DE3022588A1

DE3022588A1 - Erdsonde zur erzeugung eines wasserstromes fuer die speisung einer waermepumpe

Info

Publication number: DE3022588A1
Application number: DE19803022588
Authority: DE
Inventors: Hans 4407 Emsdetten Hinterding
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-16
Filing date: 1980-06-16
Publication date: 1981-12-24

Description

Erdsonde zur Erzeugung eines Wasserstromes für die
Speisung einer Wärmepumpe Die Erfindung betrifft eine Erdsonde zur Erzeugung eines Wasserstromes, dem in einer Wärmepumpe oder einem Heizkörper Wärmeenergie entzogen wird und der in diesen im geschlossenen Kreislauf rückgespeist wird, wobei die Erdsonde aus einem in eine vertikal verlaufende Erdbohrung eingesetztem Rohr besteht, das unten verschlossen ist und an dem oben Zu- und Ablaufstutzen für den Wasserstrom vorhanden sind.
Nachteilig bei bekannten Erdsonden ist es, daß sich innerhalb des Erdsondenrohrs eine Mischtemperatur der in ihnen befindlichen Wassermenge einstellt, da das Wasser mit größter Temperatur in dem Rohr unten erzeugt wird und aufgrund der natürlichen Konvektionsströmungen nach oben in den kälteren Teil aufsteigt, dort durch die Wandung aber wieder abgekühlt wird. Trotz der erheblichen Länge der verwendeten Brunnenrohre und der damit erreichbaren höheren Temperaturen in ihrem unteren Bereich ist daher die Wärmeausbeute unbefriedigend und der für die Wärmepumpe benötigte Energieeinsatz unwirtschaftlich hoch.
Es ist weiterhin bekannt, mittels unten geöffneter Brunnenrohre oder entsprechend perforierter Brunnenrohre aus dem Erdreich Grundwasser zu entnehmen und dieses nach Abkühlung in einer Wärmepumpe durch Schluckbrunnen dem Boden wieder zuzuführen. Nachteilig ist bei diesen bekannten Verfahren aber eine Beeinträchtigung des Grundwasserspiegels in einigen Bereichen und der Umstand, daß insbesondere die Schluckbrunnen nach einiger Zeit das zugeführte Wasser nicht mehr aufnehmen können, dieses über eine Steigerung des örtlichen Grundwasserspiegels also z.B. in die Kanalisation fließt bzw. zu örtlichen Anstiegen des Grundwasserspiegels mit den bekannten negativen Folgen führt.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine Wärmequelle für eine Wärmepumpe zu schaffen, bei welcher die vorgenannten Nachteile nicht mehr auftreten und bei welcher insbesondere während der Heizperiode genügend angewärmtes Wasser zur Verfügung steht, ohne daß der Grundwasserspiegel beeinträchtigt werden könnte.
Die erfindungsgemäße Erdsonde soll weiterhin nicht nur eine erhöhte Temperatur des der Wärmepumpe zugeführten Wassers ermöglichen, sondern darüber hinaus dauerhaft sein, einen ungestörten Betrieb über Jahrzete oder noch längere Perioden ermöglichen, wirtschaftlich herzustellen und leicht einzubringen sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der eingangs genannten Erdsonde dadurch gelöst, daß an dem Ablaufstutzen ein Saugrohr angeschlossen ist, welches bis nahe an den Boden des Sondenrohrs reicht und daß das Saugrohr in seiner ganzen Länge und/oder das Brunnenrohr in seinem oberen Teil von einem Vakuum-Isolationsmantel, vorzugsweise Vakuum-Isolationsmantel umgeben ist.
Eine alternative AusgesXltung ergibt sich dadurch, daß der Zulaufstutzen und der Ablaufstutzen durch ein Haarnadelrohr miteinander verbunden sind, dessen Bogen oder Sammler nahe dem Boden verläuft und daß mindestens der Ablaufstrang des Haarnadelrohrs und des Sondenrohrs in ihrem oberen Teil von einem Isolationsmantel umgeben ist.
Bei dieser Ausführungsform können vorteilhaft zur Vermeidung des Temperaturausgleichs durch Konvektion Querbleche innerhalb des feien Querschnitts des Brunnenrohres angeordnet sein. Zur Verbesserung des Wärmeaustausches zwischen dem Inhalt des Brunnenrohres und dem Grundwasser kann das Brunnenrohr in seinem unteren Teil Bohrungen, Durchbrüche oder Perforationen aufweisen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungegemäßen Brunnens ergibt sich dadurch, daß die genannte Isolationsschicht ein Vakuumraum zwischen den Doppelwandungen des Brunnenrohres, des Saugrohres oder des Haarnadel-Rohres ist, wobei das Vakuum durch eine permanent vorhandene oder bei Bedarf anbringbare Vakuumpumpe aufrecht erhalten wird.
Angesichts der Einfachheit und Dauerhaftigkeit des erfindungsgemäßen Systems und der damit verbundenen Vorteile kann von einer idealen Lösung der anstehenden Probleme gesprochen werden.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 schematisch im Schnitt ein Sondenrohr mit einem darin eingesetzten Saugrohr, Figur 2 ein Sondenrohr mit darin eingesetztem Haarnadelrohr und Figur 3 - 4 die Doppelmäntel der Isolationsschicht gemäß Figur 1.
Die erfindungsgemäße Erdsonde besteht aus einem Sondenrohr 1, welches aus Eisen, Stahl, aber auch zur Verhinderung von Korrosion aus Kupfer oder einer geeigneten Legierung bestehen kann. Weiterhin kann der Metallmantel kunststoffbeschichtet oder galvanisiert sein, um auch bei korrosiven Grundwassern langfristig beständig zu sein. Bei der Ausführung gemäß Figur 2 kann dabei auch ein Kunststoffrohr verwendet werden, wenn mittels von Bohrungen, Durchbrüchen oder Perforationen sichergestellt wird, daß ein genügender Wasseraustausch und damit Wärmeaustausch zwischen dem Innenraum des Rohres und dem außen befindlichen Grundwasser stattfinden kann.
Gemäß Figur 1 ist das Rohr unten durch einen Boden 4 abgeschlossen, während dieser (4) gemäß Figur 2 ebenfalls unterbrochen oder mit Bohrungen 10 versehen sein kann.
Die Zuleitung des durch das Grundwasser bzw. den Untergrund zu erwärmenden Wassers erfolgt durch einen Rohrstutzen 6 und die Ableitung durch einen weiteren Rohrstutzen 2, wobei die Stutzen in bekannter Weise mit Ventilen, Schiebern und dergleichen versehen sein können.
Gemäß Figur 1 besteht eine alternative Ausführungsform der Erfindung darin, daß in das Erdsondenrohr 1 ein Saugrohr 3 eingesetzt wird, dessen unteres, offenes Ende sich kanpp oberhalb des Bodens 4 befindet. Das Rohr 3 weist einen Isolationsmantel 5 auf, der bei dem Erdsondenrohr 1 auch im oberen Bereich des gesamten Rohres vorliegt. Der Isolationsmantel 5 kann entweder herkömmlicher Art sein, z. B. aus Kunststoff-Schaum oder dergleichen bestehen, vorzugsweise wird er aber in Form eines Doppelmantels mit einem Vakuum-Innenraum vorliegen. Gemäß den Figuren 3 und 4 besteht also sowohl das Rohr 1 als auch das Rohr 3 aus einem Doppelmantel la und 1b sowie 3a und 3b, wobei der Innenraum evakuiert ist. Die Erzeugung des notwendigen Vakuums oder Teilvakuums erfolgt dabei über eine nicht gezeigte Vakuumpumpe, die entweder fest installiert ist und mittels einer Überwachung das Vakuum aufrechterhält oder die bei Wartungsarbeiten angesetzt wird und das Vakuum erneuert. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch der Zwischenraum zwischen den Mänteln mit einem nur wenig leitenden Edelgas gefüllt sein. Wie bereits ausgeführt, können aber auch andere Isolationsschichten wie Kunststoffschaum, Steinwolle oder dergleichen verwendet werden.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind in das Brunnenrohr 1 Haarnadel-Rohre 7 eingesetzt, die die Zulauf- und Ablaufstutzen 6 und 2 miteinander verbinden. Es können dabei innerhalb des Brunnenrohres 1 sowohl ein Haarnadelrohr 7, als auch eine Mehrzahl vorhanden sein. Neben der Ummantelung 5 des oberen Teils des Sondenrohrs 1 ist auch zumindestder obere Teil des Ablaufstranges des Haarnadelrohrs 7 oder der Haarnadelrohre 7 mit einer entsprechenden Vakuum-Ummantelung 5 versehen, um zu verhindern, daß das in diesem Bereich vorliegende kältere Wasser das bereits erwärmte,ausströmende Wasser wieder abkühlt.
Diese Vakuum-Ummantelung dient gleichzeitig als Schwimmkörper, deren Auftrieb des Gewichts der Sondenrohre trägt.
Um zu verhindern, daß sich bei diesem Ausführungsbeispiel durch Konvektionsströmungen eine Mitteltemperatur im ungünstigen Sinne innerhalb des Rohr 1 einstellt, sind Querbleche 8 vorhanden (nur eins gezeigt), welche von den Haarnadelrohren 7 durchdrungen werden und die die genannte Konvektion sicher verhindern. Die Wärmeleitung in horizontaler Richtung, die erwünscht ist, wird dadurch aber nicht betroffen. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß die vorstehend in Verbindung mit der Figur 1 genannte Isolierung bzw. der entsprechende Isolationsmantel 5 auch bei dem Rohr 7 oder den Rohren 7 vorliegt.
Wesen der Erfindung ist es also, daß erreicht wird, daß die unten in dem Brunnenrohr 1 vorliegende Außentemperatur zugleich die Temperatur des ausströmenden Wassers wird, so daß die an den Ablaufstutzen 2 angeschlossene Wärmepumpe von einem wesentlich höheren Temperaturniveau ausgehen kann, als dies sonst üblich ist. Bei der Verwendung von Sondenrohren von erheblichen Längen bzw. Tiefen, z. B. 50 oder 100 m kann dadurch eine wesentliche Verbesserung der Energiebilanz der Heizungsanlage erreicht werden.
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Claims

Patentansprüche: Erdsonde zur Erzeugung eines Wasserstromes, dem in einer Wärmepumpe oder einem Heizkörper Wärmeenergie entzogen wird und der in diesen im geschlossenen Kreislauf rückgespeist wird, wobei die Erdsonde aus einem in eine vertikal verlaufende Erdbohrung eingesetzten Sondenrohr besteht, das unten verschlossen ist und an dem oben Zu- und Ablaufstutzen für den Wasserstrom vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ablaufstutzen (2) ein Saugrohr (3) angeschlossen ist, welches bis nahe an den Boden (4) des Sondenrohrs (1) reicht, und daß das Saugrohr (3) in seiner ganzen Länge und/oder das Sondenrohr (1) in seinem oberen Teil von einem Isolationsmantel (5) umgeben sind.
2. Erdsonde zur Erzeugung eines Wasserstromes, dem in einer Wärmepumpe oder einem Heizkörper Wärmeenergie entzogen wird und der in diesen im geschlossenen Kreislauf rückgespeist wird, wobei die Erdsonde aus einem in eine vertikal verlaufende Erdbohrung eingesetztem Rohr besteht, das unten verschlossen ist und an dem oben Zu-und Ablauf stutzen für den Wasserstrom vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufstutzen (6) und der Ablaufstutzen (2) durch ein Haarnadelrohr (7) miteinander verbunden sind, dessen Bogen (8) nahe dem Boden (4) verläuft und das mindestens der Ablaufstrang des Haarnadelrohrs (7) und des Erdsondenrohrs (1) in ihrem oberen Teil von einem Vakuum-Isolationsmantel (5) umgeben ist.
3. Erdsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Querbleche (8) innerhalb des freien Querschnitts des Brunnenrohres (1) angeordnet sind.
4. Erdsonde nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Brunnenrohr (1) in seinem unteren Teil Bohrungen, Durchbrüche oder Perforationen aufweist.
5. Erdsonde nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (5) ein Vakuumraum zwischen Doppelwandungen (la u. ib bzw. 3a u. 3b) des Brunnenrohres (1) oder des Saugrohres (3) bzw.

entsprechender Wandungen des Haarnadelrohrs (7) ist.
6. Erdsonde nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsmantel (5) als Schwimmkörper für die Rohrleitungen der Erdsonde ausgebildet ist.