DE3018337A1

DE3018337A1 - Absorber zum waermeaustausch mit erde

Info

Publication number: DE3018337A1
Application number: DE19803018337
Authority: DE
Inventors: Lennart Jansson; Ove Strindehag
Original assignee: Svenska Flaktfabriken AB
Current assignee: Svenska Flaktfabriken AB
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1980-05-13
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DK215880A; FR2456919A1; SE7904398L; FR2456919B3

Description

HOFFMANN-EITLE & PARTNER

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN {1930-1976) · DIPL-I NG. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 {STERN HAUS) . D-8000 MO NCH EN 81 . TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

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AB Svenska Fläktfabriken, Wacka / Schweden

Absorber zum Wärmeaustausch mit Erde

Die Erfindung betrifft eine aus einer Anzahl zusammengekuppelter, von Flüssigkeit durchflossener Rohrelemente bestehende Vorrichtung zur Aufnahme von Wärme aus der Erde oder Wärmeladung der Erde.

Bei der Anwendung von Wärmepumpen zur Heizung von Gebäuden werden gewöhnlich relativ seicht liegende Bodenschichten als Wärmequelle genutzt. Die Wärme von der Bodenschicht wird dabei gewöhnlich über einen im Erdboden verlegten Rohrkreis, durch den mit gefrierpunktsenkendem Mittel gemischtes Wasser umgewälzt wird, zum Verdampfer der Wärmepumpe überführt. Der Rohrkreis besteht oft aus einer auf einer Tiefe von ein bis zwei Metern unter der Erdoberfläche horizontal verlegten Rohrschlange, Es kommen auch Rohrsysteme vor, die aus einer Anzahl vertikaler Rohre von etwa zehn Metern Länge bestehen, die gitterförmig mit einigen Me-

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tern Abstand angeordnet sind,

Wärmepumpen, die die Wärme aus wenig tief liegenden Bodenschichten holen, sind bisher hauptsächlich zur Heizung von Villen angewendet worden. Bei horizontaler Verlegung des wärmeaufnehmenden Rohrkreises beträgt die zur Deckung des Wärmebedarfs einer Villa erforderliche Rohrlänge etwa vierhundert Meter. Der Rohrkreis muß sich infolgedessen oft über den größeren Teil des Villengrundstücks erstrecken, ' ' um genügend Abstand zwischen den Rohrschlangen zu erhalten. Wählt man ein Rohrsystem mit vertikalen Rohren von etwa

» : zehn Meter Länge, sind in der Regel etwa zanzig solche Rohre erforderlich, die über horizontale Verbindungsrohre

^ miteinander verbunden werden. Auch in diesem Fall muß sich der Rohrkreis meistens über einen beträchtlichen Teil des

ι Grundstücks erstrecken, um genügenden Abstand zwischen den vertikalen Rohren zu erhalten.

Diese bekannten Wärmeaufnahmesysteme verlangen somit einen beträchtlichen und relativ teuren Eingriff in den Erdboden, wenn sie installiert werden,, und sind.nach ihrer Installa- , tion für die Inspektion und den Unterhalt schwer zugänglich. ■

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Erdwärmeabsorber zu schaffen, der einen relativ geringen Eingriff in den Erdboden verlangt, billig zu installieren und für die Inspektion leicht zugänglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Erdwärmeabsorbers werden mehrere Vorteile erreicht. U.a. wird der Eingriff in

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den Erdboden auf ein Minimum vermindert, und eventuelle !

j Auswirkungen z.B. auf die Vegetation infolge Abkühlung !

oder Erwärmung der Erdoberfläche werden auf einen sehr |

kleinen Teil der Grundstücksfläche begrenzt. Außerdem ist
das Rohrsystem bedeutend besser als herkömmliche Systeme
zugänglich für die überwachung und ggf. Reparatur. Die ■ j leichte Zugänglichkeit des Rohrsystems ermöglicht außer- ^;

dem bei eventuell steigendem Wärmebedarf eine einfache ι

Erhöhung der Kapazität durch eine Ergänzung mit zusätzlichen Rohrelementen.

Der erfindungsgemäße Erdwärmeabsorber wird nachstehend >

unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher be- /r

schrieben, in der zeigt:

Fig..1 ein Beispiel der Ausbildung eines Rohrelements,
Fig. 2 einen Querschnitt eines solchen Rohrelements,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Beispiels der Lage der
Rohrelemente,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Beispiel der Lage der Rohrelemente, und ,.

Fig. 5 ein Beispiel, wie die Rohrelemente untereinander '

und mit den Anschlußleitungen zum und vom Verdamp- i fer der Wärmepumpe zusammengekuppelt werden.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, wie die wärmeaufnehmenden Rohrelemente auf an und für sich bekannte Weise ausgebildet werden können, damit der gewünschte Fluß der Flüs-

sigkeit durch diese Elemente aufrechterhalten wird. Das Rohr- ■-*; elemente 1 besteht hier aus einem äußeren Rohr 2 und einem
konzentrisch in diesem angeordneten inneren Rohr 3. Das äus-

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sere Rohr 2 hat unten einen spitz geformten Verschluß 4, während das innere Rohr 3 unten offen ist. Das äußere Rohr 2 ist oben mit einem plattenförmigen Verschluß 5 versehen/ durch den das Rohr 3 hindurchläuft. Rohre 6 und 7 sind Anschlüsse an das Rohrelemente 1, wobei das Rohr 6 an das innere Rohr 3 angeschlossen ist, während das Rohr .7 mit dem Raum zwischen den Rohren 2 und 3 in Verbindung steht.

Es wird vorausgesetzt, daß das Rohr 2 eine solche mechanische Festigkeit hat, daß das Rohrelement mit bekannter Technik in Bodenschichten aus üblicherweise vorkommenden Erdarten angeordnet und den bei normalem Betrieb vorkommenden Beanspruchungen widerstehen kann. Es können Rohrelemente aus verschiedenen Werkstoffen, z.B. Metall oder Kunststoff, eingesetzt werden. Die gezeigte Ausbildung der Rohrelemente ist lediglich, als ein Beispiel der möglichen Ausbildung von wärmeaufnehmenden Elementen anzusehen. Die gewünschte. Funktion läßt sich natürlich mit mehreren Ausführungen von flüssigkeitsdurchströmten Rohrelementen erreichen. .

Die für die Erfindung kennzeichnende Lage· und Verbindung I der wärmeaufnehmenden Rohrelemente ist aus den Fig. 3, 4 j und 5 ersichtlich, in denen als Beispiel acht Rohrelemente dargestellt sind. j

Gemäß den Fig. 3 und 4 gehen die Rohrelemente 1 radial von - j einem Verzweigungspunkt 1A aus und bilden mit der Vertikal- I ebene einen gewissen Winkel ^Q . In dem dargestellten Bei- j

spiel ist angenommen, daß sämtliche Rohrelemente denselben Winkel mit der Vertikalebene bilden, aber, wie erwähnt, dürfte in vielen Fällen eine zusätzlich verbesserte Wärmeaufnahme erzielt werden können, wenn die Rohrelemente verschiedene Winkel mit der Vertikalebene bilden, so daß die Wärme von einem halbkugelförmigen Erdvolumen aufgenom-

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men werden kann. Durch unterschiedliche Neigung der Rohrelemente kann außerdem das Rohrsystem den örtlichen Bodenverhältnissen flexibel angepaßt werden.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, sind die Rohrelemente 1 in einem gewissen Abstand von dem Punkt angeordnet, auf den sie radial gerichtet sind. Dies ermöglicht einen einfachen Anschluß der Rohrelemente 1 über die Rohre 6 und 7. Die zylinderförmige Grube 8 in Fig. 3 und 4 wird vorzugsweise mit Sand, vorteilhaft auch mit einem gewissen wärmeisolierenden Material zugefüllt, so daß die Rohrkupplungen im Rohrsystem auch im Winter für Inspektion, Dichtung oder andere mögliche Maßnahmen auf einfache Weise freigelegt werden können. Die Grube 8 kann zweckmäßig einen Durchmesser von 1 -3m und eine Tiefe von 0/5 - 1 m haben. Eine praktische Maßnahme ist Abdeckung der Grube 8 mit einem Brunnendeckel o.dgl.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel, wie das Zusammenkuppeln der Rohrelemente 1 erfolgen kann. In diesem Fall sind sämtliche Rohrelemente 1 über Kupplungen 9 und Verbindungsrohre 10 in Reihe angeschlossen und mit Anschlußleitungen 11 und 12 zusammengekuppelt, die mit dem Verdampfer der Wärmepumpe in Verbindung stehen. Durch das Zusammenkuppeln von Gruppen von Rohrelementen an zwei oder mehrere getrennte Kreise₇ die parallel mit den Anschlußleitungen 11 und 12 verbunden werden, kann natürlich der Druckabfall in der Flüssigkeitsströmung des Rohrsystems gesenkt werden. Die gewählte Lage der Rohrelemente gemäß der Erfindung ermöglicht eine leichte Anwendung verschiedener Kupplungsvarianten, wie auch ein einfaches Ausführen von Umkupplungen nach Inbetriebnahme des Rohrsystems.

Wenn Rohrelemente mit einer Länge von gut 10 m gewählt werden, kann bei der vorgeschlagenen Anordnung dieser Elemente Wärme von einem Erdvolumen von 3000 - 4000 m gesammelt

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werden, was zur Deckung des normalen Wärmebedarfs einer Villa genügen dürfte. Bei größerem Wärmebedarf können die Rohrelemente langer ausgeführt, oder es können auch zwei oder mehrere Rohrsysteme der vorgeschlagenen Ausführung angewendet werden.

Der erfindungsgemäße Absorber wurde vorstehend hauptsächlich bei dem Betriebsfall beschrieben, bei dem Wärmeenergie von der Erdmasse aufgenommen und auf das Flüssigkeitsmedium überführt wird. Bei gewissen Anwendungen kann der Absorber auch dazu dienen, Wärme in der Erdmasse zu speichern. In diesem Fall hat das Flüssigkeitsmedium eine höhere Temperatur als die umgebende Erde. Ein Beispiel eines solchen Betriebsfalles ist, wenn Wärme z.B. von einem Solarkollektor im Sommer in der Erde gespeichert und die Wärme der aufgeladenen Erde im Winter wie vorstehend beschrieben gewonnen werden soll.

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Claims

HOFFMANN = EITLE & PARTNER

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Absorber zum Wärmeaustausch mit Erde

Patentansprüche: · *

Absorber zur Wärmeaufnahme aus der Erde oder zur neladung der Erde, bestehend aus einer Anzahl zusammengekuppelter, von Flüssigkeit durchströmter Rohrelemente, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohrelemente (1) radial von einem nahe der Erdoberfläche liegenden Verzweigungspunkt (1A) ausgehen und in Beziehung zur Vertikalebene schräggestellt sind.
2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die verschiedenen Rohrelemente ■(1) mehrere verschiedene Winkel (od) mit der Vertikalebene bilden, so daß Wärme mit einem halbkugelförmigen Erdvolumen ausgetauscht wird.
3. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die verschiedenen Rohrelemente (1) denselben oder im wesentlichen denselben Winkel (OC) mit der Vertikalebene bilden.
4. -. Absorber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge der verschiedenen Rohrelemente (1) den örtlichen Bodenverhältnissen angepaßt ist.

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5. Absorber nach den Ansprüchen 1 bis 4,dadurch

gekennzeichnet , daß die Rohrelemente mit der Vertikalebene Winkel (CsC) zwischen 10° und 80° bilden.

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