WO2002021054A1 - Brunnensystem und verfahren zur nutzung von erdwärme und gleichzeitiger brauchwasser-gewinnung - Google Patents

Brunnensystem und verfahren zur nutzung von erdwärme und gleichzeitiger brauchwasser-gewinnung Download PDF

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WO2002021054A1
WO2002021054A1 PCT/EP2001/010280 EP0110280W WO0221054A1 WO 2002021054 A1 WO2002021054 A1 WO 2002021054A1 EP 0110280 W EP0110280 W EP 0110280W WO 0221054 A1 WO0221054 A1 WO 0221054A1
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well
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Alfred Pommerenke
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Globe Thermal Energy Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/30—Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the simultaneous use of geothermal energy and hot water for installation in a well bore and a corresponding method and system.
  • Tube bundle with subsequent backfilling with concrete or other fillers can be used optimally by pumping a heat transfer fluid or refrigerant through the tube bundle and bringing the heat gained or absorbed by means of a heat pump to the temperature level required for use.
  • the heat thus obtained can be used excellently in modern low heating systems, for example in underfloor heating.
  • Heat extraction by means of appropriate arrangements such as heat pumps also serves to generate heat for commercial purposes. Subsequently, the cooled water can be used for all kinds of service water purposes, such as flushing the toilet, supplying washing machines, etc.
  • the excess water can either be used by means of a Swallowing wells, by infiltration or as surface water in the form of a stream, for example.
  • rainwater is usually drained through sewer systems according to local conditions and different requirements and is therefore lost.
  • rainwater retention systems are known in which the use of a large basin with a large inflow and a small drainage capacity prevents peak loads in the respective rainwater drainage systems and thus prevents the rainwater from draining too quickly and hence swelling of streams and rivers or canals.
  • DE 41 16455 A1 discloses a storage-well-collector combination for heat storage and geothermal and water production. It describes a pipe system arranged vertically in the ground, in which a centrally located pipe has a filter pipe at the lower end, above which further pipes are arranged pressure-tight at defined intervals around the central pipe on a base plate attached to the pipe, the first and third pipes, evenly distributed around the circumference, spacers for fixing the second and fourth
  • Pipe are arranged and insulation is arranged between the second and third pipes and openings are provided at the foot of the second and third pipes, the insulation above this opening being sealed by a plate arranged to be pressurized.
  • the object of the invention is to provide a cost-effective way with which the known disadvantages are largely avoided, which is easy to assemble and maintain, with which geothermal energy and process water can be obtained at the same time and which also have a holistic approach to process water production or whose consumption enables.
  • Cement-filled part of the wellbore is arranged and is provided with a pipeline arrangement which communicates with a reservoir for water and which extends through the filled upper area of the wellbore into a lower unfilled water space of the wellbore, it is possible to construct the arrangement with low investment costs , because all the required functions can be achieved with just one borehole and a pipe system. Furthermore, the arrangement according to the invention is inexpensive to produce vertically at any depth with little effort and space. This means that there are no difficulties if such arrangements are retrofitted in areas with existing buildings. The arming of the investment costs only takes a short period of time, since in addition to the use of geothermal energy, the use of rainwater for industrial water purposes is possible is. As will be explained below, it is possible to use all of the rainwater on the installation site.
  • the pipeline arrangement advantageously comprises an injector device for conveying water, which is advantageously arranged in the lower unfilled water space of the well bore.
  • an injector device for conveying water which is advantageously arranged in the lower unfilled water space of the well bore.
  • no pump or the like with moving parts is used to convey water in the well itself, so that wear-free operation is possible and repair work inside the well may be omitted if necessary.
  • the upper part of the well bore can be filled with suitable material, which is used to transfer the geothermal heat to the heat exchanger arrangement, the upper filled part of the well bore is separated from the lower unfilled water space of the well bore by a baffle plate. Due to the design of the baffle plate with two or more openings, the pipes for scooping water can be inserted into the lower water space of the well despite the sealing of the upper part.
  • the well bore has an inlet for the external water supply from non-groundwater sources, in addition to the normal groundwater supply that feeds the well, raining down on the site used can also be used for the production of process water. As a result, the amount of service water available rises sharply. Long-term observation of the water balance on the entire site is also possible because excess water can be supplied to the subsurface (well) and removed again if necessary. All in all, the rainwater remains where it has fallen and is returned to the atmosphere through natural drainage and evaporation on the trees. The water is not discharged through the sewage system as usual and is therefore not lost.
  • the inlet can be designed as a pipeline system. Derived groundwater or collected rainwater, surface sewage water near the chan- nel, which is collected by appropriate drainage pipe systems, and stream, river or pond water and the like in question.
  • At least one seepage system and / or a sand bed is advantageously used
  • the non-groundwater therefore goes through this purification before being fed into the well, so that the well is not or only very little contaminated.
  • the water is cleaned very well by the sand bed of suitable dimensions.
  • Valuable drinking water therefore only has to be used where it is also required according to its name, i.e. H. so for human consumption.
  • the use of rainwater therefore extends not only to the pure roof area (gutter drainage), but also to the entire site, including courtyard areas and walkways or driveways.
  • the water originating from these areas can be collected via drainage systems, drainage pipe systems, drainage wells and / or collecting shafts before it is cleaned up and fed to the well bore.
  • the supply into the well bore is advantageously carried out through a pipeline system.
  • the arrangement advantageously comprises a tree sensor.
  • This sensor can recognize the season by the leaf growth of one or more trees according to their leaf content or the color of the leaves. This means that the system can be automatically switched from rain retention and irrigation functions to drainage and drainage functions in the fall, with the water that is retained in the ground and in collection shafts being drained away for the well drilling. This means that all plants, grasses, shrubs and trees can be "dry so that there is no fear of rotting or frost damage.
  • an automatic switch in the spring from drainage and drainage operation to the rain retention function is possible, so that irrigation operation can be carried out at the same time. Even in this operating state in the summer months, the excess water for drilling wells runs off independently when the rainfall is too high and also avoids the associated disadvantages.
  • the reservoir for water has a corresponding one
  • Pipe system connected to chilled ceilings, cooling walls, ventilation systems, air conditioning systems and photovoltaic systems.
  • the process water can thus be used as a refrigerant for cooling purposes. This prevents the irrigation system from running dry, since the cooling mode allows the slightly heated domestic water to enter the system after the cooling systems
  • Rainwater disposal system arrives and thus ensures irrigation. Targeted irrigation is also possible by switching a well pump on demand.
  • Solar cells photovoltaic systems
  • backwashing these cells mean a significantly higher cost-effectiveness, especially on hot long summer days, since the electricity yield can be increased significantly because the photovoltaic system does not experience any loss in performance due to the appropriate cooling.
  • the presented invention thus permits a holistic use of the existing geothermal energy and the rainwater or the near-surface non-groundwater. This reduces the high consumption of drinking water, especially in agricultural businesses. Due to the system-related flow of water through the seepage systems and sand bed filters, cleaning is achieved so that the use of this water does not impose any special requirements on the consumer facilities provides. In addition, the rainwater retention function makes a contribution to flood prevention in streams and rivers. Pre-cleaning the water also reduces the load on the sewage systems. Withdrawing the water from the ground prevents the site from becoming very wet, so that damage caused by rotting or frost can be prevented, especially in rainy months or areas.
  • the infiltration and drainage or drainage system offers the advantage of slow water drainage, especially on sloping terrain, because a so-called step behavior of the draining water can be set by selecting the spacing of the collecting shafts.
  • the heat obtained from the heat pump can be used for heating purposes in residential buildings and z. B. stables can be used. This double function gives a particularly high economic advantage.
  • the arrangement can therefore perform completely different functions as required.
  • the extraction of heat from the ground can provide an alternative heat source for heat pump operation, thereby reducing electricity, gas or oil costs. This is particularly beneficial for the consumption of natural resources that are not available in infinite quantities.
  • the arrangement allows water to be drawn off for different purposes, such as cooling water, process water or for irrigation.
  • the function as a swallowing well with a current or seasonal excess of precipitation or near-surface infiltration water achieves a retention function which, in addition to preventing flooding, has the advantage of increasing the amount of process water.
  • one or any number of wells can be created and networked.
  • the functions can be divided or coupled as required. So z. B. possible that with arrangements of only one overhead well pump via a composite line, which is carried out according to the lifting principle, water is taken from two or more wells at the same time. Furthermore, the wells can be connected to each other for water compensation.
  • the irrigation and drainage system leaves many options for setting up additional facilities such as garden ponds, fountains or partially open channels such as streams, etc.
  • Figure 1 schematically shows a cross section through an inventive well with an installed arrangement for the simultaneous use of geothermal energy and hot water production.
  • Fig. 2 shows schematically a cross section through a rainwater infiltration drainage system and use of the industrial well water for cooling purposes and
  • Fig. 3 is a holistic system for water management and heat use.
  • the well bore 3 consists of an upper part 1 which is filled with a suitable material such as cement , and from a lower part, the water space 2.
  • the upper part 1 of the well bore serves as will be described later is used to generate heat, whereas the lower water chamber 2 is used as a well for the production of process water.
  • the two parts are separated from one another by a baffle plate 4, which is provided with three openings in the present example. The breakthroughs are used to carry out the pipelines for the production of process water.
  • Water can be introduced into the well from a suitable sand bed filter or the like via an inlet 11 via the pressure line 8 connected to it.
  • the reference numeral 10 designates a lifting line which is required if a plurality of wells are to be interconnected and these are to communicate with one another. This can, of course, be omitted if there is only one well.
  • a tube bundle 14 is arranged, through which a refrigerant flows and through a heat exchanger 12, where it is circulated by a pump 13.
  • the upper part of the well bore is filled with a suitable material so that the geothermal heat outside the well bore can be transferred to the tube bundle 14 and thus heats the refrigerant.
  • the refrigerant releases its heat in the heat exchanger 12 via devices and devices known to the person skilled in the art and is enriched there to the desired temperature level, so that it can be used for heating purposes of all kinds.
  • FIG. 2 shows a cross section through a schematically illustrated rainwater infiltration drainage system 200, a collecting shaft 101 and a percolating well 102 being present in the example shown, but these could also be present and interconnected in any number. It can also be seen from FIG. 2 how the well water used for cooling can be used for cooling purposes and subsequently for irrigation purposes.
  • the well water originating from the reservoir is fed via a line 109 to a schematically illustrated dwelling.
  • a photovoltaic system designated 108
  • a branch line 111 by backwashing.
  • the service or cooling water originating from line 109 is fed via a further branch line 112 to a cooling wall 107, which can be implemented in combination with a wall heater, which in turn could be operated via the heat exchanger from FIG. 1.
  • the service water coming from the photovoltaic system 108 and also from the cooling wall 107 or other devices such as toilets or washing machines is collected via a line 105.
  • the water from the photovoltaic system is introduced via the roof into the rain gutter 106, where rainwater naturally also collects.
  • the gutter 106 is also connected to the pipeline 105.
  • This collecting line is led into the ground, where it can, via a drainage pipe system 104, partially discharge the collected water to the ground and thus to the garden for irrigation purposes.
  • the drainage pipe system 104 also leads into a collecting shaft 101, where part of the infiltrated water or groundwater can also be collected.
  • This collecting shaft 101 is connected to the seepage well 102 by means of a lifting line 110 and a connecting line 115 and thus communicates with the latter.
  • the line 115 then leads, as can be seen from FIG. 2, into a receiving water, from where the well 3 from FIG. 1 is supplied.
  • a pump 113 which, if required, can supply a further drainage pipe system 104 for irrigation via water via a line 114 or can be connected directly to a corresponding above-ground irrigation system.
  • the pump 113 can also be used for circulating or emptying the shaft 101 and passing on the water via the drain well 102 or the receiving water shown in FIG. 3 to the well 3.
  • Surface infiltration water ie mainly rainwater, will of course also collect in the collecting shaft 101 or in the seeping well 102.
  • Additional drainage pipes 104 are provided to support this collection of rainwater.
  • direct yard or street inlets 103 which are used for pre-cleaning the
  • FIG. 3 shows a schematic overview 300 of the system for use in a holistic solution for the production of process water or its use as a coolant and for irrigation.
  • the system comprises a receiving water 301 for collecting the water for a garden pond 304 or for the sand bed filter 302, which is connected to the secondary water 318 via a filter wall 317 and supplies purified water to the well 303 via a drain line 316.
  • the system also includes an overflow line 305 which leads from the receiving water to the sand bed filter and to the rain retention, garden irrigation, excess rain drainage and
  • a tree sensor 306 is provided, which, as already explained above, reacts to the environmental changes in trees and can thus recognize the change of season.
  • the sensor could be designed as a photocell, for example.
  • a fresh water pressure line 307 for cooling water and garden watering operation leads from the storage container 328 to the corresponding facilities.
  • cooling devices of all types designated as 310 such as cooling registers, cooling ceilings, cooling walls, etc., with a drain to the rainwater drainage system and cooling of the solar cell system 321.
  • the line 307 can bypass the other consumers of the garden irrigation operation via a corresponding valve 323 be performed.
  • the 309 are any number of collecting shafts, here in particular two, which are suitable for rainwater retention, rainwater overflow and garden irrigation and drainage operations. These are connected to each other with siphon lines 319 and thus communicate with the receiving water 301. Pumps 320 can in turn be provided in these collecting shafts as an alternative to the siphon line 319. Furthermore, the collecting shafts are supplied with water via rainwater drainage and drainage pipes 325. Courtyard or street inlets with sand traps can also be provided, which are designated as a whole by 326 and are connected via the lines 325 to the collecting shafts 309 and the receiving waterway 301. The receiving water 301 can regulate the water level in the garden pond 304 via a water level control 311 by means of a float valve or similar devices.
  • 312 schematically shows the heat exchanger arrangement which is used for heating purposes, not shown, for utilizing the geothermal energy obtained.
  • a water pump is used to pump water from the well 303
  • baffle plate 327 is separated by the baffle plate 327 in the upper and lower area.
  • water is also collected from the roof or the roofs of the buildings via a rainwater downpipe 324 and fed to the system in addition to the “used” cooling water, in particular the collecting shafts 309.
  • irrigation water In the case of cooling water operation, there is also a need for irrigation water in most cases, so that two requirements are usually met when the pump is operated, which means an enormous economic advantage since these two operating modes can be coupled.
  • the irrigation water is not sprayed on the surface, where a large part of the water would evaporate again and could also damage the vegetation when exposed to strong sunlight. Instead, it flows directly through the Versik- Drainage and drainage pipes where the plants need and can take up the water, namely at the root system.
  • the water is circulated through the system presented, so that there is only a low consumption of drinking water.
  • the water is also pre-cleaned by sand bed filter 302 and filter wall 317. So contamination of the system is not possible or only occurs after long operating times. This is advantageous in terms of maintenance and trouble-free operation or the requirements for consumers.
  • the system can of course at appropriate points such.
  • B. Computer allow an independent season-dependent control, in particular with the inclusion of the tree sensor 306, provide.

Abstract

Anordnung, Verfahren und System zur gleichzeitigen Nutzung von Erdwärme und Brauchwassergewinnung, wobei die Anordnung (100) in einer Brunnenbohrung (3) installiert wird und eine Wärmetauscheranordnung (12) umfasst, die von einem Kältemittel durchströmt wird und den Verdampfer einer Pumpe bildet und in einem oberen, beispielsweise mit Zement ausgefüllten Teil (1) der Brunnenbohrung (3) angeordnet ist und mit einer mit einem Vorratsbehälter (5) für Wasser kommunizierende Rohrleitungsanordnung, die sich durch den ausgefüllten oberen Bereich (1) der Brunnenbohrung (3) in einen unteren nicht ausgefüllten Wasserraum (2) der Brunnenbohrung (3) erstreckt.

Description

Brunnensystem und Verfahren zur Nutzung von Erdwärme und gleichzeitiger
Brauchwasser-Gewinnung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur gleichzeitigen Nutzung von Erdwärme und Brauchwassergewinnung zur Installation in einer Brunnenbohrung und ein entsprechendes Verfahren und System.
Es ist bekannt, dass durch Erstellen einer Bohrung und Einbringen eines
Rohrbündels mit anschließender Verfüllung mittels Beton oder anderen Füllstoffen eine optimale Nutzung der Erdwärme erzielt werden kann, indem durch das Rohrbündel eine Wärmeträgerflüssigkeit bzw. Kältemittel gepumpt wird und die hierbei gewonnene bzw. aufgenommene Wärme mittels einer Wärmepumpe auf das zu Gebrauchszwecken nötige Temperaturniveau gebracht wird. Die hierdurch gewonnene Wärme kann hervorragend in modernen Niedrigheizsystemen zum Beispiel in Fußbodenheizungen eingesetzt werden.
Weiterhin ist es bekannt, aus Brunnen Wasser zu fördern, welches durch
Wärmeentzug mittels entsprechender Anordnungen wie Wärmepumpen ebenfalls zur Wärmegewinnung zu Nutzzwecken dient. Im Anschluss daran kann das abgekühlte Wasser zu allen möglichen Brauchwasserzwecken genutzt werden, wie zum Beispiel Toilettenspülungen, Versorgung von Wasch- maschinen usw. Das überschüssige Wasser kann entweder mittels eines Schluckbrunnens, durch Versickerung oder auch als Oberflächenwasser in Form eines Baches zum Beispiel abgeleitet werden.
Zur Gewinnung von Brauchwasser ist es ebenfalls bekannt, Niederschlags- wasser in Behältern, z. B. Zisternen oder Brunnen aufzufangen und dieses nach entsprechender Reinigung wie oben erwähnt einzusetzen oder auch zu Bewässerungszwecken zu verwenden.
Normalerweise wird jedoch Regenwasser entsprechend der örtlichen Gege- benheiten und unterschiedlichen Erfordernissen durch Kanalsysteme abgeleitet und geht so verloren. Ferner sind Regenwasserrückhaltesysteme bekannt, bei denen durch Einsatz eines großen Beckens mit großem Zulauf und kleiner Abflussleistung Spitzenlasten in den jeweiligen Regenwasserab- leitsystemen und somit ein zu schnelles Abfließen des Regenwassers und damit ein zu schnelles Anschwellen von Bächen und Flüssen oder Kanälen verhindert wird.
Um Wärme im Erdreich für die spätere Entnahme zu speichern bzw. eine Wärmegewinnung aus dem Erdreich durchzuführen, ist es bekannt, Erdspei- eher bzw. Erdkollektoren im überwiegenden Teil horizontal zu verlegen. Dafür werden meist Gräben hergestellt, in welchen dann die Speicher bzw. Absorber oder Heizkreise verlegt werden. Nachteile dieser horizontal angeordneten Systeme besteht hauptsächlich in dem großen Platzbedarf, den großen Energieverlusten und es ergeben sich Probleme, falls die Systeme nachträglich neben bestehenden Bauten verlegt werden sollen.
Bereits bekannt ist es auch, im Erdreich ein Aushub entsprechender Tiefe herzustellen, in welchem dann Rohrleitungen eines Absorberkreises eingebracht werden. Der Aushub wird anschließend mit Beton oder einem anderen Füllmaterial verfüllt, so dass ein Wärmeübertrag aus dem umliegenden Erdreich gewährleistet ist. Nachteilig ist hieran, dass eine parallele bzw. gleichzeitige Gewinnung von Brauchwasser hiermit nicht möglich ist. Aus der DE-OS 39 13 429 ist es ebenfalls bekannt, einen von Rohren, Schläuchen oder dergleichen gebildeten Absorberkreis spiralförmig in einem brunnenartig ausgehobenen Erdloch ohne Stützwände anzuordnen. Als Wärmeleiter zwischen Erdreich und Absorberkreis wird dabei ein breiartig fließfähiger Schlamm in das brunnenartige Erdloch eingefüllt. Bei dieser Anordnung sind nur geringe Tiefen möglich, da bei leichten Böden die Gefahr besteht, dass das Erdloch vor Einbringen des Absorbers ganz oder teilweise zusammenfällt.
Insgesamt ist es also nachteilig, das alle bisher beschriebenen Anordnungssysteme sich nur zur Speicherung und Gewinnung von Wärme eignen oder zur Wassergewinnung, jedoch nicht gleichzeitig zur Gewinnung von Brauchwasser und Wärme eingesetzt werden können. Aus der DE 41 16455 A1 ist eine Speicher-Brunnen-Kollektorkombination zur Wärmespeicherung und Erdwärme- und Wassergewinnung bekannt. Sie beschreibt ein im Erdreich vertikal angeordnetes Rohrsystem, bei dem ein zentrisch gelegenes Rohr am unteren Ende ein Filterrohr aufweist, über dem auf einer am Rohr befestigten Grundplatte in definierten Abständen um das zentrische Rohr weitere Rohre druckfest angeordnet sind, wobei am ersten und dritten Rohr, am Umfang gleichmäßig verteilt, Abstandhalter zum Fixieren des zweiten und vierten
Rohres angeordnet sind und zwischen dem zweiten und dritten Rohr eine Isolierung angeordnet ist und am Fuß des zweiten und dritten Rohrs Öffnungen vorgesehen sind, wobei die Isolierung oberhalb dieser Öffnung durch eine druckwasserfest angeordnete Platte abgedichtet ist. Mit dieser Speicher- Brunnen-Kollektorkombination ist es zwar möglich, Wärme zu speichern bzw. zu gewinnen und gleichzeitig Kalt- und/oder Warmwasser zu fördern, jedoch findet hierbei der Wärmeaustausch zwischen dem umliegenden Erdreich und den Kollektorröhren über das in dem Brunnen befindliche Wasser statt. Da das Wasser jedoch umgewälzt wird, geht immer ein Teil in dem Erdreich vor- handenen Wärme verloren. Zudem ist durch die Anordnung des Filterrohrs im unteren Ende des Brunnens zur Reinigung des geförderten Wasser, ein störungsfreier und wartungsarmer bzw. einfach zu wartender Betrieb nicht gewährleistet. Denn bei einem Verstopfen des Filters müsste dieser entwe- der im Gegenspülverfahren gereinigt werden, wodurch die Verunreinigungen im Brunnen verblieben und den Filter erneut zusetzen würden oder der Filter müsste aus dem Brunnen herausgenommen und extern gereinigt werden. Dies ist jedoch aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, mit der die bekannten Nachteile weitestgehend vermieden werden, die einfach zu montieren und zu warten ist, mit der gleichzeitig Erdwärme und Brauchwasser gewonnen werden können und die zudem einen ganzheitli- chen Ansatz bei der Brauchwassergewinnung bzw. dessen Verbrauch ermöglicht.
Dieser Aufgabe wird in ihrem apparativen Aspekt durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 16 und ein System nach Anspruch 31 gelöst.
Dadurch, dass die Anordnung zur gleichzeitigen Nutzung von Erdwärme und Brauchwassergewinnung zur Installation in einer Brunnenbohrung mit einer Wärmetauscheranordnung, die von einem Kältemittel durchströmt wird und den Verdampfer einer Pumpe bildet und in einem oberen, beispielsweise mit
Zement ausgefüllten Teil der Brunnenbohrung angeordnet ist und mit einer mit einem Vorratsbehälter für Wasser kommunizierende Rohrleitungsanordnung, die sich durch den ausgefüllten oberen Bereich der Brunnenbohrung in einen unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung erstreckt, versehen ist, ist es möglich, die Anordnung mit geringen Investitionskosten aufzubauen, da alle erforderlichen Funktionen mit nur einem Bohrloch und einem Rohrsystem erzielt werden können. Ferner ist die erfindungsgemäße Anordnung vertikal in beliebiger Tiefe kostengünstig mit geringem Aufwand und Platzbedarf herzustellen. Somit ergeben sich keine Schwierigkeiten, wenn in Gebieten mit bestehenden Bauten solche Anordnungen nachträglich verlegt werden. Für die Armotisation der Investitionskosten bedarf es nur einer kurzen Zeitdauer, da neben der erreichten Nutzung der Erdwärme die Verwendung des Niederschlagswassers zu Brauchwasserzwecken möglich ist. Wie unten noch ausgeführt werden wird, ist dabei die Nutzung des gesamten Niederschlagswassers auf dem Installationsgelände möglich.
Günstigerweise umfasst die Rohrleitungsanordnung eine Injektoreinrichtung zur Wasserförderung, die vorteilhafterweise in dem unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung angeordnet ist. Somit werden zur Wasserförderung in dem Brunnen selbst keine Pumpe oder ähnliches mit beweglichen Teilen eingesetzt, so dass ein verschleißfreier Betrieb möglich ist und gegebenenfalls Reparaturarbeiten innerhalb des Brunnens entfallen können. Damit der obere Teil der Brunnenbohrung mit geeignetem Material ausgefüllt werden kann, welches zur Übertragung der Erdwärme auf die Wärmetauscheranordnung dient, möglich ist, ist der obere ausgefüllte Teil der Brunnenbohrung von dem unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung durch eine Stauscheibe getrennt. Durch die Ausgestaltung der Stauscheibe mit zwei oder mehreren Durchbrüchen können die Rohrleitungen für das Wasserschöpfen trotz der Abdichtung des oberen Teils in den unteren Wasserraum des Brunnens eingeführt werden.
Weil die Brunnenbohrung einen Zulauf für die externe Wasserzufuhr von Nicht-Grundwasser-Quellen aufweist, kann neben dem normalen Grundwasservorrat, welcher den Brunnen speist, auch auf dem eingesetzten Gelände niedergehender Regen für die Brauchwassergewinnung eingesetzt werden. Somit steigt die Menge des zur Verfügung stehenden Brauchwassers stark an. Es wird ferner eine gleichmäßige Regulierung des Wasserhaushaltes auf dem Gesamtgelände in Langzeitbetrachtung möglich, weil überflüssige Wassermengen dem Untergrund (Brunnen) zugeführt und bei Bedarf wieder entnommen werden können. Das Niederschlagswasser verbleibt also insgesamt dort wo es niedergegangen ist und wird auch dort durch natürlichen Ablauf, durch Verdunstung an den Bäumen uns Sträuchern wieder in die Atmosphä- re zurückgegeben. Das Wasser wird also nicht durch die Kanalisation wie sonst üblich abgeführt und geht somit nicht verloren. Der Zulauf kann dabei als Rohrleitungssystem ausgebildet sein. Als Nicht-Grundwasser-Quellen kommen abgeleitetes Grund- oder aufgefangenes Regenwasser, oberflä- chennahes Sickerwasser, welches durch entsprechende Drainagerohrsyste- me aufgefangen wird, und Bach-, Fluss- oder Teichwasser und dergleichen in Frage.
Vorteilhafterweise ist mindestens ein Sickersystem und/oder ein Sandbett zur
Aufreinigung des Wassers aus den Nicht-Grundwasser-Quellen vorhanden. Das Nicht-Grundwasser durchläuft also vor dem Zuführen in den Brunnen diese Aufreinigung, so dass der Brunnen nicht oder nur sehr wenig verschmutzt wird. Zudem wird durch das Sandbett geeigneter Dimension das Wasser sehr gut gereinigt. Wertvolles Trinkwasser muss also nur dort eingesetzt werden, wo es auch entsprechend seiner Benennung benötigt wird, d. h. also zum menschlichen Verbrauch. Die Regenwassernutzung erstreckt sich daher nicht nur auf die reine Dachfläche (Regenrinnenableitung), sondern auch auf das gesamte Gelände einschließlich Hofflächen und Geh- oder Fahrwege. Das aus diesen Flächen stammende Wasser kann über Sickersysteme, Draiπagerohrsysteme, Sickerbrunnen und/oder Sammelschächte aufgefangen werden, bevor es aufgereinigt und der Brunnenbohrung zugeführt wird. Die Zufuhr in die Brunnenbohrung erfolgt vorteilhafterweise durch ein Rohrleitungssystem.
Durch das Versickern und das Auffangen des Regenwassers mit Drainerohr- systemen wird eine Regenwasserrückhaltefunktion ausgeübt, die nach dem Saug-Schwamm-Prinzip funktioniert und somit wenig Platz oder Raumbedarf für Auffangbecken (Vorfluterbecken) benötigt.
Vorteilhafterweise umfasst die Anordnung einen Baumsensor. Dieser Sensor kann über den Blattbewuchs eines oder mehrerer Bäume entsprechend ihres Laubgehalts bzw. der Farbe des Laubs die Jahreszeit erkennen. Somit ist ein automatisches Umstellen der Anlage im Herbst von Regenrückhalte- und Bewässerungsfunktionen auf Drainage- bzw. Entwässerungsfunktion mit zeitverzögertem Ableiten des im Erdreich und in Sammelschächten zurückgehaltenen Wassers zur Brunnenbohrung möglich. Somit können sämtliche Pflanzen, Gräser, Sträucher und Bäume in den Wintermonaten "trockenge- legt" werden, so dass keine Fäulnis oder Frostschäden zu befürchten sind. Andererseits ist so ein automatisches Umschalten im Frühjahr von dem Drai- nage- und Entwässerungsbetrieb auf die Regenrückhaltefunktion möglich, so dass zugleich ein Bewässerungsbetrieb wiederum ausgeübt werden kann. Auch bei diesem Betriebszustand erfolgt in den Sommermonaten ein selbständiges Ablaufen des überschüssigen Wassers zur Brunnenbohrung bei zu hohen Niederschlagsmengen und vermeidet auch hier die dazugehörigen Nachteile.
Günstigerweise ist der Vorratsbehälter für Wasser über ein entsprechendes
Rohrsystem mit Kühldecken, Kühlwänden, Lüftungsanlagen, Klimaanlagen und Photovoltaik-Anlagen verbunden. Somit kann das Brauchwasser als Kältemittel zu Kühlzwecken eingesetzt werden. Dies verhindert ein Trockenlaufen des Bewässerungssystems, da der Kühlbetrieb erlaubt, dass das ge- ring erwärmte Brauchwasser systembedingt nach den Kühlsystemen in das
Regenwasserentsorgungssystem gelangt und somit eine Bewässerung sicherstellt. Möglich ist auch eine zielgerichtete Bewässerung durch Bedarfsschaltung einer Brunnenpumpe.
Die Nutzung des Brauchswassers aus der Brunnenbohrung zur Kühlung von
Solarzellen (Photovoltaik-Anlagen) durch Hinterspülung dieser Zellen bedeutet insbesondere an heißen langen Sommertagen eine wesentlich erhöhte Wirtschaftlichkeit, da der Stromertrag stark gesteigert werden kann, weil die Photovoltaik-Anlage durch die entsprechende Kühlung keine Lei- stungseinbußen erfährt.
Es wird also durch die vorgestellte Erfindung eine gesamtheitliche Nutzung der vorhandenen Erdwärme und des Niederschlagswassers bzw. des oberflächennahen Nicht-Grundwassers erlaubt. Dies senkt insbesondere bei landwirtschaftlichen Betrieben den starken Verbrauch an Trinkwasser. Durch das systembedingte Durchströmen des Wasser durch die Sickersysteme und Sandbettfilter wird eine Reinigung erreicht, so dass die Nutzung dieses Wassers keine besonderen Anforderungen an die Verbrauchereinrichtungen stellt. Zudem wird durch die Regenwasserrückhaltefunktion ein Beitrag zur Hochwasserverhinderung in Bächen und Flüssen geleistet. Durch die Vorreinigung des Wassers wird zudem die Belastung der Abwasseranlagen verringert. Durch den Entzug des Wasser aus dem Boden wird eine hohe Durch- nässung des Geländes verhindert, so dass gerade in regenreichen Monaten oder Gebieten durch Fäulnis oder Frost verursachte Schäden verhindert werden können.
Das Versickerungs- und Drainage- bzw. Entwässerungssystem bietet insbe- sondere bei abschüssigem Gelände den Vorteil eines langsamen Wasserablaufs, weil sich durch Wahl der Abstände der Sammelschächte ein sogenanntes Stufenverhalten des abfließenden Wassers einstellen lässt.
Die aus der Wärmepumpe gewonnene Wärme kann zu Heizzwecken von Wohngebäuden und z. B. Stallungen eingesetzt werden. Durch diese Doppelfunktion wird ein besonders hoher wirtschaftlicher Vorteil erreicht.
Die Anordnung kann daher bedarfsweise völlig unterschiedliche Funktionen erfüllen. Zum einen kann durch den Wärmeentzug aus dem Erdreich für den Wärmepumpenbetrieb eine alternative Wärmequelle bereitgestellt werden, wodurch die Strom-, Gas- oder Ölkosten gesenkt werden. Dies kommt insbesondere dem Verbrauch der natürlich Ressourcen zugute, die nicht in unendlicher Menge vorhanden sind. Ferner kann durch die Anordnung eine Wasserentnahme für unterschiedliche Zwecke, wie Kühlwasser, Brauchwasser oder zur Bewässerung erfolgen. Durch die Funktion als Schluckbrunnen bei momentanem oder jahreszeitlichbedingtem Überschuss von Niederschlagsoder oberflächennahem Versickerungswasser wird eine Rückhaltefunktion erreicht, die neben der Hochwasserverhinderung den Vorteil der Erhöhung der Brauchwassermenge mit sich bringt.
Je nach Anlagengröße und Bedarf können ein oder beliebig viele Bohrbrunnen erstellt und vernetzt werden. Beim Einsatz von mehreren Brunnenanlagen können die Funktionen beliebig aufgeteilt oder auch gekoppelt werden. So ist z. B. möglich, dass bei Anordnungen von nur einer oben liegenden Brunnenpumpe über eine Verbundleitung, welche nach dem Heberprinzip ausgeführt wird, gleichzeitig Wasser aus zwei oder mehreren Brunnen entnommen wird. Ferner können die Brunnen zum Wasserausgleich miteinander verbunden sein.
Das Be- und Entwässerungssystem lässt viele Möglichkeiten zur Einrichtung von zusätzlichen Einrichtungen wie Gartenteichen, Springbrunnen oder auch teilweise offenen Gerinnen wie Bächen usw. offen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der unten mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen abgegebenen Beschreibung.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Bohrbrunnen mit installierter Anordnung zur gleichzeitigen Nutzung von Erdwärme und Brauchwassergewinnung;
Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch ein Regenwasser-Versickerungs- Drainangesystem und Einsatz des Brauchbrunnenwassers zu Kühlzwecken und
Fig. 3 ein gesamtheitliches System zur Wasserbewirtschaftung und Wärmenutzung.
Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt eine als Ganzes mit 100 bezeichnete Anordnung zur gleichzeitigen Nutzung von Erdwärme und Brauchwasserge- winnung nach der Installation in einer Brunnenbohrung 3. Die Brunnenbohrung 3 besteht aus einem oberen Teil 1 , der mit einem geeigneten Material wie Zement befüllt ist, und aus einem unteren Teil, dem Wasserraum 2. Der oberer Teil 1 der Brunnenbohrung dient wie später noch beschrieben werden wird zur Wärmegewinnung, wohingegen der untere Wasserraum 2 als Brunnen zur Brauchwasserschöpfung genutzt wird. Die beiden Teile sind durch eine Stauscheibe 4 voneinander getrennt, die im vorliegenden Beispiel mit drei Durchbrüchen versehen ist. Die Durchbrüche dienen dabei zur Durch- führung der Rohrleitungen zur Brauchwasserschöpfung.
Nachfolgend wird der Teil der Anordnung, der zur Brauchwassergewinnung dient, beschrieben.
Er umfasst einen Wasservorratsbehälter 5, eine damit verbundene nach unten führende Druckleitung 7, in deren oberen Bereich eine Pumpe 6 angeordnet ist. Von dem Wasserraum 2 führt eine entsprechende Druckleitung 8 zurück in den Vorratsbehälter 5. Im unteren Teil zwischen der Druckleitung 7 und der Druckleitung 8 ist ein Injektor 9 angeordnet, der zur Wasserförde- rung dient. Dieser wird über die außerhalb des Brunnens gelegene Pumpe 6 betätigt. Störungen sind daher im unteren Bereich unten im Brunnen kaum möglich. Bei einer selten auftretenden Störung, z. B. bei einer Verschmutzung des Injektors, kann dieser mittels einer Hockdruckpumpe oder Umkehr der Pumprichtung der Pumpe 6 gereinigt werden.
Über einen Zulauf 11 kann über die damit verbundene Druckleitung 8 von einem geeigneten Sandbettfilter oder dergleichen Wasser in den Brunnen eingeführt werden. Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine Heberleitung bezeichnet, die benötigt wird, wenn mehrere Brunnen zusammengeschaltet werden sol- len und diese miteinander kommunizieren sollen. Diese kann bei nur einem einzigen Brunnen naturgemäß entfallen.
Nun folgt die Beschreibung des Teils der Anordnung, der zur Wärmegewinnung dient.
In dem oberen Teil 1 der Brunnenbohrung ist ein Rohrbündel 14 angeordnet, welches von einem Kältemittel durchströmt wird und einen Wärmetauscher 12 durchläuft, wo es über eine Pumpe 13 umgewälzt wird. Wie oben schon erwähnt ist der oberer Teil der Brunnenbohrung mit einem geeigneten Material ausgefüllt, so dass die Erdwärme außerhalb der Brunnenbohrung an das Rohrbündel 14 übertragen werden kann und somit das Kältemittel erwärmt. Das Kältemittel gibt seine Wärme im Wärmetauscher 12 über dem Fach- mann bekannte Vorrichtungen und Einrichtungen ab und wird dort auf das gewünschte Temperaturniveau angereichert, so dass es zu Heizzwecken jeder Art eingesetzt werden kann.
Da die beiden Druckleitungen 7 und 8 das Rohrbündel 14 durchdringen auf ihrem Weg nach unten in den Wasserraum 2 bzw. nach oben zum Vorratsbehälter, ist eine Doppelfunktion möglich, da neben der Entnahme des Brauchwassers der Wirkungsgrad der Wärmepumpe erhöht wird, weil funktionsbedingt immer eine Temperaturerhöhung des Verdampferteils (Rohrbündel 14) erreicht wird. Dies rührt daher, dass die Druckleitung 8 durch das Rohrbündel 14 verlegt ist und das geschöpfte Wasser auf seinem Weg nach oben seine Wärme auf es übertragen kann.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein schematisch dargestelltes Regen- wasser-Versickerungs-Drainagesystem 200, wobei im dargestellten Beispiel jeweils ein Sammelschacht 101 und ein Sickerbrunnen 102 vorhanden sind, die jedoch auch in beliebiger Anzahl vorhanden und zusammengeschaltet werden könnten. Ferner ist aus Fig. 2 ersichtlich wie das Brunnenbrauchwasser zu Kühlzwecken und anschließend zu Bewässerungszwecken genutzt werden kann.
Das aus dem Vorratsbehälter stammende Brunnenwasser wird über eine Leitung 109 einer schematisch dargestellten Behausung zugeführt. Dort wird zu einem über eine Zweigleitung 111 eine mit 108 bezeichnete Photovoltaik- Anlage durch Hinterspülen gekühlt. Weiterhin wird das aus der Leitung 109 stammende Brauch- bzw. Kühlwasser über eine weitere Zweigleitung 112 einer Kühlwand 107, welche in Kombination mit einer Wandheizung ausgeführt sein kann, die wiederum über den Wärmetauscher aus Fig. 1 betrieben werden könnte, zugeführt. Das sowohl von der Photovoltaik-Anlage 108 also auch von der Kühlwand 107 oder weiteren Einrichtung wie Toiletten oder Waschmaschinen stammende Brauchwasser wird über eine Leitung 105 gesammelt. Dabei wird das Wasser aus der Photovoltaik-Anlage über das Dach in die Regenrinne 106 eingeleitet, wo sich natürlich ebenfalls Regenwasser sammelt. Die Regenrinne 106 ist ebenfalls mit der Rohrleitung 105 verbunden. Diese Sammelleitung wird in das Erdreich geführt, wo sie über ein Drainagerohrsystem 104 das gesammelte Wasser teilweise durch Versickerung an das Erdreich und somit zu Bewässerungszwecken an den Garten abgeben kann. Das Drainagerohrsystem 104 führt ferner in einen Sammelschacht 101 , wo ebenfalls ein Teil des versickerten Wassers oder Grundwassers gesammelt werden kann. Dieser Sammelschacht 101 ist mit einer Heberleitung 110 und einer Verbindungsleitung 115 mit dem Sickerbrunnen 102 verbunden und kommuniziert somit mit diesem. Die Leitung 115 führt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, anschließend in einen Vorfluter, von wo aus der Brunnen 3 aus Fig. 1 versorgt wird.
In dem Sammelschacht 101 ist im unteren Bereich eine Pumpe 113 ange- bracht, die bei Bedarf über eine Leitung 114 ein weiteres Drainagerohrsystem 104 zur Bewässerung mit Wasser versorgen kann oder direkt mit einem entsprechenden oberirdischen Bewässerungssystem verbunden sein kann. Bei niedrigem Wasserstand kann die Pumpe 113 ebenfalls zum Umwälzen bzw. Leeren des Schachtes 101 und Weitergabe des Wasser über den Sik- kerbrunnen 102 bzw. den in Fig. 3 dargestellten Vorfluter an den Brunnen 3 genutzt werden. In dem Sammelschacht 101 bzw. in dem Sickerbrunnen 102 wird sich natürlich ebenfalls Oberflächenversickerungswasser also hauptsächlich Regenwasser sammeln. Zur Unterstützung dieses Auffangens von Regenwasser sind weitere Drainagerohre 104 vorgesehen. Ferner können über direkte Hof- oder Straßeneinläufe 103, welche zur Vorreinigung des
Wassers mit Sand gefüllt und mit dem Drainagerohrsystem 104 verbunden sind, die Schächte bzw. Brunnen versorgt werden. Somit wird das aus dem Brunnen stammende Kühlwasser ebenfalls zur Gartenbewässerung eingesetzt und zusätzlich im Kreislauf geführt, so dass besonders unter ökologischen Gesichtspunkten das vorgestellte System sehr sinnvoll ist.
Fig. 3 zeigt eine schematische Gesamtübersicht 300 des Systems zum Einsatz bei einer ganzheitlichen Lösung zur Brauchwassergewinnung bzw. dessen Gebrauch als Kühlmittel und zur Bewässerung.
Das System umfasst einen Vorfluter 301 zur Sammlung des Wassers für einen Gartenteich 304 bzw. für den Sandbettfilter 302, der über eine Filterwand 317 mit dem Nachfluter 318 verbunden ist und über eine Ablaufleitung 316 dem Brunnen 303 aufgereinigtes Wasser zuführt. Das System umfasst ferner eine Überlaufleitung 305, die vom Vorfluter zum Sandbettfilter führt und zum Regenrückhalte-, Gartenbewässerungs-, Regenüberschussableitungs- und
Regenwasser-Versickerungsbetrieb vom Frühjahr bis zum Herbst dient.
Zum Umschalten im Herbst auf Drainage- und Regenwasserableitungsbe- trieb ist ein Baumsensor 306 vorgesehen, der wie oben schon ausgeführt, auf die Umweltveränderungen in Bäumen reagiert und somit den Jahreszeitenwechsel erkennen kann. Der Sensor könnte beispielsweise als Photozelle ausgeführt sein.
Vom Vorratsbehälter 328 führt eine Frischwasserdruckleitung 307 für Kühl- wasser- und Gartenwässerungsbetrieb zu den entsprechenden Einrichtungen. Diese sind vor allem solche mit 310 bezeichnete Kühleinrichtungen aller Art wie Kühlregister, Kühldecken, Kühlwände usw. mit Ablauf zum Regen- wasserableitesystem sowie die Kühlung der Solarzellenanlage 321. Über ein entsprechendes Ventil 323 kann von der Leitung 307 unter Umgehung son- stiger Verbraucher der Gartenbewässerungsbetrieb durchgeführt werden. Mit
309 sind Sammelschächte in beliebiger Anzahl, hier insbesondere zwei, gekennzeichnet, die für den Regenwasser-Rückhalte-, Regenwasserüberlauf- und Gartenbewässerungs- sowie Drainagebetrieb geeignet sind. Diese sind untereinander mit Heberleitungen 319 verbunden und kommunizieren somit mit dem Vorfluter 301. In diesen Sammelschächten können wiederum Pumpen 320 als Alternative zur Heberleitung 319 vorgesehen sein. Weiterhin werden die Sammelschächte über Regenwasserversickerungs- und Draina- gerohre 325 mit Wasser versorgt. Ebenfalls vorgesehen sein können Hofoder Straßeneinläufe mit Sandfang, welche als Ganzes mit 326 bezeichnet sind und über die Leitungen 325 mit den Sammelschächten 309 bzw. dem Vorfluter 301 verbunden sind. Der Vorfluter 301 kann über eine Wasserniveauregulierung 311 mittels eines Schwimmerventils oder ähnlichen Ein- richtungen die Wasserhöhe im Gartenteich 304 regeln.
Mit 312 ist schematisch die Wärmetauscheranordnung dargestellt, welche zu nicht dargestellten Heizzwecken zur Ausnutzung der gewonnenen Erdwärme eingesetzt wird.
Zum Fördern von Wasser aus dem Brunnen 303 ist eine Wasserförderpumpe
313 vorgesehen, die mittels des Injektors 315 aus dem unteren Teil Wasser fördert und dieses im Vorratsbehälter 328 speichert. Die Brunnenbohrung
314 ist dabei durch die Stauscheibe 327 in dem oberen und unteren Bereich getrennt.
Wie im aus Fig. 2 bekannten Beispiel, wird bei dem System 300 über ein Regenwasserfallrohr 324 ebenfalls Wasser von dem Dach bzw. den Dächern der Gebäude aufgefangen und dem System zusätzlich zu dem "verbrauch- ten" Kühlwasser zugeführt, insbesondere den Sammelschächten 309.
Bei Kühlwasserbetrieb besteht in den meisten Fällen auch Gießwasserbedarf, so dass hier bei Pumpenbetrieb meistens zwei Notwendigkeiten erfüllt werden, was einen enormen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet, da diese bei- den Betriebsarten gekoppelt werden können. Das Gießwasser wird nicht an der Oberfläche versprüht, wo ein Großteil des Wassers wieder verdunsten würde und der Vegetation außerdem bei starker Sonneneinstrahlung schaden könnte, sondern es gelangt vielmehr auf direktem Wege über die Versik- kerungs- und Drainagerohre dahin, wo die Pflanzen das Wasser benötigen und aufnehmen können, nämlich am Wurzelwerk.
Ferner wird durch das vorgestellte System das Wasser im Kreislauf geführt, so dass nur ein geringer Verbrauch von Trinkwasser entsteht. Das Wasser wird zudem durch den Sandbettfilter 302 und die Filterwand 317 vorgereinigt. Somit ist eine Verschmutzung des Systems nicht möglich bzw. tritt erst nach langen Betriebszeiten auf. Dies ist hinsichtlich der Wartung und des einwandfreien Betriebs bzw. den Anforderungen an die Verbraucher vorteilhaft.
Das System kann natürlich an entsprechenden Stellen wie z. B. innerhalb des Brunnens Sensoren zur Wasserstandsbestimmung bzw. Sensoren zur Temperaturbestimmung, Magnetventile und sonstige Steuer- und Regeleinrichtungen beinhalten, die über geeignete Maßnahmen wie z. B. Computer eine selbständige jahreszeitabhängige Steuerung, insbesondere unter Einbeziehung des Baumsensors 306 ermöglichen, vorsehen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Anordnung zur gleichzeitigen Nutzung von Erdwärme und Brauchwassergewinnung zur Installation in einer Brunnenbohrung mit einer Wärmetauscheranordnung, die von einem Kältemittel, durchströmt wird und den Verdampfer einer Pumpe bildet und in einem oberen, beispielsweise mit Zement ausgefüllten Teil der Brunnenbohrung angeordnet ist und mit einer mit einem Vorratsbehälter für Wasser kommunizierende Rohrleitungsanordnung, die sich durch den ausgefüllten oberen Bereich der Brunnenbohrung in einen unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung erstreckt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungsanordnung eine Injektoreinrichtung zur Wasserförderung um- fasst.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektoreinrichtung in dem unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung angeordnet ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere ausgefüllte Teil der Brunnenbohrung von dem unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung durch eine Stauscheibe getrennt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauscheibe zwei oder mehrere Durchbrüche aufweist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Brunnenbohrung einen Zulauf für die externe Wasserzufuhr von Nicht-Grundwasser-Quellen aufweist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf als Rohrleitungssystem ausgebildet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungssystem mit Wasser von einer oder mehreren folgenden Nicht-Grundwasser-Quellen versorgt wird: abgeleitetes und/oder aufgefangenes Regenwasser, oberflächennahes Sickerwasser, Bach-, Fluss- oder Teichwasser und dergleichen.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch mindestens ein Sickersystem und/oder mindestens ein Sandbett, welche zur Aufreinigung des Wasser aus den Nicht-Grundwasser-Quellen dienen.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Rohrleitungssystem kommunizierendes Drainagerohrsystem vorgesehen ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sickerbrunnen und/oder Sammelschacht zum Auffangen des Wassers aus den Nicht-Grundwasser-Quellen vorgesehen ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sickerbrunnen und/oder Sammelschacht mit dem Rohrleitungssystem und/oder der Brunnenbohrung verbunden ist.
13. Anordnung nach einem vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Baumsensor.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wärmetauscheranordnung als ein Rohrbündel ausgebildet ist.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter für Wasser über ein entsprechendes Rohrsystem mit Kühldecken, Kühlwänden, Lüftungsanlagen, Klimaanlagen und Photovoltaik-Anlagen verbunden ist.
16. Verfahren zur gleichzeitigen Nutzung von Erdwärme und zur Brauchwassergewinnung, bei dem eine Anordnung in einer Brunnenbohrung instal- liert wird, die mit einer Wärmetauscheranordnung versehen ist, die von einem Kältemittel durchströmt wird und den Verdampfer einer Wärmepumpe bildet und in einem oberen, beispielsweise mit Zement ausgefüllten Teil der Brunnenbohrung angeordnet ist und mit einer mit einem Vorratsbehälter für Wasser kommunizierende
Rohrleitungsanordnung, die sich durch den ausgefüllten oberen Bereich der Brunnenbohrung in einem unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung erstreckt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die an- ordnung eine Rohrleitungsanordnung mit einer Injektoreinrichtung zur Wasserförderung umfasst.
18. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektoreinrichtung in dem unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung angeordnet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der obere ausgefüllte Teil der Brunnenbohrung von dem unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung durch eine Stauscheibe getrennt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauscheibe zwei oder mehrere Durchbrüche aufweist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Brunnenbohrung durch einen Zulauf mit externem Wasser aus Nicht-Grundwasser-Quellen versorgt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf als Rohrleitungssystem ausgebildet wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungssystem mit Wasser aus einer oder mehreren folgenden NichtGrundwasser-Quellen versorgt wird: abgeleitetes und/oder aufgefangenes Regenwasser, oberflächennahes Sickerwasser, Bach-, Fluss- oder Teich- wasser und dergleichen.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser aus den Nicht-Grundwasser-Quellen durch mindestens ein Sik- kersystem und/oder mindestens ein Sandbett aufgereinigt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drainagerohrsystem mit dem Rohrleitungssystem kommuniziert.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sickerbrunnen und/oder Sammelschacht Wasser aus den Nicht-Grundwasser-Quellen auffängt.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sickerbrunnen und/oder Sammelschacht mit dem Rohrleitungssystem und/oder der Brunnenbohrung verbunden ist.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, gekennzeichnet durch die Feststellung der Jahreszeit, insbesonder durch einen Baumsensor.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheranordnung als ein Rohrbündel ausgebildet ist.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter für Wasser über ein entsprechendes Rohrsystem Kühldecken, Kühlwände, Lüftungsanlagen, Klimaanlagen und Photovoltaik-Anlagen mit Brauchwasser als Kältemittel versorgt.
31. System zur gleichzeitigen Erdwärmenutzung und B rauch wasserge- winnung mit einer Brunnenbohrung, die in einem oberen ausgefüllten Teil und in einen unteren nicht ausgefüllten Wasserraum aufgeteilt ist und mit einer Anordnung zur Installation in der Brunnenbohrung, die die gleichzeitige Entnahme von Erdwärme in dem oberen ausgefüllten Teil der Brunnenbohrung und aus dem unteren nicht ausgefüllten Wasserraum der Brunnenbohrung die Entnahme von Brauchwasser erlaubt.
32. System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das ge- schöpfte Brauchwasser als Kältemittel zu Kühlzwecken, insbesondere in
Kühldecken, Kühlwänden, Lüftungsanlagen, Klimaanlagen und Photovoltaik- Anlagen eingesetzt wird.
33. System nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass das geschöpfte Brauchwasser zu Bewässerungszwecken eingesetzt wird.
34. System nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das geschöpfte Wasser als Brauchwasser, insbesondere in Toiletten, Waschmaschinen und dergleichen eingesetzt wird.
35. System nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein Baumsensor zur Feststellung der Jahreszeit vorgesehen ist.
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