DE3206577A1

DE3206577A1 - Erdwaermekollektor fuer waermepumpen

Info

Publication number: DE3206577A1
Application number: DE19823206577
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(grad.) 2430 Bentfeld Kohler; Heinz Ing.(grad.) 1000 Berlin Strop
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-02-19
Filing date: 1982-02-19
Publication date: 1983-09-01

Description

Erdwärmekollektor für Wärmepumpen
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Wärmeerzeugung mittels Wärmepumpen und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines Erdwärmekollektors anzuwenden, der mit Luft als Wärmeträger arbeitet.
Wärmepumpen, die mit Luft als Wärmeträger arbeiten und der Außenluft Wärme entziehen, werden zunehmend für die Raumheizung und die Aufbereitung von Brauchwasser eingesetzt. Die Leistungsziffer einer Wärmepumpe, d. h.
das Verhältnis von erhaltener zu aufgewendeter Energie, ist dabei sehr stark von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizungsvorlauf abhängig. Je größer diese Differenz ist, desto schlechter ist der Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Dieser erzielbare Wirkungsgrad ist nicht mehr wirtschaftlich, wenn einer Außenluft 0 mit Wintertemperaturen von minus 10 C und darunter Wärme entzogen werden soll. Üblicherweise wird in diesen Fällen ein bivalentes Heizungssystem eingesetzt, d. h.
neben der Wärmepumpe ist ein zweites Heizaggregat vorhanden, das bei tiefen Außentemperaturen die Wärmeerzeugung übernimmt, beispielsweise ein mit fossilem Brennstoff beheizter Kessel.
Um Wärmepumpen unabhängig von der Außentemperatur einsetzen und damit die Heizungsanlage monovalent betreiben zu können, ist es bekannt, den Wärmeträger Luft aus im Erdreich verlegten bestehenden Kanälen, wie Abwasser-, Abluft-, Heizungs- oderKabelkanälen, abzuziehen.
Hierbei wird die Wärme aber weniger dem Erdboden als vielmehr den in den Kanälen vorhandenen Medien (Abluft, Abwasser) oder wärmestrahlenden Einrichtungen (Kabel, Heizungsrohre) entnommen. An warmen Tagen kann der Wärmepumpe Außenluft zugeführt werden (DE-AS 26 26 468). Abgesehen von notwendigen behördlichen Genehmigungen dürfte es nicht möglich sein, Wärmepumpen dieser Art in größerer Anzahl zu installieren. Dies gilt auch für ein anderes bekanntes System, bei dem dem Erdreich die Wärme über ein vorhandenes Kanalsystem entzogen wird. Dieses Kanalsystem soll vorzugsweise das Kanalisationsnetz der Abwasserkanalisation sein. Das in der Kanalisation fließende Wasser heizt dabei sowohl die Luft als auch - im Sommer -das Erdreich auf. Der Luftkreislauf ist durch Verwendung einer Luftleitung offen gestaltet, wobei diese von einem Einstiegsschacht eines Sammelkanals der Abwasserkanalisation über den Verdampfer der Wärmepumpe in die Atmosphäre führt und oberhalb des Verdampfers mit einem saugenden Ventilator ausgerüstet ist (DE-OS 30 04 039).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Erdwärmekollektor zu schaffen, der von vorhandenen Kanal sationssystemen unabhängig und mit Außenluft als Wärmeträger betreibbar ist.
Ausgehend von einem Erdwärmekollektor, der aus im Erdreich angeordneten Kanälen besteht, die in einen Sammelkanal münden und deren Luftvolumen über den Sammelkanal und einen Luftaustrittsschacht an den Verdampfer der Wärmepumpe angeschlossen ist, ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß die Kanäle, deren Längen untereinander gleich oder annähernd gleich sind, von einem Verteilerkanal ausgehen, der mit einem Lufteintrittsschacht versehen ist.
Ein derartiger Erdwärmekollektor kann an beliebigen Stellen im Erdreich installiert werden, wobei als Wärmeträger die über einen Schacht zugeführte Außenluft dient und wobei durch Verwendung gleich langer oder annähernd gleich langer Kanäle definierte und damit berechenbare Verhältnisse vorliegen. Ein solcher Erdwärmekollektor wird zweckmäßig nur an sehr kalten Tagen betrieben.
Zu den übrigen Zeiten wird der Verdampfer der Wärmepumpe direkt mit der Außenluft gespeist.
Die gemäß der Erfindung vorgesehenen gleich langen oder annähernd gleich langen Kanäle werden im Erdreich vorzugsweise geradlinig und parallel zueinander angeordnet.
Wenn man davon ausgeht, daß diese Kanäle einen Abstand von etwa 1 m haben, so läßt sich ein ausreichend großer Erdwärmekollektor bei einer Länge der Rohre von 10 bis 20 m auf einer Grundstücksfläche von 100 bis 200 m2 unterbringen. Derartige Grundstücksflächen stehen im allgemeinen bei Einfamilien- und Reihenhäusern zur Verfügung, für die Wärmepumpenanlagen bevorzugt eingesetzt werden.
Die für das Kanalsystem verwendeten Rohre haben vorzugsweise einen Durchmesser von 100 bis 200 mm und bestehen aus Beton, Asbestzement oder Kunststoff wie Vinylchlorid und Polyäthylen. Die Anzahl der eingesetzten Kanäle hängt von der erwünschten Leistung des Erdwärmekollektors ab und dürfte wenigstens sechs betragen und im allgemeinen bei zehn oder zwölf liegen. Eine symmetrische Anordnung der Kanäle im Verhältnis zum Lufteintritts-und Luftaustrittsschacht ist dabei von Vorteil.
Die Luftströmung im Erdwärmekollektor kann in an sich bekannter Weise durch einen Ventilator erzeugt werden, der oberhalb des Luftaustrittsschachtes im Bereich der Wärmepumpe angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, den Ventilator in der Eintrittsöffnung des Lufteintrittsschachtes als drückenden Ventilator anzuordnen. In diesem Fall ist der Ventilator leichter zugänglich, entstehen bessere Strömung~ und Geräuschverhältnisse und geht das Ventilatorbauteil nicht in die Konstruktion der Wärmepumpe ein. Weiterhin kann bei dieser Ausführung der Erdwärmekollektor jeder Luftwärmepumpe vorgeschaltet werden. Es ist lediglich für eine zusätzliche Zuströmöffnung zu sorgen.
Hinsichtlich der Ansammlung von Kondensationswasser im Erdwärmekollektor empfiehlt es sich, den Sammelkanal und den Verteilerkanal unterschiedlich hoch im Erdreich anzuordnen. In diesem Fall kann im Rohrsystem befindliches Wasser entweder in den Sammelkanal oder den Verteilerkanal ablaufen und von dort in den Bodenbereich des Lufteintrittsschachtes oder des Luftaustrittsschachtes gelangen. Hierzu ist es weiterhin von Vorteil, den Lufteintrittsschacht und/oder den Luftaustrittsschacht mit einem tiefer liegenden Dränagebett zu versehen, über das das Wasser im Erdreich versickern kann.
Ausführungsbeispiele des neuen Erdwärmekollektors sind in den Figuren 1 bis 5 dargestellt.
Der Erdwärmekollektor gemäß Fig. 1 besteht aus einem Lufteintrittsschacht 10 mit dem unten symmetrisch zum Schacht angeordneten Verteilerkanal 11, dem mit Abstand dazu angeordneten Luftaustrittsschacht 14 mit dem unten symmetrisch angeordneten Sammelkanal 13 sowie den parallel zueinander und geradlinig vom Verteilerkanal zum Sammelkanal verlaufenden Rohren 12, von denen sich je fünf auf beiden Seiten der Schächte befinden.
Gemäß Fig. 2 ist der Lufteintrittsschacht 10 aus Betonringen 15 aufgebaut und mit einer Haube 16 versehen, in der gegebenenfalls ein drückender Ventilator angeordnet ist. Der Lufteintrittsschacht 10 ist unten mit einem Dränagebett 18 ausgestattet, das tiefer als der Verteilerkanal 13 liegt. Die Rohre 12 zweigen vom Vorteil lerkanal 11 etwa auf dessen halber Höhe ab, um das Ansaugen von Wasser möglichst zu unterbinden. In den Sammelkanal 13 treten sie gemäß Fig. 3 von unten ein.
Durch unterschiedliche Höhe des Sammelkanals gegenüber dem Verteilerkanal kann gewährleistet werden, daß eventuell im System vorhandenes Wasser vom Sammelkanal 13 über die Rohre 12 in den Verteilerkanal 11 und von dort in das Dränagebett 18 gelangt.
Der Sammelkanal 13 ist dem Luftaustrittsschacht 14 zugeordnet, über dem sich der Wärmetauscher 19 einer Wärmepumpe befindet. Diesem Wärmetauscher wird die zu verarbeitende Außenluft entweder mit Hilfe des Ventilators 20 über die Außenluftklappe 22 oder mit Hilfe des Zusatzventilators 21 über den Erdwärmekollektor zugeführt. Der Ventilator 21 kann dabei auch zusätzlich zu einem im Lufteintrittsschacht anzuordnenden Ventilator angeordnet sein.
Fig. 4 zeigt einen Erdwärmekollektor, der im wesentlichen aus zwei voneinander unabhängigen Kollektorteilen besteht. Ein solcher Erdwärmekollektor kann dann eingesetzt werden, wenn der Kollektor an eine von einem Rechteck abweichende Grundstücksfläche anzupassen ist oder wenn der Wurzelbereich eines Baumes zu umgehen ist.
Der Erdwärmekollektor besteht hierzu aus den beiden Lufteintrittsschächten 25 und 26, die mit je einem Verteilerkanal 27 bzw. 28 versehen sind. Von diesen Verteilerkanälen gehen je fünf Rohre 31 bzw. 32 aus, die in den Sammelkanal 30 einmünden. Am Ende dieses Sammelkanals ist der Luftaustrittsschacht 29 angeordnet.
Fig. 5 zeigt einen Lufteintrittsschacht, der aus dem senkrecht angeordneten Rohr 33 mit den beiden seitwärts als Verteilerkanal abzweigenden Rohren 34 und 35 besteht. Am oberen Ende des Rohres 33 ist der Ventilator 36 angeordnet und von einer gegen Witterungseinflüsse schützenden Umbauung 37 umgeben.
g Patentansprüche 5 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Erdwärmekollektor mit Luft als Wärmeträger zum Betrieb einer Wärmepumpe, bestehend aus im Erdreich angeordneten Kanälen, die in einen Sammelkanal münden und deren Luftvolumen über den Sammelkanal und einen Luftaustrittsschacht an den Verdampfer der Wärmepumpe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (12,31/32), deren Längen untereinander gleich oder annähernd gleich sind, von einem Verteilerkanal (11,27/28) ausgehen, der mit einem Lufteintrittsschacht (10,25/26) versehen ist.
2. Erdwärmekollektor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kanäle (12) geradlinig parallel zueinander angeordnet sind.
3. Erdwärmekollektor nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kanäle (12,31/32) aus Rohren mit einer Länge von 10 bis 20 m bestehen.
4. Erdwärmekollektor nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohre (12,31/32) einen Durchmesser von 100 bis 200 mm aufweisen.
5. Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t s daß die Anzahl der Kanäle (12) wenigstens sechs beträgt.
6. Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Eintrittsöffnung des Lufteintrittsschachtes (10) ein drückender Ventilator (17) angeordnet ist.
7. Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sammelkanal (13) tiefer oder höher als der Verteilerkanal (11) liegt.
8. Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t S daß der Lufteintrittsschacht (10) und/oder der dem Sammelkanal zugeordnete Luftaustrittsschacht (14) mit einem tiefer liegenden Dränagebett (18) versehen sind.
9. Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verdampfer (19) der Wärmepumpe unmittelbar über dem Luftaustrittsschacht (14) angeordnet ist.