DE2913333C2 - Erdkollektor für Wärmepumpen - Google Patents

Description

nen sehr einfach auch Tiefen erreicht werden, in denen sich bereits das Grundwasser befindet Dieses stellt — wie allgemein bekannt — ein unerschöpfliches Wärmereservoir dar, dessen Ausnutzung die herkömmlichen t| Erdkollektoren, insbesondere auch der Erdkollektor i| nach der US-PS 41 06 555, nicht erlauben,
f So einfach die Einbringung des erfindungsgemäßen rf Erdkollektors in das Erdreich ist, so einfach ist auch die Ö. Ausbringung desselben z.B. bei Beschädigung der ^ zugeordneten Rohrleitung. Die erfindungsgemäß einger| triebenen Wärmetauscherelemente lassen sich mittels '<£ eines Hebezeuges in einfachster Weise wieder aus dem fV Erdreich herausziehen.

% Bevorzugte konstruktive Weiterbildungen der Erfin- ;■ dung sind in den Unleransprüchen beschrieben.

■: Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen schema- ! tisch dargestellt sind, näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform eines Wärmetauscherelements für einen Erdkollektor gemäß vorliegender Erfindung in perspektivischer Ansicht,
F i g. 2 einen Schnitt längs Linie H-II in Fig.!,
F i g. 3 einen Schnitt längs Linie III-III in F i g. ;,
Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsforn? eines Wärmetauscherelements im Querschnitt und

F i g. 5 eine rasterförmige Anordnung von erfindungsgemäß ins Erdreich eingetriebenen Wärmetauscherelementen.

Das in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Wärmetauscherelement besteht aus einer länglichen Profilplatte bzw. einem Tafelprofil 12 und einer daran angeschweißten U-förmig gebogenen Rohrleitung 10, durch die ein Wärmetauschermedium hindurchgeleitet wird. Als Wärmetauschermedium dient vorzugsweise Wasser. Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Tafelprofil ist für den Bau von Spundwänden allgemein bekannt Diese bestehen aus rostfreiem Stahl mit hoher mechanischer Festigkeit und ausreichend großem Wärmeleitvermögen. Wie insbesondere Fig.3 erkennen läßt, sind die Schenkel der U-förmig gebogenen Rohrleitung 10 im Bereich der Iunenecken des Tafelprofils angeschweißt. Auf diese Weise können die Rohrschenkel mittels zweier sich über die gesamte Länge der Roh^schenkel erstreckender Schweißnähte an dem Tafelprofil angeschweißt werden. Es entstehen somit zwei »Wärmebrücken« mit der Folge, daß ein verbesserter Wärmeaustausch zwischen dem Tafelprofil und dem Wärmetauschermedium erhalten wird. Die Rohrleitung 10 besteht aus einem Material, das sich durch großes Wärmeleitvermögen und insbesondere auch Korrosionsbeständigkeit auszeichnet

Es ist auch denkbar, die Rohrleitung 10 schlangenförmig zu biegen sowie an beiden Seiten des Tafelprofils 10 ein oder mehrere Rohrleitungen anzubringen. Die Anschlüsse der Rohrleitung 10 sind im Bereich des oberen Endes des Tafelprofils 12 angeordnet, so daß sie auch dann leicht zugänglich sind, wenn das Tafelprofil in das Erdreich eingebracht worden ist.

In F i g. 2 ist eine spezielle Ausbildung einer Schneide 18 dargestellt Die Schneide 18 ist durch den unteren Rand des Tafelprofils 12 und einen im spitzen Winkel an den unteren Rand des Tafelprofils 12 angesetzten Streifen 20 gebildet Es handelt sich hierbei um einen Streifen aus äußerst widerstandsfähigem Material. Die Schneide 18 dient zum erleichterten Eintreiben des tafelförmigen Wärmetauscherelemente in das Erdreich sowie insbesondere zum Schutz der Rohrleitung 10 beim Eintreiben.

In Fig, 1 ist die Schneide 18 der besseren Übersicht wegen weggelassen.

In Fig,4 ist eine abgewandelte AusfiJhrungsform eines Wärmetauscherelements dargestellt. Die Rohrleitung 10 ist durch Zellen 26, 28 ersetzt, so daß das Wärmetauscherelement eine Art Hohlprofil darstellt Durch die Zellen 26, 28 wird das Wärmetauschermedium hindurchgeleitet Die Zellen 26, 28 werden durch einfaches Oberdecken der Innenecken des als Tafelprofil ausgebildeten Wärmetauscherelements mittels Platten 22, 24 erhalten. Am unteren Ende des Wärmetauscherelements sind die beiden Zellen 26, 28 fluid-verbunden. Im Bereich des oberen Endes des Wärmetauscherelements befinden sich Anschlüsse entsprechend den Anschlüssen 14,16 in F i g. 1. Die Platten 22,24 sind am Wärmetauscherelement 12 angeschweißt Zur Erhöhung der Steifigkeit der Platten 22, 24 können innerhalb der Zellen Versteifungsstege oder dergleichen angeordnet sein.

In Fig.5 ist schematisch eine Anordnung der beschriebenen WarmetauscherelemcVe im Erdreich dargestellt Die Wärmetauscherelemente sind dabei versetzt zueinander angeordnet so daß ein gleichmäßiger Wärmeentzug des Erdreichs erzielbar ist Die strichpunktierte Linie 30 kennzeichnet die Strömu.ngsrichtung des Wärmetauschermediums und die Fluidverbindung zwischen den einzelnen Wärmetauscherelementen. In gestrichelten Linien ist die Überbrückung eines Wärmetauscherelements, das z. B. defekt ist, dargestellt Eine Überbrückung defekter Wärmetauscherelemente ist aufgrund der Anordnung der Anschlüsse 14 und 16 im Bereich des oberen Endes der Wärmetauscherelemente ohne besonderen Aufwand möglich. Die Länge der Wärmetauscherelemente kann abhängig vom jeweiligen Gelände und Zusammensetzung des Erdreichs bis zu 30 m betragen. Die beschriebenen Wärmetauscherelemente lassen sich durch Schlagen, Rammen oder Rütteln relativ einfach in das Erdreich treiben. Natürlich ist auch eine horizontale oder schräge Verlegung denkbar, falls das Erdreich nur eine solche zuläßt, insbesondere bei Hanglagen. An den Anschlüssen 14, 16 werden in der Regel im Erdreich in geringer Tiefe verlegte isolierte Rohre oder Schläuche angeschlossen, die mit einem im Gebäude befindlichen Teil einer Heizanlage verbunden sind. Die Rohrleitungen 10 der einzelnen W.ärmetauschereleniente werden von einem Wärmetauschermedium durchströmt, dessen Temperatur unter der des Erdreichs bzw. des Grundwassers liegt. Die großen Projektionsflächen der vorzugsweise als Tafelprofile ausgebildeten Wärmetauscherelemente gewährleisten eine gute Wärmeaufnahme und Weitergabe an das Wärmetauschermed^;um, vorzugsweise Wasser. Die Verwendung von Wasser als Wärmetauschermedium ist äußerst umweltfreundlich, da ein Austreten an Leckstellen keinerlei nachteilige Schaden im Erdreich hinterläßt.

Durch geeignete Wahl der Raster bzw. der Anordnung der Wärmetauscherelemente im Erdreich sowie der Längen der Wärmetauscherelemente kann auch bei fehlendem Grund'vasserkontakt selbst auf kleinen Flächen eine hohe Wärmemenge dem Erdreich entzogen werden. Da erf'indungsgemäß die Wärmetauscherelemente vertikal im Erdreich verlegt werden, eignen sich diese insbesondere auch für kleinste Grundstücksflächen.

Zu Fig.2 ist noc'.i zu sagen, daß der untere etwa waagrecht verlaufende Teil der Rohrleitung 10 unmittelbar hinter der Schneide 18, d. h. zwischen dem

angesetzten Streifen 20 und dem unteren Rand des als Tafelprofil ausgebildeten Wärmetauscherelements 12, angeordnet ist. Dadurch erfährt die Schneide 18 eine zusätzliche Erhöhung der Festigkeit bzw. Steifigkeit. Der waagrechte Teil der Rohrleitung 10 ist vorzugswei- '·> se sowohl am Wärmetauscherelement 12 als auch an der dem Wärmetauscherelement 12 zugekehrten Seite des Streifens 20 angeschweißt. Diese Ausbildung hat noch den Vorteil, daß beim Herausziehen eines Wärmetauscherelements aus dem Erdreich der Streifen 20 nicht als ι das Herausziehen behindernder Widerhaken wirkt.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 kann der die Zellen 26, 28 fluid-verbindende Abschnitt ebenfalls innerhalb der Schneide 18 angeordnet sein. Vorzugsweise wird der durch den Streifen 20 und den unteren Rand des Wärmetauscherelements 12 eingeschlossene Zwikkel durch ein Abdeckblech bzw. eine Abdeckplatte verschlossen, so daß eine waagrecht verlaufende Zelle entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Erdkollektor für Wärmepumpen in Form eines im Erdreich aufrecht angeordneten länglichen plattenförmigen Wärmetauscherelements, an dem zur Zu- und Ableitung eines Wärmetauschermediums eine Rohrleitung angebracht ist, die sich im wesentlichen Ober die gesamte Länge des Wärmetauscherelements erstreckt, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Wärmetauscherelement (12) in seiner Längsrichtung nach unten ins Erdreich getrieben ist

2. Erdkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im eingetriebenen Zustand untere is Ende des Wärmetauschereleraents (12) mit einer Schneide (18) versehen ist

3. Erdkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (18) zumindest an der Seite des Viärmetauscherelements (12), an der die Rohrleitung (10) befestigt ist, soweit über die Oberfläche des Wärmetauscherelements (12) vorsteht, wie die Rohrleitung (10) sich Ober die Wärmetauscherelement-Oberfläche erhebt

4. Erdkollektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (18) ein durch das Wärmetauscherelement (12) und einen im spitzen Winkel an diesem angesetzten Streifen (20) gebildeter Keil ist

5. Erdkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement (12) eine längliche Profilplatte (Tafelprofil) ist.

6. Erdkollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (iO) an den inneren Ecken des Tafelprofils an diesem befestigt ist so daß eine größere Kontaktfläche und damit eine bessere Wärmeübertragung zwischen Rohrleitung und Wärmetauscherelement erzielt werden.

7. Erdkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß das Wärmetauscherelement (12) als Hohlprofil ausgebildet ist, und mindestens zwei U-förmig gebogene Rohreinheiten am Außenumfang des Hohlprofils angeordnet sind.

8. Erdkollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Rohreinheiten diese etwa diametral am Außenumfang des Hohlprofils angeordnet sind.

9. Erdkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement (12) und die Rohrleitung (10) jeweils aus rostfreiem Stahl bestehen.

10. Erdkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß an jeder Flachseite des Wärmetauscherelements (12) mindestens eine von einem Wärmetauschermedium durchströmte Rohrleitung angeordnet ist.

11. Erdkollektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 und 9,10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement (12) als U-Profil ausgebildet ist.

12. Erdkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 9, 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherelement (12) als I-Profil ausgebildet, ist.

Die Erfindung betrifft einen Erdkollektor für Wärmepumpen in Form eines im Erdreich aufrecht angeordneten länglichen plattenförmigen Wärmetauscherelements, an dem zur Zu- und Ableitung eines Wärmetauschermediums eine Rohrleitung angebracht ist, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Wärmetauscherelemente erstreckt

Ein derartig ausgebildeter Erdkollektor ist aus der US PS 41 06555 bekannt Das längliche platteriförmige Wärmetauscherelement ist dabei quer im Erdreich angeordnet, wobei die Einbringung in die Erde mit Hilfe von zwei im Abstand der Längserstreckung des Wärmetauscherelements angeordneten aufrechten Pfosten mit Führungsschützen erfolgt, in denen das Wärmetauscherelement von oben her einsetzbar ist und nach unten in die Erde geschoben werden kann. Diese Konstruktion bedingt daß die Stelle, an der das Wärmetauscherelement in das Erdreich eingebracht werden soll, vorher entsprechend ausgegraben werden muß. Nach Anschluß der Leitungen für das Wärmetauschermedium wird der erwähnte Graben wieder zugeschüttet bzw. aufgefüllt

Mit der bekannten Anordnung lassen sich tiefer liegende Bereiche des Erdreichs, insbesondere Bereiche mit Grundwasser, nicht erschließen, allenfalls mit einem nicht mehr zu vertretenden Aufwand. Hinsichtlich des »Wärmeeinzugsbereiches« ist die bekannte Konstruktion daher vergleichbar mit einem horizontal im Erdreich verlegten Röhrensystem, das bis heute noch als die Lösung schlechthin angeboten wird. Ferner ist bei der bekannten Konstruktion nachteilig, daß das Wärmetauscherelement »eingegraben« ist mit der Folge, daß die anschließende Einfüllung relativ locker und damit wesentlich schlechter wärmeleitend als das ursprünglich kompakte Erdreich ist. Der Wärmeentzug wird dadurch entsprechend reduziert

Das »Eingraben« der bekannten Wärmetauscherelemente ist aufgrund der notwendigen Erdbewegungsarbeiten relativ aufwendig, und -»war sowohl zeit- als auch maschinenaufwendig.

Schließlich erfordert die querliegende Einbringung des Wärmetauscherelements in das Erdreich eine relativ große Fläche. Der Ausnutzungsgrad pro Flächeneinheit ist entsprechend gering.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Erdkollektor für Wärmepumpen zu schaffen, der ohne großen bautechnischen Aufwand relativ tief in das Erdreich eingebracht werden kann und sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet

Diese Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise dadurch gelöst, daß das Wärmetauscherelement in seiner Längsrichtung nach unten ins Erdreich getrieben ist.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Erdkollektor läßt sich ohne großen Aufwand unter Anwendung erprobter Techniken, z. B. Einrammen oder Einrütteln, in das Erdreich treiben. Dabei können die Wärmetauscherelemente in relativ große Tiefen getrieben werden, so daß das dort vorhandene und im wesentlichen gleichbleibende Energiepotential wirkungsvoll ausgenutzt werden kann. Der erfindungsgemäße irdkollektor läßt sich in das Erdreich kurzfristig und auch nachträglich auf engstem Raum einbringen. Eine Beschädigung der Grundstücksoberflächen ist im wesentlichen ausgeschlossen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Stadtbauten mit nur relativ kleinen Vorgärten oder Hinterhöfen. Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Erdkollektor kön-