DE2928414A1

DE2928414A1 - Waermeaustauscher fuer erdwaermenutzung

Info

Publication number: DE2928414A1
Application number: DE19792928414
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Phys Dr Ing Hampe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1981-01-29

Description

Wärmeaustauscher fUr Erdwärmenutzung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher zur Nutzung der Erdwärme für Heizzwecke.
Derartige Erdwärmeaustauscher werden insbesondere beim Einsatz von Wärmepumpen gebraucht, da andere Wärmequellen entweder einen ungtinstigen Temperaturverlauf haben (AuBenluft), selten sind (Oberflächenwasser) oder aufwendige Anlagen und Wartungen erfordern (Grundwasser).
Erdwärmeaustauscher sind bekannt als mäanderförmig horizontal etwa 1 bis 2 Meter tief im Erdreich verlegte Rohrschlangen (siehe z.B. v.Cube, H.L. und F.Steimle: Wärmepumpen, VDI Verlag 1978 Düsseldorf sowie Kirn, H. und A.Hadenfeldt: Wärmepumpen, Verlag C.F.MUller 1976 Karlsruhe).
Die Verlegung dieser Rohrschlangen erfordert allerdings umfangreiche Erdarbeiten, die besonders bei bebauten Grundstücken mit angelegten Gärten zu hohen Kosten führen. Ein Nachteil der horizontal verlegten Rohrschlange ist, daß im Winter nach längerem Einsatz die Erdschicht oberhalb der Rohrschlange durch Wärmeabgabe an den Wärmeaustauscher und an die Erdoberfläche stark abkühlt. Der Wärmeaustauscher kann dann nur noch den tieferen Erdschichten Energie entziehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher mit weniger Aufwand und höherem Nutzen ins Erdreich einzubringen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entweder Je zwei Rohrstangen oder Rohrstangen mit zwei Fließkanälen senkrecht in das Erdreich gedrückt werden, die unten miteinander verbunden, aber gegenüber dem Erdreich geschlossen sind. Dadurch kann Sole in einem Rohr oder Fließkanal nach unten und im anderen wieder nach oben fließen. Geeignete Anschlußstücke führen die Sole zur Wärmepumpe.
Die Vorteile bestehen darin, daß diese Erdwärmeaustauscher ohne große Erdarbeiten und ohne Zerstörung in angelegten Gärten installiert werden können. Bei genügender Länge der Wärmeaustauscher wird die Wärme von tieferen Erdschichten genutzt, die vom Klima weitgehend unbeeinflußt sind und die Energie von allen Seiten dem Wärmeaustauscher zuführen können. Die Wahrscheinlichkeit, Erdschichten von oberflächennahem Grundwasser mit hoher Wärmeleitung und Wärmekapazität zu erreichen, ist groß. Beim Ausfall eines Wärmeaustauschers kann das Element relativ leicht herausgezogen, repariert oder ersetzt werden.
Ausführungsbeispiele zeigen Bild 1 bis 3.
Bild 1 zeigt zwei Rohrstangen 1 aus Metall oder Kunststoff mit kreisförmigem, dreieckigem oder rechteckigem Querschnitt nebeneinander angeordnet und durch Schweißen, Löten oder Kleben miteinander verbunden. Unten ist durch Schweißen, Löten oder Kleben ein Formteil 2 eingesetzt, das die Öffnungen der beiden Rohre miteinander verbindet und sie gegen das Erdreich schließt. Oben sind Anschlußstücke 3 für Schläuche eingesetzt.
Bild 2 zeigt zwei koaxial angeordnete Rohre 4 und 5 aus Metall oder Kunststoff, von denen das äußere unten verschlossen ist (6 und 8) und das innere nicht.
Das innere Rohr 5 kann auch durch den Anschlußschlauch gebildet werden. Das Anschlußstück 7 hat die Form eines T-StUckes mit verschiedenen Durchmessern und wird durch Kleben oder Pressen (bei der Verwendung von Gummi) mit den Rohren 4, 5 und 9 verbunden. In Bild 2a ist das untere Rohrende durch eine Quetschdichtung verschlossen. Diese Dichtung kann in ein schon in das Erdreich gedrücktes Rohr montiert werden und ermöglicht so das Eindrücken eines offenen Rohres mit weniger Verdrängungsarbeit. Das Erdreich im Rohr wird durch Heben oder Spülen entfernt . Das Rohr 4 kann auch durch eine Vergußmasse unten abgedichtet werden.
Bild 3 zeigt einen Wärmeaustauscher, in dem nur ein Rohr verwendet wird, das unten wie im Bild 2 oder Bild 2a verschlossen werden kann. Das Rohr wird durch eine Platte von der Länge des Rohres und der Breite des Rohrinnendurchmessers auf der gesamten Länge in zwei Kammern unterteilt. Am unteren Ende hat die Platte ein Loch. Oben befindet sich ein aufgeklebtes oder angepreßtes Verschlußstück 11 mit zwei Schlauchanschlußstutzen.
Bei Parallelschaltung von mehreren Wärme aus tauschern ist ein Verschlußstück mit je zwei Anschlüssen pro Kammer sinnvoll. Zur Verringerung des Strömungswiderstandes ist die Anordnung der Anschlußstutzen in Rohrrichtung vorteilhaft.
Die Platte 10 kann aus hochpolymerem, in der Sole etwas quellendem Material gefertigt werden.
Dies hat den Vorteil eines unkomplizierten Einbaus und einer guten Dichtung im Betrieb. Die Quellung kann durch Zugabe eines Quellungsmittels zur gebräuchlichen Sole erfolgen. Das Anschlußteil 11 wird mit einer Aufnahme für das obere Ende der Platte versehen und vor dem Einbau der Platte mit der Platte fest verbunden.
In diesem Fall hat die Platte kein Loch und ist soviel kürzer als das Rohr, daß nach Quellung der Platte unten eine Verbindung zwischen beiden Strömungskanälen bleibt.
Die unter Bild 2 und 3 beschriebenen Ausgestaltungen haben wirtschaftliche Vorteile, da nur das Rohr 4 aus relativ festem und damit im allgemeinen teurem Material sein muß.
Eine weitere sehr wirtschaftliche Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher nach Bild 1 bis 3, dessen Hohlprofile aus relativ weichem und billigem, aber korrosionsfestem Material , z.B. aus Polyethylen- oder Polyvinylchlorid -Schläuchen bestehen. Um sie in das Erdreich zu bringen, wird zunächst ein Rohr aus-festem Material, z.B. mit Zahnung am unteren Ende, ins Erdreich gebohrt, das Erdreich im Rohr durch Heben oder Spülen beim Bohren oder nach dem Bohren entfernt und in dem festen leeren Rohr der Wärmeaustauscher niedergelassen. Anschließend wird das Rohr herausgezogen und der im Erdreich verbliebene Wärmeaustauscher mit wärmeleitendem und umweltfreundlichem Material verschlämmt.

Claims

Patentanspruche r t, i Wärmeaustauscher zur Nutzung der Erdwärme dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher ein mehrere Meter langes hohles Bauteil mit relativ kleinem Querschnitt aus Metall oder Kunststoff ist, das senkrecht in das Erdreich gedruckt oder gesenkt wird und in dem Strömungskanäle so ausgebildet sind, daß eine strömende Wärmeubertragungsflüssigkeit in ihm erst nach unten und dann wieder nach oben geführt wird.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher aus zwei parallelen Hohlprofilen (Rohren) (1) mit kreisförmigem, dreieckigem oder rechteckigem Querschnitt gebildet wird, die durch Schweißen, Löten, Kleben oder Klemmen verbunden sind und deren Strömungskanäle unten durch ein Formteil (2) verbunden und gegen das Erdreich abgedichtet sind.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher aus zwei ineinander, z.B. koaxial, angeordneten Rohren mit kreisförmigem oder viereckigem Querschnitt unterschiedlicher Durchmesser gebildet wird, mit einem inneren und einem äußeren Strömungskanal.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher aus einem Hohlprofil mit kreisförmigem oder viereckigem Querschnitt und einer darin befindlichen Platte ( von der Länge des Rohres und der Breite des Rohrinnendurchmessers oder der Innendiagonalen gebildet wird. Die Platte trennt zwei Strömungskanähe, die unten durch eine öffnung in der Platte verbunden sind.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 3 bzw. 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (4) unten iit einem spitzen Formteil (6) so verschlossen ist, daß das Eintreiben in das Erdreich erleichtert wird.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 3 bzw. 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (4) unten mit einer Quetschdichtung (8) oder Vergußmasse so verschlossen wird, daß die Abdichtung nach Eintreiben des Rohres und Entfernung des Erdreiches geschehen kann,
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlprofile der Wärmeaustauscher aus relativ weichem und billigem, aber korrosionsfestem Material (z.B. PE- oder PVC-Schläuche) bestehen. Sie werden in vorgebohrte Löcher oder bei ungenügender Erdreichfestigkeit in die Hohlräume von niedergebrachten Hohlbohrern gesenkt. Die Hohlbohrer werden wieder herausgezogen und die Räume zwischen Erdreich und Wärmeaustauscher mit wärmeleitendem Material verschlämmt.
8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Platte 10 aus hochpolymerem, in der Sole etwas quellendem Material gefertigt wird. Die Quellung kann durch Zugabe eines Quellungsmittels zur gebräuchlichen Sole erfolgen.

Das Anschlußteil (11) des Wärmeaustauschers ist mit der Platte fest verbunden und die Platte ist so lang, daß sie im gequollenen Zustand das untere Rohrende nicht erreicht.

* Rohre mit verzahnten Stirnflächen, die in das Erdreich gedreht werden und aus denen die Erde herausgehoben oder gespült wird.