DE4140778A1 - Vorrichtung und verfahren zur umwandlung von erdoberflaechenwaerme in elektrische- und waermeenergie - Google Patents

Description

1.1. Zielstellung

Mittels eines erweiterten Wärmepumpenkreisprozesses soll aus Erdoberflächenwärme die komplette Wärmeversorgung von Einfamilienhäusern im Bereich bis 30 KW realisiert werden. Das bisher unökonomische Energieverhältnis von Wärmpepumpen mit etwa 1 : 3 soll kompensiert werden, um die laufenden Energiekosten für Heizung und Warmwasserberei­ tung stark zu reduzieren.

1.2. Stand der Technik

Gerade auf dem Gebiet umweltfreundlicher Alternativener­ gien gibt es bereits hervorragende Technologien und Anla­ gen. So zum Beispiel Windturbinen, Kraft-Wärme-Kopplungen, Photovoltaikanlagen, Vakuumröhrenkonverter, geotherme Wärmeanlagen u. ä. Nach forcierter Entwicklung der Wärme­ pumpentechnik während der Ölkrise in den siebziger Jahren ist es wegen des hohen Elektroenergiebedarfes des Ver­ dichters wieder relativ ruhig geworden. Aber gerade hier liegt mein Ansatzpunkt, durch eigene Drehstromerzeugung den Eigenbedarf des Verdichters zu reduzieren und da­ mit ein sehr günstiges Energieverhältnis herzustellen. Für den Verbraucher bleiben dann im wesentlichen nur die Investitionskosten der Anlage, die z. B. im Land Branden­ burg durch Erlaß des Umweltministers vom 01.08.91 (Richtlinie zur Begrenzung energiebedingter Umweltbela­ stungen) bis 10 000 DM pro Anlage gefördert werden.

1.3. Die Grundidee

Ausgehend vom durchschnittlichen Wärmebedarf eines Einfamilienhauses von etwa 40 . . . 80 MWh pro Jahr, dessen Spitzenbedarf im Februar bei etwa 10 MWh liegt (Bild 1), soll ein Erdreichverdampfer in Form einer Generatortur­ bine dem Oberflächenerdreich bis 3 m Tiefe Wärme entzie­ hen. Die Anlage muß so dimensioniert werden, daß im Jah­ resmittel ausreichend Wärmenachschub gewährleistet wird, und die Anlage in den Wintermonaten funktionsfähig bleibt.

Zur Warmwasseraufbereitung werden zusätzlich etwa 0,8 MWh pro Monat benötigt.

Die Sonne liefert hier in Mitteleuropa eine Strahlungs­ menge von etwa 1 MWh/m² im Jahr. Allerdings wird diese Energie im wesentlichen nach kurzer Zwischenspeicherung im Erdreich in Form von Wärmestrom wieder an den Kosmos abgeführt. Um diesen Prozeß aufzuhalten, will ich eine punktuelle Energiesenke schaffen. Eine zweite wesentliche Temperaturzuführung erhält Mitteleuropa durch warme Luft­ massen, ausgelöst durch den Golfstrom und transportiert über die atlantischen Tiefausläufer. Insgesamt ergeben sich die im Bild 2 dargestellten Temperaturverläufe im Oberflächenerdreich.

Angelehnt an das Prinzip der Wärmepumpe - Bild 3 - besteht die Idee der Anlage in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf bei einer Erdreicharbeitstemperatur um 0°C (Bild 4).

Die Wärmekapazität des Erdreiches entspricht etwa der des Wassers. Die Schmelzwärme ist wegen der relativ geringen Wassermenge im Boden (etwa 5 . . . 15%) kleiner als beim Was­ ser. Insgesamt könnten einem Kubikmeter Erdreich bei 10°C bis zum völligen Gefrieren bei -0°C etwa 30 KWh entnommen werden. Das entspricht für eine Fläche von 7×5 m und ei­ ner Tiefe von 3 m etwa 100 Kubikmeter und damit etwa 3 MWh Wärmemenge. Anders ausgedrückt, ohne Wärmenachschub dem Wärmebedarf des gesamten Monats Oktober (Bild 1). Da die Turbine selbst als Verdampfer fungieren soll, ist für einen ausreichenden Wärmenachschub ein einfacher Wärme­ nachschubbeschleuniger notwendig, um den Verdampferar­ beitspunkt konstant zu halten (Bild 5).

Claims (1)

1. Im folgenden beschriebene Vorrichtung und Verfahren stellt die Gesamtlösung für ein dezentrales Heiz- und Warmwasserversorgungssystem bis 30 KW beispiels­ weise für Einfamilienhäuser dar.
   Der normale Kältmittelkreislauf ist bekannt und Stand der Technik. Neu ist das Rotorsystem, bestehend aus einem umfunktionierten Savoniusrotor im geschlossenen Gehäuse; die anschließende Wirbelbildung in der Stahlhülse und nachfolgende Druckenergieabgabe an einen zweiten zylin­ rischen Rotor mit senkrecht aufgesetzten Druckflächen. Beide Rotoren haben eine Drehzahl von etwa 600 pro min, so daß ein 12poliger Generator ohne Getriebe die mechanische Energie in elektrische wandeln kann. Der Patentanspruch besteht 1. im Gesamtverfahren zur Um­ wandlung von Erdwärme in elektrische- und Wärmeenergie sowie 2. in der Anordnung und dem Aufbau der Rotoren in der Stahlhülse mit Wirbelbildung.