einen Stein 3 das Rohr 6 zusammengequetscht wird, wenn ein solcher Stein 3 beim Aufschütten der Erde 1 bis zur nächsten Rohrreihe 4,5, enthalten ist. -Auch bei der Verdichtung der Steine 2 und 3 enthaltenden Erde 1 wodurch Rammen oder Festwalzen ist weder eine Beschädigung noch ein Zusammenquetschen der eingebetteten Rohre 4 bis 7 möglich, da deren Innendruck um ein Vielfaches höher ist, als der Druck, welcher bei der Verdichtung der Erde 1 durch Flammen oder Festwalze erzeugt werden kann.
In der Fig. 2 ist in einem Schnitt durch das Erdreich 1 die Binbettung von Rohren 8 mit Betonmantel 9 dargestellt. Auch hier dient das Druckwasser in den Rohren 9 zur Erhaltung des freien Querschnitts der Rohre 9 beim Ummantelungsprozess mit Beton.
In der Fig. 3 ist der Aufbau eines WErmespeichers mit gemäß der Erfindung verlegten einfachen oder ummantelten Rohren 12 dargestellt. Die Rohre 12 sind hierbei im Erdreich 1 zwischen den Sammelrohren 10 und ii verlegt. Dabei ist die zur Wärmespeicherung verwendete Erdmasse durch die wärmedämmenden ände 13 nach außen und in das umgebende Erdreich hinein vor Wärmeverlusten geschützt.
In der Fig. 4 ist schliesslich eine Vorrichtung zur Ummantelung der dünnwandigen Kunststoff-Rohre 8 mit einem Betonmantel 9 bei gleichzeitiger Einbettung in daß Erdreich 1 gezeigt.
Das zuvor glattgewal#zte und verdichtete Erdreich 1 erhalt mittels einer Pflugschar 14 eine Furche, in welche das Mundstück 15 einer mit einer hohlen Welle 16 ausgestatteten Beton förderschnecke 17, einmündet.
Mit der Vorwärtsbewegung der in der Fig. 4 dargestellten Vorrichtung von links nach rechts, läuft ein unter Waseerdruck stehender, dünnwandiger Schlauch 18 über eine U«lenkrolle 19 durch die hohle Welle 16 zusammen mit dem durch die Pbrderschnecke 17 geförderten Beton in die Erdfurche hinein, wobei ein mit einem Betonmantel 20 umschlossener Schlauch 18 erzeugt wird. Aus der Fig. 4 ist der Aufbau dieser Vorrichtung mit dem Betontrichter 21, dem Schneckentrieb 22 sowie dem zugehörigen Antriebsmotor 23 ersichtlich.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren und Vorrichtung zum Bau von Erdwärmespeichen mittels in das Erdreich eingebetteten Rohren oder Kunststoff-Schläuchen aus plastisch-elstichem Material, dadurch gekennzeichnet,daß die aus elastisch-plastischem Material, insbesondere Iüinststoif od. dgl., bestehenden Rohre oder Schläuche (4 bis 8, 12,13) eine geringe, nur dem inneren Überdruck entsprechende Wandstärke aufweisen, bei ihrer einbettung in die Erde (1) mit Druckwasser gefüllt sind und auch während des Be-triebes des Speichers unter einem Druck, der etwa dem des auf den Rohren oder Schläuchen (4 bis 8, 12, 18) lastenden Erddruckes en-tspricht, gehalten werden.
2. Verfahren und Vorrichtung zum Bau von Erwärmespeichern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre oder Schlauche ( 4 bis 8, 12,18) während ihrer Einbettung in das Erdreich (1) mit Beton umhüllt werden, wobei die Wandstärke der Beton#mhüllung (9,20) mindestens dem Durchmesser des Rohres oder Schlauches (8,1e) entspricht.
3. Vorrichtung zum Bau von Erdwärmespeichern nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre oder Schläuche (8,12,18) durch die hohle Welle (16) einer Transportschnecke (17) für erdfeuchten Beton eingeführt werden und das Mundstück (15) der Betonförderschnecke (17) mit dem Durchmesser der gewünschten Betonummantelung (9,20) in eine von einer Pflugschar (14) erzeugten Furche einmündet.