DE3026638A1

DE3026638A1 - In das erdreich einzubringender waermetauscherkoerper

Info

Publication number: DE3026638A1
Application number: DE19803026638
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 8000 München Kröger
Original assignee: Frankipfahl Bau GmbH
Current assignee: Frankipfahl Bau GmbH
Priority date: 1980-07-14
Filing date: 1980-07-14
Publication date: 1982-02-11

Description

Bezeichnung: In das Erdreich einzubringender Wärme-
tauscherkörper Beschreibung: Die Erfindung betrifft einen in das Erdreich einzubringenden Wärmetauscherkörper, insbesondere als Bauteil aus Beton in Form eines Pfahles, einer Wand oder dgl.
Die Ausnutzung von Umweltwärme zur Beheizung von Gebäuden etc. mit Hilfe einer Wärmepumpenanlage durch Aufnahme der Umweltwärme aus der Umgebungsluft ist nur bis zu Temperaturen von +3 bis +50C wirtschaftlich.
Bei tiefer liegenden Temperaturen treten insbesondere Störungen des Wärmepumpenkreislaufes durch Vereisung der zugehörigen Wärmetauscher auf. Derartige über den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft arbeitende Wärmepumpenanlagen verursachen den geringsten Kostenaufwand.
Um nun auch an kälteren Tagen den Betrieb der Wärmepumpenanlage zu ermöglichen, ist man trotz des größeren technischen und wirtschaftlichen Aufwandes in einigen Fällen dazu übergegangen, die benötigte Wärme dem Grundwasser oder dem Boden zu entziehen. Der Wärmeaustausch geschieht hierbei entweder über eigens dafür angelegte Brunnen, vorausgesetzt ein ergiebiger Grundwasserstrom ist vorhanden, oder über ein flächig im Boden verlegtes Rohrnetz, vorausgesetzt es steht eine freie Grundstücksfläche mit ausreichender Größe zur Verfügung.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die den Entzug der Bodenwärme in den Fällen vereinfacht, in denen bei der Errichtung eines mit einer Wärmepumpenanlage auszustattenden Gebäudes zusätzliche Bauteile in den Boden eingebracht werden müssen, beispielsweise in Form von sogenannten Schlitzwänden oder Gründungspfählen, wenn aufgrund der Bodenbeschaffenheit auf Pfählen gegründet werden muß.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils aus Beton dadurch gelöst, daß im Bauteil wenigstens eine Rohrleitung angeordnet ist, die vom Kopf bis vorzugsweise in den Bereich der Bauteile spitze reicht und wieder zum Kopf zurückgeführt ist, und daß die aus dem Kopf herausragenden Rohrleitungsenden jeweils als Zulauf und als Ablauf für ein Wärmeträgermittel dienen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß auf die zusätzliche, aufwendige Erstellung eines Tiefbrunnens bzw. die aufwendige, zusätzliche Verlegung eines Rohrleitungsnetzes für den Wärmepumpenkreislauf verzichtet werden kann, da die als Wärmetauscher der Wärmepumpenanlage dienende Rohr leitung zusammen mit den ohnehin notwendigen Bauteil in das Erdreich eingebracht werden kann. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung besteht insbesondere bei Gründungspfählen darin, daß derartige Gründungspfähle verhältnismäßig tief in den Boden eingebracht werden müssen, so daß der Wärmeentzug aus dem Boden die Auswirkungen auf die Umwelt gering hält. Für den Betrieb der Wärmepumpenanlage ist es hierbei gleichgültig, ob die Wärme lediglich aus dem Erdboden oder aber aus einem etwa vorhandenen Grundwasserstrom entnommen wird.
Da die Rohrleitung im Pfahlkörper im wesentlichen vertikal orientiert ist, wird ein Teil der wegen der Pfahllänge an sich erforderlichen Förderleistung einer zugehörigen Förderpumpe für das Wärmeträgermittel dadurch kompensiert, daß infolge der Aufwärmung das Wärmeträgermittel im Bereich des ablaufseitigen Endes der Rohrleitung eine geringere Dichte aufweist als im Bereich der Zuleitung, so daß hier die im Wärmeträgermittel vorhandenen Dichteunterschiede den Durchlauf innerhalb des Pfahles unterstützen.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die im Bauteil angeordnete Rohrleitung teilweise mit einem Isoliermantel versehen ist. Hierdurch kann bei entsprechender Anordnung verhindert werden, daß in vorgegebenen Bereichen Wärmeentzug aus dem Erdreich erfolgt.
Für Bauteile aus Beton ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß die Rohrleitung am Bewehrungskorb befestigt ist. Dies gilt sowohl für Fertigbauteile, beispielsweise Pfähle, die fabrikmäßig vorgefertigt und dann auf der Baustelle durch Rammen, Bohren oder Spülen ins Erdreich eingebracht werden, als auch für sogenannte Ortbetonbauteile, bei denen in bekannter Weise zunächst ein Aushub von entsprechender Tiefe ins Erdreich niedergebracht wird, in den dann der Bewehrungskorb mit den Rohrleitungen und der Beton eingebracht werden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß durch die Verbindung mit dem Bewehrungskorb die Rohrleitung in der vorgesehenen Anordnung sowohl beim Einbringen in die Betonierform als auch beim anschließenden Einbringen des Betons in der gewünschten Position sicher fixiert ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß außerdem gewährleistet ist, daß die Rohrleitung verhältnismäßig dicht entlang der Außenfläche des Bauteils verläuft, da üblicherweise die Betonüberdeckung der Bewehrung etwa 2 - 3 cm beträgt. Die aus dem Erdreich aufzunehmende Wärme benötigt daher nur einen kurzen Weg, um vom Wärmeträgermittel aufgenommen zu werden.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Rohrleitung im Bauteil in Form einer Rohrschlange verläuft. Hierdurch ist gewährleistet, daß im Bereich der im Verhältnis zur Temperatur des umgebenden Erdreichs größten Temperaturdifferenz eine größtmögliche Wärmeübergangsfläche zwischen dem Erdreich und dem Wärmeträgermittel zur Verfügung steht.
Die Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispieles für einen Gründungspfahl näher erläutert. Wie aus der Zeichnung zu sehen, ist bei einem Gründungspfahl 1, der entweder als Fertigpfahl in den Boden eingebracht oder aber als Ortbetonpfahl in bekannter Weise hergestellt worden ist, ein Bewehrungskorb 2 vom Beton eingeschlossen, der in üblicher Weise aus einer Vielzahl vertikal verlaufender Armierungsstäbe 3 besteht, die mit geringem Abstand zur Außenfläche des Gründungspfahles im Beton verlaufen und die über eine wendelförmig ausgebildete Armierung 4 miteinander verbunden sind.
An diesem Armierungskorb 2 ist eine Rohrleitung 5 festgelegt, die vom Pfahlkopf 7 bis in den Bereich der Pfahlspitze 8 reicht und wieder zum Pfahlkopf 7 zurückgeführt ist, wobei die beiden am Pfahlkopf aus dem Pfahlkörper herausragenden Rohrleitungsenden jeweils als Zulauf 6 und Ablauf 9 für ein Wärmeträgermittel innerhalb eines nicht mehr dargestellten Wärmepumpenkreislaufs dienen. Die Rohrleitung ist hierbei am zulaufseitigen Ende nur im oberen Pfahlbereich mit einer Isolierung 10 versehen.
Die Führung der Rohrleitung im unten liegenden Wärmeaufnahmebereich des Pfahles kann grundsätzlich beliebig geführt werden. Da jedoch ein Teil der Bewehrung des Bewehrungskorbes 2 durch eine wendelförmig geführte Armierung 4 gebildet ist, bietet es sich an, im unteren Bereich des Pfahles die Rohrleitung 5 entlang dieser Armierung 4 zu führen und an dieser festzulegen, so daß nicht nur die gewünschte Fixierung der Rohrleitung erreicht wird, sondern auch die gewünschte Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche im unteren Pfahlbereich.
Da die größtmögliche Temperaturerhöhung des Wärmeträgermittels bereits im Bereich der Pfahlspitze in der Regel erreicht sein dürfte, ist der von der Pfahlspitze zum Ablauf 9 führende Teilstrang der Rohrleitung wiederum vertikal entlang der gestreckten Armierungsstäbe 3 geführt und bereits im unteren Pfahlbe- reich mit einem Isoliermantel 10 versehen. Bei dem Ausführungsbeispiel wurde der einfacheren Darstellung halber ein Gründungspfahl mit einer nur einsträngigen Rohrleitung erläutert. Insbesondere bei großkalibrigen Gründungspfählen, d.h. Gründungspfählen mit großem Querschnitt, kann es sich für eine optimale Ausnutzung der vorhandenen Bodenwärme als zweckmäßig erweisen, mehrere Rohrleitungsstränge parallellaufend im Pfahlkörper anzuordnen.
Das für die Rohr leitung verwendete Material muß nicht nur gute Wärmeleiteigenschaften besitzen, sondern auch gegenüber Beton und dem vorgesehenen Wärmeträgermittel chemisch beständig sein. Darüber hinaus muß das verwendete Material insoweit verformungsfest sein, daß beim Betoniervorgang, sei es nun bei. der Herstellung als Fertigpfahl, sei es bei der Herstellung als Ortsbetonpfahl, der Rohrquerschnitt unter dem Gewicht des frischen Betons nicht zusammengedrückt wird. Bei der Verwendung einer Rohr leitung aus Metall kann hierbei die Rohrleitung zumindest zum Teil an die Stelle der wendelförmigen Bewehrung 4 treten. Bei einer Rohrleitung aus Kunststoff muß die Leitung selbst mit einer Bewehrung versehen sein, beispielsweise in Form eines den Außenumfang des Rohres wendelförmig umfassenden Stahldrahtes.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher läßt sich nicht nur durch Bauteile aus Beton, wie der beschriebene Gründungspfahl oder sogenannte Schlitzwände bilden.
In gleicher Weise läßt sich ein solcher Wärmetauscherkörper als sogenannter Kiespfahl bzw. Kiesstampfsäule in das Erdreich einbringen. Auch hier muß im Zusammenhang mit einer Gründungsmaßnahme ein entsprechender Aushub vorgenommen werden, in den dann das Rohrleitungssystem vor dem Verfüllen mit Kies eingebracht wird.

Claims

Bezeichnung: In das Erdreich einzubringender Wärmetauscherkörper Ansprüche: Ö) In das Erdreich einzubringender Wärmetauscherkörper, insbesondere als Bauteil aus Beton in Form eines Pfahles, einer Wand oder dgl., dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß im Bauteil (1) wenigstens eine Rohrleitung (5) angeordnet ist, die vom Kopf (7) bis vorzugsweise in den Bereich der Spitze (8) reicht und wieder zum Kopf (7) zurückgeführt ist, und daß die aus dem Kopf (7) herausragenden Rohrleitungsenden jeweils als Zulauf (6) und Ablauf (9) für ein Wärmeträgermittel dienen.
2. Wärmetauscherkörper nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die im Bauteil (1) angeordnete Rohrleitung (5) teilweise mit einem Isoliermantel (10) versehen ist.
3. Wärmetauscherkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Bauteilen aus Beton die Rohrleitung (5) am Bewehrungskorb (2) befestigt ist.
4. Wärmetauscherkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohrleitung (5) im Bauteil (1) in Form einer Rohrschlange verläuft.