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Anton Welte, Kolpingstr. 21, 7950 Biberach 1
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Herbert Okon, Brandäckerweg 30, 7996 Meckenbeuren Jürgen Koll, Beethoven-Str.
65, 7990 Friedrichshafen 1 Erdkollektor von Wärmepumpen und Vorrichtung zu seiner
Herstellung Die Erfindung betrifft einen Erdkollektor für Wärmepumpen, mit einer
Mehrzahl ins Erdreich eingebrachter Erdsonden, die jeweils ein Außenrohr und ein
in diesem angebrachtes und bis dicht zu dessen Ende herabgeführtes Innenrohr aufweisen,
wobei die oberen Enden beider Rohre über getrennte Verteiler derart an die Wärmepumpe
anschließbar sind, daß sich ein durch beide Rohre und den Verdampfer der Wärmepumpe
hindurchführender geschlossener Strömungskreislauf eines Wärmetauschermediums ergibt.
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Als Erdkollektoren für Wärmepumpen verwendet man in der Regel in einer
Tiefe von 1,80 bis 2,00m mäanderförmig in horizontaler Ebene verlegte einwandige
Rohre bzw. Kunststoffschläuche. Wegen der geringen Tiefe und des begrenzten Umfeldes
eines Rohrelementes verliert das Erdreich in den Monaten November bis April durch
den ständigen Wärmeentzug schnell soviel Wärmepotential, daß mit anderen Heizquellen
nachgeheizt werden muß. Zudem erfordern horizontale Erdkollektoren eine derart große
Grundstücksfläche, wie sie in Bezug auf die benötigte Heizleistung praktisch nur
bei Einfamilienhäusern mit größerem Garten zur Verfügung steht.
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Bekannt ist ferner die Ausbildung mit Saug- und Schluck-
brunnen,
sofern zwischen den unteren Enden der großflächig zu erstellenden Bohrungen eine
Grundwasserverbindung herzustellen ist. Dabei wird zwar in größere Tiefen gebohrt,
so daß man ein höheres Wärmepotential ausnutzen kann, aber das Grundwasser wird
selbst umgewälzt und durch den Wärmetauscher im Verdampfer der Wärmepumpe geführt.
Zudem erfordern Bohrvorgänge - auch für auf diese Weise in größerer Tiefe eingebrachte
Doppelrohrsonden - einen recht beträchtlichen Aushub von Material und eine Beeinträchtigung
der Grundwasserverhältnisse.
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Hierfür ist eine Genehmigung des Wasserwirtschaftsamtes einzuholen,
was im Hinblick auf das steigende Umwelt-Schutzbemühen immer schwieriger wird.
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Zudem werden Bohrungen in aller Regel senkrecht mit entsprechendem
Querabstand eingebracht, was eine zusätzliche waagerechte Führung von Verbindungsleitungen
an oder dicht unter der Erdoberfläche bis zur Wärmepumpe erfordert. Dadurch ergeben
sich in begrenzter Weise die Nachteile der ausschließlich horizontal verlegten Kollektorrohre.
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Die Erfindung dient der Aufgabe, den eingangs geschilderten Erdkollektor
so weiterzubilden, daß seine Errichtung vereinfacht und verbilligt und die Wärmeaufnahmeleistung
verbessert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß eine Vielzahl der
Erdsonden nach Art von einer einzigen Strahlungsquelle ausgehender Strahlen mit
unterschiedlicher Neigung in mehreren Ebenen zu einer horizontalen Bezugsrichtung
ins Erdreich eingetrieben.
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Die Eintreibvorgänge erfordern keinen Materialaushub und keine Veränderungen
der Grundwasserverhältnisse. Das Erdreich wird nur gegen die flberwindung von Gegenkräften
kurzzeitig nach außen gedrängt und schließt sich dann mit größerem Anlagedruck wieder
um die Außenfläche der Rohre.
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Durch diesen großen Anlagedruck wird ein außerordentlich
günstiger
Wärraeübergangswert erreicht. Die hier erreichten Tiefen sind vielfach größer als
bei horizontaler Verlegung. Entsprechend größer sind auch die im wirksamen Wärmetauscherbereich
am unteren Ende der Sonden herrschenden Erdtemperaturen. Dort kann zudem auch keine
Senkung des Wärmepotentials bewirkt werden, da die von einer einzigen Stelle aus
eingetriebenen Sonden nach unten hin immer größeren Abstand voneinander haben. Andererseits
kann in den oberen Erdschichten keine Abkühlung des aufgewärmten Wärmetauschermediums
eintreten, weil sich dort die Sonden immer mehr nähern und evtl. tiefer abgekühlte
Oberschichten des Erdreiches durch die größere Zahl der dort auf engem Raum hindurchgeführten
Wärmesonden auf höheres ärmepotential gebracht werden und dadurch einen Erdwärmespeicher
bilden. Dessen Wirkung kann ggf. durch Randisolierung verstärkt werden.
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Durch das Eintreiben von einer einzigen Stelle lassen sich, wie später
noch ausgeführt werden wird, die Herstellungskosten erheblich mindern. Bei einigermaßen
lockerem Erdreich lassen sich gar vielgeschossige Gebäude mittels eines solchen
Stern-Erdkollektors auch bei Frosttemperaturen von minus 20° auf Raumtemperaturen
von plus 20"C halten, sofern hinreichend isoliert ist und Heizungssyteme wie Fußbodenheizungen
mit geringerer Vorlauftemperatur zum Einsatz kommen.
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Die Erdsonden weisen zweckmäßigerweise eine Neigung von 30° bis 85"
zur Horizontalen auf. Man kann also bei gleicher Sondenlänge einen unter der Eintreibstelle
befindlichen halbkugelförmigen Raum nahezu vollständig erschließen. Bevorzugt werden
Neigungen von 45" und mehr zur Horizontalen, weil man dann mit wenigen Sonden verhältnismäßig
tief eindringen und ein höheres Wärmepotential anzapfen kann. Außerdem wird so die
Gefahr verringert, daß man die Grundstücksgrenzen bberscBitet.
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Die Erdsonden sollten nach Möglichkeit eine Länge von 12 m bis 50
m aufweisen. In diesem Fall werden sie in Parallelschaltung gehalten, während man
kürzere Erdsonden in Reihenschaltung an die Wärmepumpe anschließt. Nun steht zwar
die Länge in festem Verhältnis zur Wärmetauscherfläche des Außenrohres, gibt aber
nur eine recht ungenaue Beziehung zur erreichten Tiefe und der dort aufgenommenen
Temperatur.
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Ain ist zwarbestrebt,möglichst tief ins Erdreich vorzudringen, in
erster Linie aber deshalb, weil man dann auch eine große Wärmetauscherfläche entsprechend
tief und in einen höheren Temperaturbereich einbringt. Die Bodentemperatur steigt
nämlich bis auf 20 m Tiefe einigermaßen linear über 10°C auch bei Luft-Frosttemperaturen
an, aber darunter nimmt sie nicht mehr sonderlich zu. Es ist daher wesentlich, daß
die Sonden bis unter 20 m Bodentiefe eingebracht werden und man das Wärmetauschermedium
dadurch bis auf über 10°C aufheizen kann. Durch Mischung mit einem Medium aus kürzeren
und weniger tief eingebrachten Erdsonden läßt sich so stets eine resultierende Temperatur
des in den Verdampfer eintretenden Wärmemediums um 8"C sicherstellen. Da dies bei
kürzeren Sonden nicht ohne weiteres möglich ist, werden dort eben zwei oder drei
hintereinander geschaltet, um in diesen Temperaturbereich zu gelangen.
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Dabei ist zu bedenken, daß es sich bei den kürzeren Sonden meist um
solche handelt, die wegen harter Bodenbeschaffenheit nicht tiefer eingebracht werden
konnten, aber irgendwie ausgenützt werden müssen.
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Die Außenrohre der Erdsonden sollten einzelne gegeneinander abgedichtete
und formschlüssig aneinandergefügte Rohrlängen und an ihrem unteren Ende einen zugespitzten
Verdrängungskörper aufweisen, dessen Außendurchmesser nur soviel größer ist als
der Außendurchmesser der Außenrohre, daß sich das beim Eintreibvorgang zusammengepreßte
Erdreich wieder um die Außenrohre schließt. Dieser Schließvor-
gang
ist natürlich zeitabhängig, so daß man bei zügigem Arbeiten nur geringere Reibungskräfte
zu überwinden hat, während die Rohre später allein durch die Reibungskraft außergewöhilich
fest im Erdreich gehalten sind. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Verdrängungskörper
mit einem um 6 bis 12% größeren Außendurchmesser als die Außenrohre zu versehen.
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Die einzelnen Rohrlängen werden zweckmäßigerweise durch Gewindeeingriff
verbunden. Dabei lassen sich auf einer Seite des Gewindeeingriffs Stoßflächen zum
Ubertragen der Eintriebskräfte vorsehen und auf der anderen Seite ein Raum zum Aufnehmen
eines Dichtungsringes bilden, der zwar beim Zusammenschrauben der beiden Eingriffs~teile
unter Druck gesetzt wird, wobei jedoch der Verformungsgrad durch die unmittelbare
Anlage der beiden Eingriffsteile an der Stoßfläche begrenzt ist. Dadurch kann zwar
der Dichtungsring soweit verformt werden, daß er einerbestimmten vorgegebenen Druckbelastung
und Verformung die Abdichtung sicherstellt, ohne jedoch einer Beschädigungsgefahr
ausgesetzt zu sein.
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Um dies zu erreichen, läßt sich beispielsweise der innere Gewindeteil
der beiden Rohrlängen kürzer ausbilden als der die Ringnut aufweisende äußere Gewindeteil.
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Ferner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das die innere Oeffnung
der Ringnut begrenzende freie Ende des inneren Gewindeteiles außen gewindefrei glattflächig,
insbesondere schwach kegelförmig auszubilden. Auf diese Weise läßt sich beim Einschrauben
selbsttätig der Verformungsgrad des meist als O-Ring ausgebildeten Dichtungsringes
erreichen.
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Der Gewindeeingriff sollte wenigstens durch ein einen kegelförmigen
Mantel aufweisendes Feingewinde mit einem Spitzenwinkel von vorzugsweise 4c bis
8" gebildet werden.
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Nach einem weiteren Erfindungsvorschlag enden eine Vielzahl
von
Erdsonden oben in einer vorzugsweise von einem zu beheizenden Gebäude überdeckten
und ausbetonierten Grube.
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Diese Grube verkürzt zunächst die Länge der Sonden, die sich dadurch
mit geringeren Kosten einbringen lassen und in einer Tiefe beginnen, in der die
Temperatur des Erdreiches normalerweise schon etwas angehoben ist. Ein die Grube
überdeckendes Gebäude erfährt eine gewisse Heizwirkung dadurch, daß das Erdreich
in der zuvor erläuterten Weise dort etwas erwärmt ist. Man kann auch den Erwärmungsbereich
zur Seite hin durch das Fundament der Außenmauern etwas begrenzen und dadurch vor
allem dann einen Isoliereffekt erzielen, wenn innen am Fundament wärmedämmende Mittel
angebracht werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erstellen eines
Erdkollektors der vorgeschilderten Gattung für Wärmepumpen auf preiswerte Weise
mit möglichst exakt gesetzten Erdsonden. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß vor
allem dadurch gekennzeichnet, daß zum Eintreiben der Außenrohre der Erdsonden ein
Rammgerät längsverschiebbar und allseitig schwenkeinstellbar mittels einer Lafette
geführt ist.
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Eine solche Lafette kann grundsätzlich in der gleichen Weise beschaffen
sein, wie sie bei Geschützen zur Anwendung kommt, d.h. sie muß einerseits eine feste
Auflage und ggf. Verankerung im Erdreich, etwa in der vorerwähnten Grube, ermöglichen
und dann das Rammgerät in der gleichen Weise nach unten richten, wie sonst Geschützrohre
allseitig frei einstellbar in den Luftraum gerichtet werden. Dadurch soll gewährleistet
bleiben, daß jeder Sonde möglichst exakt ihre Vortriebsrichtung vorgegeben werden
kann und das Rammgerät auch ständig in dieser einmal gegebenen Richtung gehalten
bleibt. Man kann dann mit einer einzigen Aufstellung der Lafette in der Regel alle
benötigten Erdsonden einbringen, muß nur zwischenzeitig neu ausrichten, um die Sonden
mit einigermaßen gleichbleibenden Zwischenabständen
möglichst tief
einzutreiben. Lafetten dieser Art lassen sich zudem, wie noch dargelegt werden wird,
auf recht einfache Weise erstellen, montieren und demontieren. Die Errichtung hochleistungsfähiger
Kollektoren wird auf diese Weise sehr vereinfacht.
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Beispielsweise kann die Lafette einen Lagerbock aufweisen, der um
eine lotrechte Drehachse einstellbar einen Drehteil trägt, an welchem um eine waagerechte
Schwenkachse neigungseinstellbar ein Auslegerarm gelagert ist, der mit einer Längsführung
für das Rammgerät versehen ist. Auf diese Weise wird mit recht einfachen Mitteln
eine zuverlässige universelle Einstellbarkeit der Längsführung und damit der Eintreibrichtung
für das Rammgerät gewährleistet.
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Als "Auslegerarm" ist hier alles zu verstehen, was eine langgestreckte
Führung ermöglicht. Auf verhältnismäßig einfache Weise läßt sich ein solcher Auslegerarm
durch ein stufenlos verstellbares Wippwerk in der bei Auslegerkranen bekannten Weise
am drehbaren Lafettenteil abstützen.
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Das Wippwerk kann einen insbesondere mit Handpumpe zu betreibenden
Hydraulikzylinder aufweisen, wie er beispielsweise in Teleskopausführung, d.h. mit
zwei hintereinandergeschalteten Zylinderräumen bei Hub zylindern zum Aufbocken von
Kraftfahrzeugen bekannt ist. Wichtig ist dabei eine Feindosierung des Antriebes,
um ein genaues Einsteuern in die vorgegebene Richtung zu ermöglichen und auch zwischenzeitig
kleine Korrekturen durchführen zu können.
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Empfohlen werden ferner Feststellmittel zum Arretieren der relativ
zueinander einstellbaren Lafettenteile. Dies gilt vor allem für das Drehlager, wozu
sich eine Bolzenkupplung mit einem Lochkreis unter einem Einheitswinkel zueinander
versetzter Kupplungslöcher empfiehlt. Die waagerechte Dreheinstellung bedarf nun
in der Praxis keinerlei Korrektur, während sich die Höhenrichtung durch unterschiedliches
Eindrücken der Abstützung vorn und hinten mitunter ändert.
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Dort sollte jedenfalls kein Arretieren in vorgegebenen festen Winkelabständen
vorgenommen werden, in der Regel kommt man gar ohne zusätzliche Arretiermittel aus.
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Der Lagerbock sollte möglichst Kupplungsmittel für den lösbaren Anschluß
von sternförmig nach außen ragenden, insbesondere als Profilstäbe ausgebildete Fußstützen
aufweisen. Er ist dann leicht demontierbar und zu transportieren, läßt sich aber
mit großem Hebelarm abstützen, etwa wenn an den Enden der Fußstützen noch großflächige
Auflageteile angebracht werden.
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Der Auslegerarm kann mit zwei seitlichen Führungsschienen für einen
das Rammgerät tragenden Lafettenwagen versehen sein. Dabei kann es sich um tragende
Konstruktionselemente oder um zusätzlich angebrachte Schienen handeln.
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Der Lafettenwagen wird zweckmäßigerweise auf jeder Führungsschiene
mit zwei an deren Oberseite aufliegenden Laufrollen versehen und kippsicher am Geräteträger
abgestützt. Die Abstützung kann dabei durch besondere Mittel, etwa eine oder mehrere
Halteschienen erfolgen, grundsätzlich jedoch auch durch die Führungsschienen übernommen
werden.
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Die Zeichnung gibt die Erfindung beispielsweise wieder.
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Es zeigen Fig. 1 eine schematische räumliche Darstellung eines an
eine Wärmepumpe angeschlossenen erfindungsgemäßen Erdkollektors, Fig. 2 einen Schnitt
durch das obere Ende einer solchen Erdsonde, Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch
die Wandung des Außenrohres einer Erdsonde an der Anschlußstelle zweier Rohrlängen,
Fig.
4 eine teilweisc geschnittene Seitenansicht einer mit einem Pressluft-Rammgerät
bestückten Lafette und Fig. 5 einen Schnitt durch diese Lafette nach der Linie V-V
in Fig. 4.
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Nach Fig. 1 wird der Erdkollektor 1 beispielsweise durch lediglich
fünf Erdsonden Ii bis 15 gebildet, die an ihrem unteren freien Ende jeweils einen
Verdrängungskörper 2 und ferner ein Außenrohr 3 und ein Innenrohr 4 aufweisen und
mit unterschiedlichen waagerechten und lotrechten Neigungen zu jeder beliebigen
horizontalen Bezugsrichtung angeordnet sind.
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Der Verdrängungskörper 2 ist der Einfachheit halber mit einer kegelförmigen
Spitze dargestellt, die jedoch in der Praxis meist in zwei Stufen aufgelöst ist,
um auch ein Eindringen in härtere Böden zu ermöglichen. Ihr Außendurchmesser ist
um ca. 4 mm größer als der hier mit etwa 42 mm angesetzte Außendurchmesser der Außenrohre
3, die in der nachstehend beschriebenen Weise in das Erdreich eingetrieben werden.
Es wird also das Erdreich um einige mm weiter nach außen verdrängt, so daß das Außenrohr
der Sonde beim Eintreibvorgang etwas Spiel hat. Der Boden gibt jedoch die eingebrachte
Verdrängungsenergie mit geringer Verzögerung weitgehend wieder zurück, so daß die
Sonden fest vom Erdreich umspannt werden, was den Wärmeübergang verbessert.
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Die Außenrohre 3 werden beim Eintreibvorgang aus einzelnen Rohrlängen
31 mittels eines in die beiden Rohrenden eingeformten kegelförmigen Feingewindes
32 zusammengeschraubt.
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Das kegelförmige Gewinde bildet dabei einen Spitzenwinkel von 5°.
Der innere Gewindeteil 33 ist um ca. 0,5 mm kürzer als der äußere Gewindeteil 34.
Dessen freies Ende bildet mit einem Schulteransatz für den inneren Gewindeteil eine
radiale Stoßfläche 35, an welcherbeim Eintreibvorgang die axialen Kräfte übertragen
werden. Am Ansatz
des äußeren Gewindeteiles 34 ist eine Ringnut
36 eingeformt, die innen weitgehend durch eine schwach kegelförmige Fläche 37 am
freien Ende des inneren Gewindeteiles 33 begrenzt wird und einen als O-Ring ausgebildeten
Dichtungsring 38 aufnimmt. Dieser Dichtungsring 38 hat einen kleineren Querschnitt
als die Ringnut 36. Er wird also beim Einschrauben des Gewindes zusammengepreßt
und dichtet dabei zuverlässig den inneren Ringspalt 39 ab.
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Sein Verformungsgrad ist jedoch begrenzt durch die Anlage der beiden
Teile an der Stoßfläche 35, d.h. der Ring wird nie überbeansprucht.
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Der Ringraum zwischen dem schlauchförmigen Innenrohr 4 und dem Außenrohr
3 ist durch einen an dessen oberem Ende angebrachten Rohrstutzen 5 an einen Verbindungsschlauch
6 angeschlossen, während das schlauchförmige Innenrohr 4 durch einen auf das obere
Ende des Außenrohres 3 aufgesetzten Ringdeckel 7 in einer Dichtung 8 herausgeführt
ist und selbst die Funktion eines Verbindungsschlauches übernehmen kann. Es versteht
sich jedoch, daß auch hier ein gesonderter Verbindungschlauch zwischengeschaltet
werden kann.
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Das Innenrohr 4 endet, wie beispielsweise anhand der Erdsonde 11 dargestellt
ist, mit Abstandvom zugehörigen Ende des Außenrohres 3. Es kann also durch das Innenrohr
ein Wärmetauschermedium im Innenrohr 4 gemäß Pfeil 9 nach unten und im Ringraum
16 zwischen den beiden Rohren gemäß den Pfeilen 17 wieder nach oben gefördert werden.
Da während der Aufwärtsströmung durch die Wandung des Außenrohres 3 hindurch Erdwärme
aufgenommen wird, läßt sich diese in der noch zu beschreibenden Weise dem Wärmetauschermedium
wieder entziehen, um dann das Medium im geschlossenen Kreislauf wieder nach unten
zu fördern.Dieser Umwälzvorgang wird dabei ausschließlich durch die unterschiedlichen
spezifischen Gewichte, des absinkenden kälteren und des aufsteigenden wärmeren Wärme-
tauschermediums
bewirkt.
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Durch Einhalten einer bestimmten mittleren Eindringtiefe kann sichergestellt
werden, daß das hochgeförderte Wärmetauschermedium stets eine Temperatur über +8"C
hat und auch nach der oben vorgesehenen Abkühlung nicht unter 0°C abgekühlt wird.
Damit kann im Prinzip Wasser ohne jeden Kälteschutz zum Einsatz kommen. In der Regel
wird man jedoch vorsichtshalber ein Kälteschutzmittel zugeben. Nach Fig. 1 wird
die vorgenannte Bedingung etwa durch die Sonden 11,12 und t3 erfüllt, die sämtlich
über 20 m tief im Boden geführt sind und damit Wärmetauscherwasser mit ca. 10oC
hochfördern können. Es sind daher auch die Verbindungsschläuche 6 dieser drei Erdsonden
ebenso unmittelbar an den Eingangsverteiler 18 der Wärmepumpe 21 angeschlossen wie
die oberen Enden der Innenrohre 4 zum Ausgangsverteiler 19 der Wärmepumpe geführt
sind.
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Die beiden Erdsonden 14 sind jedoch unter geringerer Neigung zur Horizontalen
angeordnet oder konnten aus anderen Gründen nicht in größere Bodentiefe vordringen.
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Einzeln könnten sie bei ungünstigen Witterungsbedingungen nur eine
Erwärmung bis ca. 5"C erzielen. So ist zwar das zugehörige Innenrohr 41 der Erdsonde
15 an den Ausgangsverteiler 19 angeschlossen , der zugehörige Rohrstutzen 5 jedoch
an das Innenrohr 42, während schließlich der Verbindungsschlauch 61 der Erdsonde
14 zum Eingangsverteiler 18 geführt ist.
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In den beiden Verteilern werden die von den ggf. bis zu 10 oder mehr
Erdsonden kommenden Strömungen zusammengeführt und dann in einer Rohrschlange oder
einer anderen Form eines Wärmetauschers im Verdampfer der Wärmepumpe abgekühlt,
wobei die entzogene Wärme in nicht weiter gezeigter Weise einer Nutzung zugeführt
wird. Es kann auch die Leistung der Wärmepumpe stets so geregelt werden, daß das
aus dem Ausgangsverteiler 19 in die Erdsonden
strömende Wärmetauschermedium
nicht unter 00C abgekühlt wird.
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Um eine möglichst gleichförmige Erfassung des verfügbaren Erdreiches
zu ermöglichen, sollten die Sternstrahlen-förmig auseinandergeführten Erdsonden
jeweils einen etwa gleichgroßen kegelförmigen Erdraum erfassen und auch etwa gleichgroße
Winkelabstände zu benachbarten Erdsonden halten.
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Ideal wäre die Erfassung eines halbkugelförmigen Erdraumes mit einem
Radius bis zu 50 m. Da es vor allem auf die in lotrechter Richtung gemessene Eindringtiefe
ankommt, wird man kaum unter einem Neigungswinkel von 300 eintreiben. Aus dem gleichen
Gesichtspunkt ist es angebracht, die Sonden aus einer Grube 22 heraus niederzubringen,
die zweckmäßigerweise eine Tiefe von wenigstens 1,50 m und eine Seitenlänge von
ca. 3 m haben sollten.
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Gefrorenes Erdreich der oberen Erdschichten wird durch die zusammengeführten
Erdsonden meist unmittelbar erwärmt. Diese Wärmeabgabe läßt sich zusätzlich ausnutzen,
wenn die Grube 22 bzw. ein anderer Ort der Zusammenführung der Erdsonden von einem
zu heizenden Gebäude überdacht ist. Durch eine mit Abstand vorgesehene, etwa an
den Fundamenten der Außenmauern angebrachte Wärmedämmschicht kann man hier einen
Erdsp eichereffekt erzielen.
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Zum Eintreiben der verschiedenartigen Erdsonden 11 bis 15 aus der
Grube 22 oder einem anderen zentralen Ort dient nach den Fig. 4 und 5 ein Druckluft-Rammgerät
23, das mittels eines Lafettenwagens 24 längseinstellbar an dem Auslegerarm 25 einer
Lafette 26 geführt ist. Der Auslegerarm 25 ist über eine waagerechte Schwenkachse
27 in lotrechter Ebene neigungseinstellbar mittels eines hydraulischen Wippwerkes
28 an einem drehbaren Teil 29 gehalten, der um eine lotrechte Drehachse 43 drehbar
auf einem Lagerbock 44 sitzt.
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Unter einer Fußplatte 45 des Lagerbocks sind lösbar, vorzugsweise
von außen einsteckbar und durch einen gesicherten Steckbolzen 40 feststellbar U-förmige
Stützschienen 46 angebracht, die mit ihren Flanschen in den oftmals nicht hinreichend
verdichteten Boden einer Baugrube o.dgl. eingreifen und durch Erdnägel, Erdschrauben
o.dgl. 50 festgelegt sind. Auf einer Kopfplatte 47 liegt auf einer zwischengeschalteten
Gleitringscheibe 48 und zur Drehachse 43 durch einen Königszapfen 49 zentriert eine
Kreisscheibe 51 des drehbaren Teils 29 auf. Die Gleitringscheibe 48 besteht zweckmäßigerweise
aus einem gleitfähigen Kunststoff wie PE. Außerhalb des Randes der Gleitringplatte
ist die Kreisscheibe 51 an der Kopfplatte 47 durch einen Steckbolzen 52 festgelegt,
der in nicht weiter gezeigter Weise in einen etwa in der Kopfplatte angebrachten
Lochring greift, dessen einzelne Löcher jeweils fünf Winkelgrade Abstand voneinander
haben. Der drehbare Teil einschließlich des Auslegerarmes 25 läßt sich daher stufenweise
jeweils um ca. 50 exakt verdrehen und in dieser Lage sichern.
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Auf der Kreisscheibe 51 sind zwei seitliche Stege 53 aufgeschweißt,
die zwischen ihren vorderen Enden die Schwenkachse 27 und zwischen ihren hinteren
Enden eine Gelenkachse 54 für das Wippwerk 28 tragen, das hier als zweistufiger
Teleskopzylinder in der bei Wagenhebern bekannten Art ausgebildet ist. Das Wippwerk
wirkt über ein Gelenkkupplungsstück 55 auf den Unterzug 56 des als im Querschnitt
dreieckförmiger Fachwerkträger ausgebildeten Auslegerarmes 25 ein.
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Die beiden Enden des Auslegers sind durch Endplatten 58, 59 begrenzt,
zwischen welchen zylindrische Haltestangen 62 eingespannt sind.
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Der Lafettenwagen 24 wird vornehmlich gebildet durch ein das Rammgerät
23 aufnehmendes Zylinderrohr 63 mit an
dessen Enden fest angbrachten
Führungsplatten 64,65. Er läuft mittels je zweier seitlich an den Führungsplatten
angebrachter Laufrollen 66 auf den beiden Obergurten 67 des Auslegerarmes und ist
zusätzlich durch die beiden Haltestangen 62 gesichert, die durch Bohrungen 68 der
Führungsplatten 64,65 hindurchgeführt sind.
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Die Antriebsenergie wird dem Rammgerät 23 in bekannter Weise durch
einen an dessen Rückseite angeschlossenen Druckluftschlauch 69 zugeführt. Das Gerät
läßt sich nach einem Arbeitshub zum Eintreiben einer ersten Rohrlänge durch ein
Zugmittelgetriebe wieder in die Ausgangsstellung zurückbefördern. Dies kann von
Hand,zweckmäßigerweise mit einer am vorderen Ende des Auslegerarmes angebrachten
Kurbel 75 durch eine Seiltrommel 76 bewerkstelligt werden, die entweder selbst am
rückseitigen Ende des Auslegerarmes bzw. an der Endplatte 59 angebracht ist oder
deren Seil 77 über eine dort vorgesehene Umlenkrolle 78 geführt wird.
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Das Rammgerät 23 wird im wesentlichen durch seine Aufnahme im Rohr
63 des Lafettenwagens 24 ausgerichtet, kann ggf.
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aber auch zusätzlich in diesem Rohr festgelegt werden. Es trägt an
seinem vorderen Ende einen seinen Arbeitsstempel 71 umgebenden Führungskonus 72
für die jeweils zu führende Rohrlänge 31. Auf das obere Innengewinde dieser Rohrlänge
ist ein weitgehend massiver zylindrischer Kupplungstempel 73 aufgeschraubt, der
die vom Arbeitsstempel 71 vibrierend aufgebrachten Rammstöße über die Stoßfläche
35 (Fig.3) auf die Rohrlänge 31 überträgt und dadurch Deformationen der Außenrohre
verhindert.
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Die Lafette ist in einer Betriebsstellung zum Eintreiben unter dem
kleinsten vorgesehenen Neigungswinkel von 300 gezeichnet. Sie kann über die eingezeichneten
Zwischenstellungen 74 hinaus bis zu einem Neigungswinkel von 85" zur Horizontalen
hochgeschwenkt werden. Diese Neigungseinstellung wird normalerweise durch das Wippwerk
28 während
des ganzen Eintreibvorganges einer Erdsonde beibehalten,
gesonderte Arretiermittel sind daher nicht vorgesehen, zumal man ggf. von Hand etwas
nachsteuern kann, falls das Außenrohr durch unterschiedliche Erdkräfte etwas abgelenkt
wird. Durch Kombination von Schwenk- und Wippvorgängen lassen sich jedenfalls die
Sonden in zahlreichen Richtungen von einer einzigen Stelle aus eintreiben, ohne
daß der Lagerbock versetzt werden muß. Es kann sich jedoch empfehlen, die Winkelabstände
zwischen benachbarten Erdsonden um soviel größer zu halten, je kleiner der Neigungswinkel
zur Waagerechten ist.
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Auch wenn auf dem gleichen Grundstück für die gleiche Anlage normalerweise
kein Umsetzen notwendig ist, so ist auch dieser Vorgang verhältnismäßig einfach,
da man lediglich das Rammgerät aus dem Lafettenwagen herauszunehmen braucht, diesen
am Auslegerarm feststellt und den Ausleger vom Drehteil abkuppelt, während später
die Stützschienen 46 vom Lagerbock 44 gelöst werden. Man hat also drei Baugruppen,
die nach dem Aufstellen des Lagerbockes an einer neuen Baustelle lediglich wieder
zusammengesteckt werden müssen.