DE3047397C2

DE3047397C2 - Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme

Info

Publication number: DE3047397C2
Application number: DE3047397A
Authority: DE
Inventors: 3000 Hannover Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AG
Original assignee: Individual
Current assignee: Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshuette Ag 300
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1987-05-07
Also published as: DE3047397A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme aus dem Grundwasser und/oder dem das Grundwasser umgebenden Erdreich, bei der die Wärme mittels einer Wärmepumpe einer Nutzung zugeführt wird, und bei der ein in einer Erdbohrung angeordneter Wärmeaustauscher mit einem in einem geschlossenen Kreislauf umlaufenden Zwischenträgermedium vorgesehen ist, und der Kreislauf einerseits zur Anordnung unterhalb der Erdoberfläche in Kontakt mit dem Grundwasser und/oder dem feuchten Erdreich ausgebildet und andererseits mit der Primärseite einer außerhalb des Erdreichs anzuordnenden Wärmepumpe verbindbar ist, und der zum Kontakt mit dem Grundwasser und/oder feuchten Erdreich ausgebildete Bereich ein Innenrohr aufweist, welches in ein dieses umschließendes als Wellrohr ausgebildetes Außenrohr mündet, wobei das Außenrohr an seinem der Wärmepumpe abgewandten Ende abgeschlossen ist.

Für die Entnahme von Bodenwärme unter Einsatz einer Wärmepumpe sind verschiedenartige Vorrichtungen bekannt. Sogenannte Erdwärmerückgewinnungsanlagen mit waagerecht ausgelegten Rohrsystemen erfordern aufwendige Verlegungsarbeiten und ein großes Grundstück. Sogenannte "Luft-Wasser"-Wärmepumpen sind aufwendig und bringen sowohl eine Lärmbelästigung als auch eine Vegetationsbeeinflussung durch die abgegebene Kaltluft mit sich.

Bekannt ist auch bereits (DE-OS 29 23 084) ein Bohrgerät, das neben einer harten Spitze aus Metall ein Metallrohr aufweist, das mit der Spitze verbunden und beim Bohrbeginn aufgerollt ist. Da der Antriebsdraht hierbei als gerader Draht bis zum oberen Ende des Metallrohres verlängert und dort rotierend angetrieben wird, ist das zur Erdwärmeförderung verwendete Rohr offensichtlich auf verhältnismäßig geringe Erdtiefen begrenzt.

Zum Einfreieren von Erdbereichen in Oberflächennähe ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt (US 36 48 767), die aus einer unteren sowie einer oberen Kammer besteht, die durch ein mittleres Rohrsystem miteinander verbunden sind. Die untere und obere Kammer kann dabei aus einem Gehäuse mit gewellter Oberfläche bestehen, um die wärmeabgebende oder -aufnehmende Oberfläche zu erhöhen. Abgesehen davon, daß es hierbei nicht um die Gewinnung von Erdwärme geht, ist dieser Mehrkammeraufbau im Zusammenbau sehr aufwendig, die Montage ist problembehaftet, insbesondere wenn man in größere Erdtiefen vordringen wollte.

Eine Verbesserung schafft hier eine bereits vorgeschlagene Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme (DE-GM 80 10 743), bei der ein Wärmetauscher mit einem in einem geschlossenen Kreislauf umlaufenden Zwischenträgermedium vorgesehen ist, und der Kreislauf einerseits zur Anordnung unterhalb der Erdoberfläche in Kontakt mit dem Grundwasser und/oder dem feuchten Erdreich ausgebildet ist, und andererseits mit der Primärseite einer außerhalb des Erdreichs anzuordnenden Wärmepumpe verbindbar ist. Will man, wie angegeben, das Zwischenträgermedium zur rationellen Wärmegewinnung in Erdtiefen größenordnungsmäßig bis zu 100 m hin und wieder zurück transportieren, ist eine einfache Montage des Rohrsystems und ein ungestörter Umlauf des Zwischenträgermediums erforderlich. Diese Forderungen werden in der angegegebenen Form des bekannten Systems nicht erfüllt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die bei kostengünstiger Montage einen störungsfreien Betrieb auch in größeren Erdtiefen gestattet.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Wellrohr über seine gesamte, größenordnungsmäßig bis zu 100 m und mehr betragende Länge einstückig ausgebildet ist und eine Wellenform mit einer einem Kordelgewinde entsprechenden Gestaltung aufweist. Größenordnungsmäßig bedeutet hier, daß es sich nicht um sog. Erdspieße mit Längen von 6,8 oder 10 m handelt, sondern um Rohrlängen, die erst bei 20 oder 30 m beginnen.

Gegenüber bekannten Vorrichtungen zur Erdwärmegewinnung, bei denen für diese Längen Rohre definierter Länge erst an der Bohrstelle durch Muffen oder Flansche miteinander verbunden werden, hat die Erfindung den Vorteil, daß keine Undichtigkeiten an Verbindungsstellen auftreten können und es überdies nicht erforderlich ist, die Verbindungsstellen jeweils einer Druckprüfung zu unterziehen. Das Wellrohr kann - etwa ähnlich einer Kabelverlegung - in seiner gesamten Länge, z. B. 30, 50, 100 oder 150 m, an der Montagestelle von einer Vorratstrommel abgewickelt und ohne zusätzliche Arbeiten in das Bohrloch eingeführt werden. Durch die beanspruchte Wellenform wird das Zwischenträgermedium in einer Turbulenz versetzt, die zu einem höchst gleichmäßigen Wärmeübergang führt.

Zweckmäßigerweise besteht das Wellrohr aus legiertem Edelstahl. Auch dies trägt zu einem günstigen Wärmeübergang bei. Sollte das Wellrohr im tiefen Bereich mit Außensohlen oder mit durch Kupfer, Kohlensäuren oder dgl. angereichertem Grundwasser in Verbindung kommen, können galvanische Ströme infolge Elementbildung gemessen werden. Die galvanische Spannung kann man durch eine dem Wellrohr zugeordnete Potentialausgleichseinrichtung mit Opferanode ausgleichen. Dadurch kann eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten erreicht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung des zum Kontakt mit dem Grundwasser und/oder feuchten Erdreich ausgebildeten Bereiches des Wärmetauschers in seiner vorgesehenen Lage in einer Bohrung im Erdreich sowie ein Blockschaltbild einer Wärmepumpe und eines Heizkreislaufes eines Gebäudes.
Im Erdreich 1 sei unterhalb des Mutterbodens 2 und einer Sandschicht 3 eine grundwasserführende Schicht 4 vorhanden. In dieses Erdreich wird eine Bohrung 5 eingebracht. Ein insgesamt mit 6 bezeichneter Wärmetauscher weist einen Bereich 7 auf, der zum Einführen in die Bohrung 5 vorgesehen ist. Der Bereich 7 weist ein Innenrohr 8 auf, welchem ein Zwischenträgermedium von einer Zirkulationspumpe 9 a entsprechend der Pfeilrichtung A zuführbar ist. Das Zwischenträgermedium tritt am unteren Ende 9 b des vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Innenrohres aus und strömt in einem den eigentlichen Wärmetauscher bildenden und als Wellrohr 10 ausgebildeten Außenrohr in Pfeilrichtung B nach oben. Das Wellrohr 10 ist über seine gesamte Länge einstückig ausgebildet und besteht aus legiertem Edelstahl. Die Wellenform des Wellrohrs weist eine einem Kordelgewinde entsprechende Gestaltung auf. Der Wärmetauscher ist im übrigen mit der Primärseite 15 einer insgesamt mit 9 bezeichneten Wärmepumpe verbunden, deren Sekundärseite 16 über Leitungen 11 und 12 mit einem Heizkreislauf 13 eines Gebäudes verbindbar ist. Ein Druckausgleichsgefäß ist mit 14 bezeichnet. Dem Wellrohr ist eine (nicht dargestellte) Potentialausgleichseinrichtung mit einer Opferanode zugeordnet.
Die Funktion der Anordnung ist derart, daß die im feuchten Erdreich bzw. Grundwasser enthaltene Wärme in dem gewellten Bereich des den eigentlichen Wärmetauscher bildenden Außenrohres auf das Zwischenträgermedium übergeht und in der Wärmepumpe 9 dem Zwischenträgermedium wieder entnommen wird. Da zwischen dem direkt mit dem Außenrohr in Kontakt stehenden Grundwasser bzw. feuchten Erdreich und dem umgebenden Grundwasser bzw. feuchten Erdreich ständig ein Temperaturausgleich stattfindet, wird die durch das Zwischenträgermedium erfolgende Temperaturabsenkung kontinuierlich kompensiert. Es kommt hinzu, daß die Wärmepumpe diskontinuierlich arbeitet und während des Betriebsstillstandes ein weiterer Temperaturausgleich erfolgen kann.

Claims

1. Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme aus dem Grundwasser und/oder dem das Grundwasser umgebenden Erdreich, bei der die Wärme mittels einer Wärmepumpe einer Nutzung zugeführt wird, und bei der ein in einer Erdbohrung angeordneter Wärmetauscher mit einem in einem geschlossenen Kreislauf einerseits zur Anordnung unterhalb der Erdoberfläche in Kontakt mit dem Grundwasser und/oder dem feuchten Erdreich ausgebildet und andererseits mit der Primärseite einer außerhalb des Erdreichs anzuordnenden Wärmepumpe verbindbar ist, und der zum Kontakt mit dem Grundwasser und/oder feuchten Erdreich ausgebildete Bereich ein Innenrohr aufweist, welches in ein dieses umschließendes als Wellrohr ausgebildetes Außenrohr mündet, wobei das Außenrohr an seinem der Wärmepumpe abgewandten Ende abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellrohr (10) über seine gesamte, größenordnungsmäßig bis zu 100 m und mehr betragende Länge einstückig ausgebildet ist und eine Wellenform mit einer einem Kordelgewinde entsprechenden Gestaltung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellrohr (10) aus legiertem Edelstahl besteht.