DE2930484A1

DE2930484A1 - Verfahren zum betrieb von waermepumpen durch ausnutzung von erdwaerme und anlage zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2930484A1
Application number: DE19792930484
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Thiel
Original assignee: DUMRATH DIETER CHR ING
Current assignee: DUMRATH DIETER CHR ING
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1979-07-27
Publication date: 1981-02-12

Description

DR.-ING. J. SCHMIDT-BOGATZKY

PATENTANWALT

DR. J. SCHMIDT-BOGATZKY. NEUER WALL 10. 20OO HAMBURG 36 D-2OOO HAMBURG 36 NEUER WALL ΙΟ TELEFON: 040-34OO45/56

26. Juli 1979

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IHR ZEICHEN:

PATENTANMELDUNG

PRIORITÄT:

BEZEICHNUNG:

Verfahren zum Betrieb von Wärmepumpen durch Ausnutzung von Erdwärme und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

ANMELDER:

Nikolaus Thiel,
2O85 Quickborn-Heide

Dieter Chr. Dumrath, 2081 Bönningstedt

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ZUGELASSENER VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT ADMITTED REPRESENTATIVE BEFORE THE EPO

KONTEN. DRESDNER IANK AC. HAMBURG. KTO.-NR. 49 SSI 4SI (BLZ 2OO 800 OO) · POSTSCHECK ■ HAMB. 2167 23 - 907 IBLZ SOO100 301

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Wärmepumpen durch Ausnutzen von Erdwärme durch in im Erdreich verlegten Rohrleitungen strömendes Wasser sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung von Trinkwasser.

Es ist bekannt, zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser Wärmepumpenanlagen zu verwenden, bei denen Wärme aus de*- Umweltluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser aufgenommen und dem Verdampfer der Wärmepumpe zugeführt wird. Es ist auch möglich, zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Wärmepumpenanlage dem Verdampfer zusätzlich in Sonnenkollektoren erwärmtes Fluid zuzuführen. Von besonderem Vorteil ist die Verwendung der Bdwärme als Energiequelle für den Einsatz von Wärmepumpen. So ist es bekannt, Erdwärme über das Grundwasser mit einer konstanten Grundwassertemperatur von 9-10 C zu gewinnen. Aus einem Saugbrunnen wird das Grundwasser hochgepumpt, durch eine Wärmepumpe gedrückt und über einen Schluckbrunnen dem Erdreich wieder zugeführt. Die Wärmepumpe entzieht über Wärmetauscher dem Erdwasser zwischen 4-6 C je nach Einstellung der Anlage. Ferner ist es bekannt, Erdwärme über ein geschlossenes Rohrleitungssystem zu gewinnen, das schlangenartig im Erdreich in mindesten 1,5 m Tiefe eng verlegt wird. Hierbei ist es erforderlich, daß die erdverlegte Rohrleitungen aufweisende Fläche des Erdreichs etwas doppelt so groß ist wie die zu beheizende Wohnfläche.

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Diese genannten Systeme sind relativ aufwendig und daher kostenintensiv und außerdem von den örtlichen Gegebenheiten, wie Grundwasserverhältnissen, Bodenverhältnissen und Grundstücksgrößen abhängig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren aufzuzeigen, durch das die Ausnutzung von Erdwärme für den Betrieb von Wärmepumpen möglich ist, ohne daß Grundwasser vorhanden oder ein aufwendiges schlangenartig verlegtes Rohrsystem im Erdreich erforderlich ist.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß man die im Trinkwasser enthaltene Erdwärme in einem in die Trinkwasserleitung integrierten Wärmetauscher auf ein Heizfluid überträgt, das durch Anschlußieitungen von dem Wärmetauscher zu dem Verdampfer einer Wärmepumpe gelangt und nach Abgabe von Wärmeenergie wieder dem Wärmeaustauscher in der Trinkwasserleitung zurückgeführt wird. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Anlage zur Durchführung des Verfahrens darin, daß in der Hauptversorgungsleitung für Trinkwasser Wärmetauscher angeordnet sind, die jeweils einem Verdampfer eirier .-Wärmepumpe in einem mit Energie zu versorgenden Haus zugeordnet sind und die mit dem Verdampfer der Wärmepumpe mittels im Erdreich verlegter Anschlußleitungen verbunden sind.

Weitere Merkmale der Erfindung werden in den Unteransprnchen näher erläutert.

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In den Zeichnungen ist eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage in einem

Ausschnitt in einer schematischen Draufsicht,

Fig. 2 die Anlage nach Fig. 1 in einer schemati schen Seitenansicht im Schnitt A-A.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Anlage 1, die sich über ein mit Wärmeenergie zu versorgendes Wohngebiet erstrecken kann, in einem Ausschnitt schematisch dargestellt. In der Hauptversorgungsleitung 13 für Trinkwasser sind Wärmetauscher 2 angeordnet. Vorzugsweise sind diese Wärmetauscher 2 so ausgebildet, daß sie einfach zwischen Anschlußstutzen 9, 10 der Hauptversorgungsleitung 13 eingesetzt werden können. Die Wärmetauscher 2 weisen ferner Anschlußstutzen 11, 12 auf, an die Anschlußleitungen 3, 4 angeschlossen sind, die jeweils einen Wärmetauscher 2 mit einem Verdampfer 5 einer in einem mit Wärmeenergie zu versorgenden Haus befindlichen Wärmepumpe mit einem Heizfluid beaufschlagen. Wie in Fig. 2 verdeutlicht, sind die Anschlußleitungen 3, 4 im Erdreich verlegt. Die Wärmepumpe in einem Haus 6 versorgt Wärmeverbraucher wie Heizelemente 7a, Warmwasserzapfstellen 7b und ggf. Schwimmbäder 7c. Da das Trinkwasser bei seiner Gewinnung und Aufbereitung aufgrund der Erdwärme bereits eine Temperatur von 9-10 C aufweist, kann die in dem Trinkwasser gespeicherte Energie über den Wärmetauscher 2 dem Verdampfer 5 zugeführt werden. Die Hauptver-

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sorgungsleitung 13 stellt also somit ein im Erdreich verlegtes Rohrsystem dar, das zur Gewinnung von Erdwärme verwendet werden kann. Durch das weitverzweigte Hauptverteilungsleitungssystem für Trinkwasser im Erdreich wird in der Hauptverteilungsleitung 13 befindliches Trinkwasser immer wieder von der Erdwärme auf 9 - 10° C erwärmt. Um dies auch in Zeiten sicherzustellen, in denen nur geringe Mengen von Trinkwasser gezapft werden, ist in der Hauptversorgungsleitung 13 mindestens eine Umwälzpumpe vorgesehen, mittels derer eine Zirkulation des Trinkwassers in einer ringförmig verlegten Hauptversorgungsleitung 13 ermöglicht wird. Vorzugsweise werden diese Umwälzpumpen 14 trinkwassertemperaturabhängig geregelt. Um die Wärmeübertragung vom Erdreich auf das Trinkwasser zu fördern, können die Hauptversorgungsleitungen 13 mit rippenförmig ausgebildeten Lamellen 15 aus wärmeleitendem Werkstoff versehen sein. Es ist auch möglich, auf der Außenwandung der Hauptversorgungsleitungen 13 stegartig sich radial zur jeweiligen Hauptversorgungsleitung 13 erstreckende blechartige Lamellen 16 anzuordnen, die ebenfalls aus wärmeleitendem Werkstoff ausgebildet sind. Der Werkstoff der Lamellen 15, 16 weist darüber hinaus korrosionsbeständige Eigenschaften auf oder muß mit einem Korrosionsschutzmittel beschichtet werden.

Es ist auch möglich, in der Hauptversorgungsleitung 13 in Abständen voneinander weitere Wärmetauscher 17 anzu-

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ordnen, mittels derer das durch die Wärmetauscher 17 fließende Trinkwasser mit Abwärme von Kraftwerken od. dgl. beaufschlagbar ist. Zur Erleichterung der Montage werden die Wärmetauscher 17 ebenfalls so ausgebildet, daß sie lediglich zwischen Anschlußstutzen 22, 23 in der Hauptversorgungsleitung 13 eingesetzt werden müssen. Es ist auch möglich, diese Wärmetauscher 23 über Abzweige 20, 21 mit einem Rohrsystem für Fernwärmeverteilung zu verbinden. Hierzu kann der Wärmetauscher 17 sowohl mit der Vorlaufleitung 18 wie auch der Rücklaufleitung 19 des Fernwärmerohrverteilungssystems verbunden werden. Um eine die Geschmackseigenschaften des Trinkwassers beeinträchtigende Aufheizung des Trinkwassers durch den Wärmetauscher 17 zu verhindern, kann zwischen den Verbindungsleitungen 27, 28 zwischen der Fernwärmevorlaufleitung 18 und der Fernwärmerücklaufleitung 19 und dem Wärmetauscher 17 ein Beipaß 25 mit einer Temperaturregeleinrichtung 26 vorgesehen sein. Durch Anordnung dieser Wärmetauscher 17 in Abständen voneinander in der Hauptverteilungsleitung 13 ist es möglich, dem Trinkwasser über Fernwärme oder aber Abwärme jeweils soviel Energie zuzuführen, wie zur Beheizung von Häusern 6 den Verdampfern 5 entnommen wird, ohne daß eine Beeinträchtigung der Trinkwasserqualität eintritt.

Da die Wärmetauscher 2,17 ^so ausgelegt werden können, daß in der Hauptversorgungsleitung 13 kaum nennenswerte Druckverluste verursacht werden, wird das Trinkwasservorsorgungs-

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Vf

netz durch die erfindungsgemäße Anlage 1 nicht beeinträchtigt. Diese Anlage 1 ermöglicht aber eine relativ einfache Versorgung von Häusern mit umweltfreundlicher Erdwärme und verringert darüber hinaus bei Verwendung von mit Abwärme beaufschlagten Wärmetauschern 17,daß Abwärme von Kraftwerken u. dgl. in Flüsse geleitet wird und dort das biologische Gleichgewicht stört.

Ein weiterer Vorteil der Anlage 1 besteht darin, daß die in einem Haus 6 verbrauchte Wärmeenergie einfach und genau meßtechnisch erfaßt werden kann, da lediglich eine meßtechnische Erfassung der über die Anschlußleitung 3 bzw. 4 dem Haus 6 zugeführten Energie erfaßt werden muß. Durch diese genaue Ermittlung des Wärmeverbrauchs in jedem Haus 6 werden die Bewohner angehalten, mit der gewonnenen Erdwärmeenergie sparsam umzugehen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

(1.) Verfahren zum Betrieb von Wärmepumpen durch Ausnutzung von Erdwärme durch in im Erdreich verlegten Rohrleitungen strömendes Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß man die in Trinkwasser enthaltene Erdwärme in einem in die Trinkwasserhauptleitung integrierten Wärmetauscher auf ein Heizfluid überträgt, das durch Anschlußleitungen von dem Wärmetauscher zu dem Verdampfer einer Wärmepumpe strömt und nach Abgabe von Wärmeenergie wieder zu dem Wärmetauscher in der Trinkwasserhauptleitung zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Trinkwasser in ringförmig verlegten Hauptverteilungsleitungen ständig umwälzt und durch Aufnahme von Erdwärme auf eine annähernd konstante Temperatur erwärmt.

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ADMITTED REPRESENTATIVE BEFORE THE EPO
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Trinkwasser in der Hauptverteilungsleitung durch Abwärme von Kraftwerken u. dgl. erwärmt.
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptversorgungsleitung (13) für Trinkwasser Wärmetauscher (2) angeordnet sind, die jeweils einem Verdampfer (5) einer Wärmepumpe in einem mit Energie zu versorgenden Haus (6) zugeordnet sind und die mit den Verdampfern (5) der Wärmepumpen mittels im Erdreich (24) verlegten Anschlußleitungen (3, 4) verbunden sine.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptversorgungsleitung (13) Umwälzpumpen (14) angeordnet sind.
6. Anlage nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptversorgungsleitung (13) Wärmetauscher (17) angeordnet sind, die mit einem durch Abwärme von Kraftwerken u. dgl. erwärmten Fluid beaufschlagbar sind.
7. Anlage nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenwandung der Hauptversorgungsleitung (13) rippenförmige Lamellen (15) aus wärmeleitendem Werkstoff angeordnet sind.

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8. Anlage nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenwandung der Hauptversorgungsleitung (13) stegartig sich radial zur Hauptversorgungsleitung (13) erstreckende blechartige Lamellen (16) aus wärmeleitendem Werkstoff angeordnet sind.
9. Anlage nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpen (14) trinkwassertemperaturabhängig regelbar sind.

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