WO2008113569A1 - Rohranordnung - Google Patents

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WO2008113569A1
WO2008113569A1 PCT/EP2008/002194 EP2008002194W WO2008113569A1 WO 2008113569 A1 WO2008113569 A1 WO 2008113569A1 EP 2008002194 W EP2008002194 W EP 2008002194W WO 2008113569 A1 WO2008113569 A1 WO 2008113569A1
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pipe
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tube
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PCT/EP2008/002194
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Volker Liebel
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Rehau Ag + Co
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/062—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing tubular conduits
    • 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
    • F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • F24T10/15—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using bent tubes; using tubes assembled with connectors or with return headers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/04—Reinforcing means for conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • 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 a pipe arrangement for geothermal probes according to the preamble of claim 1.
  • DE 202004007567 U1 describes a geothermal probe for introduction into a borehole in the ground.
  • This geothermal probe comprises an outer wall of the geothermal probe forming outer tube which is closed at its lower end and extending inside the outer tube inner tube, wherein the annular space between the outer tube and the inner tube and the interior of the inner tube form lines for a heat transfer medium.
  • the outer tube is formed at least over a major part of its longitudinal extent as a corrugated pipe.
  • EP 05821 18 A1 a pipe arrangement of long, parallel plastic pipes is known, which are connected at the lower end.
  • at least one head part is connected in a liquid-tight manner to at least two straight, parallel long pipes by welding or bonding and is described by at least one bottom part, which is connected in a liquid-tight manner to at least one of the straight pipes by welding or gluing.
  • DE 20202578 U1 a pipe arrangement is known, for the production of tubes made of cross-linked polyethylene are required.
  • pipe arrangements for geothermal probes are known in which a pipe section helical formed.
  • the helix can have constant or variable diameters.
  • Pipe arrangements for geothermal probes of cross-linked polymeric materials are resistant to point loads and do not have slow crack growth, but there is the problem that when attaching the connecting elements of pipe pairs they can not be butt welded, so that the production of such a pipe arrangement for geothermal probes material- and costly.
  • FNCT Frell Notched Creep Test
  • a pipe arrangement for geothermal probes is proposed from at least two tubes having at least one, a lumen-surrounding layer having at one end at least one, at least one layer exhibiting, connecting element, wherein at least one of the tubes at least partially from an unver- polymer material, wherein the polymeric material of the at least one layer of the tubes and / or the connecting element has a FNCT (Fill Emergency Creep Test) according to ISO 16770 of at least 3000 hours.
  • FNCT Fall Emergency Creep Test
  • geothermal probes are proposed in which a pipe is designed to be helical.
  • the helix can have constant or variable diameters.
  • the invention provides to perform the non-helical tube with thermal insulation.
  • a further advantage of the pipe arrangement according to the invention for geothermal probes is seen in that the polymeric material of the at least one layer of the pipes and / or of the connecting element has an FNCT value (Füll Notched Creep Test) according to ISO 16770 of at least 5000 hours.
  • FNCT value Frell Notched Creep Test
  • This advantageous embodiment of the pipe arrangement according to the invention for geothermal probes a further increased point load resistance and in continuous operation a significantly reduced growth of grooves and notches is achieved.
  • a point load resistance is achieved up to a temperature of 40 C C, whereby a permanent safety of the pipe arrangements for geothermal probes can be ensured with correspondingly high flow temperatures.
  • the polymeric material of the at least one layer of the pipes and / or the connecting element has an MRS value (minimum required strength) of at least 10 MPa at 20 ° C. over 50 years.
  • MRS value minimum required strength
  • the polymeric material of at least one layer of the tubes and / or the connecting element has an MRS value (minimum required strength) of at least 12.5 MPa at 20 0 C over 50 years.
  • MRS value minimum required strength
  • the polymeric material of the at least one layer of the tubes and / or the connecting element at least one UV resistance-increasing aggregate, with which the allowable periods for outdoor storage of the invention Rohran- orders are increased for geothermal probes can.
  • the polymeric material of the at least one layer of the tubes and / or the connecting element have at least one the mechanical resistance increasing additive or reinforcing material.
  • a pipe arrangement according to the invention for geothermal probes can be made available, which can be dimensioned according to the legal requirements or standards easily and inexpensively.
  • the pipe arrangement according to the invention for borehole heat exchangers is advantageously designed such that the polymeric material of the at least one layer of the pipes and / or of the connecting element has at least one additive which increases the diffusion resistance.
  • These additives can be added in additions of about 1% to 30% and thus allow optimal dimensionable mechanical properties of the pipe assembly according to the invention for geothermal probes.
  • the polymeric material of the at least one layer of the tube and / or the connecting element have at least one coloring additive, so that, for example, in piping arrangements for geothermal probes, which are interleaved, by different coloring additives of the Flow and the return are kenn Schweizerbar.
  • the polymeric material of the at least one layer of the tubes and / or the connecting element has an admixture of at least one antistatic additive, wherein the surface resistance of the tube and / or the connecting element at most 10 "10
  • the invention further teaches a pipe arrangement for borehole heat exchangers in which the polymeric material of the at least one layer of the pipes and / or the connecting element has an admixture of at least one electrically conductive aggregate, wherein the surface resistance of the pipes and / or the connecting element is at most 10 6 ohms / cm.
  • These additives can be added to the poly- mers material is generally between about 1% to about 20%, depending on the legal requirements as well as the dimensioning standards.
  • this multilayer pipe has an inner layer made of a polyethylene with a wall thickness of about 0.7 mm, with a FNCT of about 6,000 h, at 80 0 C, 4.0 MPa and in the presence of 2% wetting agent Arkopal®.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a pipe arrangement according to the invention for geothermal probes
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of another pipe arrangement according to the invention for geothermal probes
  • Figure 3 shows a schematic side view with a partial section of another pipe arrangement according to the invention for geothermal probes
  • Figure 4 shows a schematic side view with a partial section of another pipe arrangement according to the invention for geothermal probes.
  • FIG. 1 shows a tube arrangement according to the invention which has two tubes 1, 2 which have at least one layer surrounding a lumen 3.
  • a connecting element 4 is arranged, which is liquid-tightly connected to the tubes 1, 2.
  • the tubes 1, 2 and the connecting element 4 are made of an uncrosslinked polymeric material, for example polyethylene.
  • the polymeric material of at least one layer of the tubes 1, 2 and the connecting element 4 in this embodiment has a FNCT value of 3550 hours.
  • the polymeric material of the at least one layer of the tubes 1, 2 and the connecting element 4 is formed so that it has an MRS value of 11, 1 MPa at 20 0 C over 50 years.
  • FIG. 2 shows a further schematic representation of a pipe arrangement according to the invention for geothermal probes from two tubes 1, 2 shown.
  • the tube 2 is inserted concentrically into the lumen 3 of the tube 1.
  • a plurality of tubes 2 can be introduced into the lumen 3 of the tube 1, which can be arranged both concentrically and eccentrically.
  • a connecting element 4 is arranged, which is connected via a cohesive connection such as welding liquid-tight manner with the free end 10 of the tube 1.
  • the tube 1 and the tube 2 have approximately the same length, so that between the free end 20 of the tube 2 and the opposite connecting element 4 creates a free space in which the liquid transported through the lumen 3 of the tube 2 via the lumen 3 of the Tube 1 is traceable again.
  • the polymeric material of the at least one layer of the tube 1 in this embodiment has a FNCT of 5550 hours and an MRS of 13.1 MPa.
  • the polymeric material of the at least one layer of the tube 2 in this embodiment has a FNCT value of 3100 hours and an MRS value of 10.5 MPa at 20 0 C over 50 years.
  • FIG. 3 shows, in a further schematic representation, that the tube 1, which forms the supply line of the pipe arrangement for borehole heat exchangers, is arranged in a helical shape.
  • the helix has a constant diameter.
  • the tube 2 shown is the return of the tube assembly.
  • FIG. 4 shows, in a further schematic representation, that the tube 1, which is arranged helically, is connected to the tube 2 by means of the connecting element 4.
  • Tube 2 is used in this arrangement as a return.
  • the tube 2 is provided with a thermal insulation 21, which reduces heat loss of the guided or stored in the tube 2 fluid.
  • a foam layer or a layer which has a reduced heat transfer due to structure, choice of materials, additives, etc. can be provided as thermal insulation 21.
  • the connecting element 4 of the pipe arrangement according to the invention for geothermal probes can be designed in many ways, in particular, the teaching of the invention also known per se means to liquid-tight connection of the connecting means 4 with the tube 1, 2 in the form of one or more parts plug or welding fittings made of any materials , which can also be designed as a locking sleeve, sliding sleeve, locking element, electric welding sleeve and the like.
  • connection means 4 is replaced by additional components, such as e.g. comprehensive half-shells, a foam or encapsulation is mechanically protected.
  • the teachings of the invention also include a geothermal heat recovery or storage device having a tube assembly according to the present invention.

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Abstract

Die Rohranordnung für Erdwärmesonden gemäß dieser Erfindung besteht aus zumindest zwei Rohren (1, 2), die zumindest eine, ein Lumen (3) umgebende Schicht aufweisen, wobei eines der Rohre (1, 2) als Vorlauf und das andere als Rücklauf dient, und mindestens eines der Rohre (1, 2) wenigstens teilweise aus einem unvernetzten polymeren Material hergestellt ist, und zeichnet sich dadurch aus, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre (1, 2) einen FNCT-Wert (Füll Notched Creep Test) nach ISO 16770 von mindestens 3000h aufweist.

Description

Rohranordnung
Die Erfindung betrifft eine Rohranordnung für Erdwärmesonden gemäß dem Obergriff des Anspruches 1.
Derartige Rohranordnungen für Erdwärmesonden sind aus dem Stand der Technik hinrei- chend bekannt. Diese Rohranordnungen haben die Aufgabe, Wärme aus der Erde aufzunehmen bzw. Wärme in die Erde abzugeben.
So ist beispielsweise in der DE 202004007567 U1 eine Erdwärmesonde zum Einbringen in ein Bohrloch im Erdreich beschrieben. Diese Erdwärmesonde umfasst ein eine Außenwand der Erdwärmesonde bildendes Außenrohr, welches an seinem unteren Ende verschlossen ist und ein innerhalb des Außenrohres verlaufendes Innenrohr, wobei der Ringraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr und der Innenraum des Innenrohres Leitungen für ein Wärmeträgermedium bilden. Das Außenrohr ist dabei zumindest über einen Großteil seiner Längenausdehnung als Wellrohr ausgebildet.
Es sind weiter Rohranordnungen für Erdwärmesonden bekannt, bei denen Rohrpaare eingesetzt werden, die an ihrem unteren Ende einen Verbindungsbogen bzw. ein Verbindungsstück aufweisen. Das eine Rohr bildet die Zuleitung und das andere Rohr die Rückleitung. Es können aber in einem Bohrloch auch mehrere derartige Rohrpaare zum Einsatz kommen, die an ihrem unteren Ende ein oder mehrere Formstücke als Verbindungsele- mente aufweisen.
Weiterhin ist aus der EP 05821 18 A1 eine Rohranordnung aus langen, parallel laufenden Kunststoffrohren bekannt, die am unteren Ende verbunden sind. Dabei ist mindestens ein Kopfteil mit mindestens zwei geraden, parallelen Langrohren durch Schweißung oder KIe- bung flüssigkeitsdicht verbunden und durch mindestens einen Bodenteil, das mit mindestens einem der geraden Rohre durch Schweißung oder Klebung flüssigkeitsdicht verbunden ist, beschrieben. Schließlich ist aus der DE 20202578 U1 eine Rohranordnung bekannt, zu deren Herstellung Rohre aus vernetztem Polyethylen erforderlich sind.
Weiterhin sind Rohranordnungen für Erdwärmesonden bekannt, bei denen ein Rohrab- schnitt wendeiförmig ausgebildet. Dabei kann die Wendel konstanten oder veränderlichen Durchmesser aufweisen.
Es ist weiterhin bekannt, derartige Rohranordnungen für Erdwärmesonden in Bohrlöcher einzubringen und diese Bohrlöcher anschließend mit gut wärmeleitendem Material zu ver- füllen.
Derartige Rohranordnungen für Erdwärmesonden insbesondere aus unvernetzten polyme- ren Materialien sind aber nur bis zu bestimmten Betriebstemperaturen bis ca. 40 0C langjährig einsetzbar. Außerdem weisen die bisher für Rohranordnungen für Erdwärmesonden verwendeten un- vernetzten Materialien signifikantes langsames Risswachstum auf, wodurch insbesondere bei Transport, Handhabung auf der Baustelle und Einbringen in das Bohrloch entstandene Riefen bzw. Kerben im Betrieb zu einem Bruch der Rohranordnungen für Erdwärmesonden führen können. Darüber hinaus weisen unvernetzte Rohranordnungen für Erdwärmesonden nach dem Stand der Technik den gravierenden Nachteil auf, dass sie nicht punktlastbeständig sind. Entgegen der bisherigen Einschätzung muss jedoch auch bei Rohranordnungen für Erdwärmesonden davon ausgegangen werden, dass im eingebauten Zustand Punktlasten wirken. Im Widerspruch zu den den Stand der Technik bildenden Darstellungen sind die Rohranordnungen für Erdwärmesonden nämlich keineswegs mittig im Bohrloch zentriert und ringsum von einer Beton-Bentonit-Mischung umgeben, sondern liegen immer teilweise an der Wand des Bohrloches an.
Weiterhin muss - wiederum entgegen der bisherigen Einschätzungen und Darstellungen - die Beschaffenheit der Bohrlochwand nicht glatt, sondern schartig eingeschätzt werden. Deshalb muss damit gerechnet werden, dass Punktlasten auf die Wände der Rohranord- nungen für Erdwärmesonden wirken. Zusätzlich wurde bisher nicht genügend berücksichtigt, dass nach dem Einbringen der Rohranordnungen für Erdwärmesonden in das Bohrloch fallende Steine ebenfalls Punktlasten ausüben können. Und schließlich wurde bisher nicht berücksichtigt, dass Rohranordnungen für Erdwärmesonden erheblichen Wechselbelastungen ausgesetzt sind; bereits im reinen Heizbetrieb bei Einschalten der Wärmepumpe treten sehr schnelle Temperaturänderungen um etwa 10 K mit den damit verbundenen Wärmeausdehnungen auf, bei Heiz- und Kühlbetrieb können diese Temperaturänderungen bis 40 K betragen. Diese Belastungen können insbesondere im Dauerbetrieb zur Bildung von Rissen an der der Punktlast gegenüberliegenden Innenseite der Rohranordnungen für Erdwärmesonden führen, die bis zum Bruch weiterwachsen können.
Rohranordnungen für Erdwärmesonden aus vernetzten polymeren Materialien sind zwar gegen Punktlasten beständig und weisen kein langsames Risswachstum auf, jedoch besteht dort das Problem, dass beim Anbringen der Verbindungselemente von Rohrpaaren diese nicht stumpf geschweißt werden können, so dass die Herstellung einer derartigen Rohranordnung für Erdwärmesonden material- und kostenintensiv ist.
Hier setzt die Erfindung ein, die sich die Aufgabe gestellt hat, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu überwinden und eine Rohranordnung für Erdwärmesonden aufzuzeigen, die kostengünstig und wirtschaftlich herstellbar ist, die einfach, effizient und schadensfrei installierbar ist und die ein nochmals verbessertes mechanisches Verhalten, insbesondere ein ausgewogenes Verhältnis der Beständigkeit der Rohranordnung gegenüber äußeren Punktlasten sowie äußeren Kerben und Rissen aufweist.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Rohranordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Es wird eine Rohranordnung für Erdwärmesonden aus zumindest zwei Rohren, die zumindest eine, ein Lumen umgehende Schicht aufweisen, wobei eines der Rohre den Vorlauf und das andere den Rücklauf bildet, und mindestens eines der Rohre wenigstens teilweise aus einem unvernetzten polymeren Material hergestellt ist, vorgeschlagen, wobei das po- lymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre einen FNCT-Wert (Füll Notched Creep Test) nach ISO 16770 von mindestens 3000 Stunden aufweist. In einer Weiterbildung wird eine Rohranordnung für Erdwärmesonden aus zumindest zwei Rohren vorgeschlagen, die zumindest eine, ein Lumen umgehende Schicht aufweisen, die an einem Ende wenigstens ein, wenigstens eine Schicht aufweisendes, Verbindungselement aufweisen, wobei mindestens eines der Rohre wenigstens teilweise aus einem unver- netzten polymeren Material hergestellt ist, wobei das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre und/oder des Verbindungselementes einen FNCT-Wert (Füll Not- ched Creep Test) nach ISO 16770 von mindestens 3000 Stunden aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rohranordnungen werden Erd- wärmesonden vorgeschlagen, bei denen ein Rohr wendeiförmig ausgebildet ist. Dabei kann die Wendel konstanten oder veränderlichen Durchmesser aufweisen. In einer nochmaligen Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht die Erfindung vor, das nicht wendeiförmige Rohr mit einer Wärmedämmung auszuführen.
Damit ist mit der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden eine weitgehende Punktlastbeständigkeit erreichbar und im Temperaturbereich bis 20 0C kann kein langsames Risswachstum auftreten, das innerhalb einer definierten Lebensdauer von etwa 50 Jahren zu einem Versagen der Rohranordnungen für Erdwärmesonden führen könnte. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden wird dar- in gesehen, dass diese kostengünstig und wirtschaftlich herstellbar, sowie mit den entsprechenden Verbindungselementen stumpf verschweißbar sind. Somit kann eine erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden aufgezeigt werden, die wirtschaftlich und kostengünstig herstellbar ist, die aber auch effizient transportierbar bzw. montierbar ist, ohne das das Material der Rohranordnung für Erdwärmesonden einer Beschädigung aus- gesetzt ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden wird darin gesehen, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre und/oder des Verbindungselementes einen FNCT-Wert (Füll Notched Creep Test) nach ISO 16770 von mindestens 5000 Stunden aufweist. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden wird eine nochmals erhöhte Punktlastbeständigkeit und im Dauerbetrieb ein deutlich reduziertes Wachstum von Riefen und Kerben erreicht. Zusätzlich wird bei dieser Ausgestaltung eine Punktlastbeständigkeit bis zu einer Temperatur von 40 CC erreicht, womit eine dauerhafte Sicherheit der Rohranordnungen für Erdwärmesonden mit entsprechend hohen Vorlauftemperaturen sicher gestellt werden kann.
In einer weiteren ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Rohranordnung für Erdwärmesonden weist das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre und/oder des Verbindungselementes einen MRS-Wert (minimum required strength) von mindestens 10 MPa bei 20 CC über 50 Jahre auf. Damit können Rohranordnungen für Erdwärmesonden mit einem Durchmesser-Wanddickenverhältnis von 11 :1 dauerhaft einem Druck von 20 bar standhalten.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden weist das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre und/oder des Verbindungselementes einen MRS-Wert (minimum required strength) von mindestens 12,5 MPa bei 20 0C über 50 Jahre auf. Somit können erfindungsgemäße Rohranordnungen für Erdwärmesonden vorteilhafterweise zur Verfügung gestellt werden, die innerhalb einer Lebensdauer von ca. 50 Jahren einen problemfreien Dauerbetrieb gewährleisten, ohne das beim Transport oder der Montage insbesondere in die Bohrlöcher Vorschädigungen eingebracht worden sind.
In einer weiteren ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohranordnung weist das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre und/oder des Verbindungselementes wenigstens einen die UV-Beständigkeit erhöhenden Zuschlagsstoff auf, mit dem die zulässigen Zeitspannen für Freilagerung der erfindungsgemäßen Rohran- Ordnungen für Erdwärmesonden erhöht werden können.
Weiterhin vorteilhaft bei den erfindungsgemäßen Rohranordnungen für Erdwärmesonden wird gesehen, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre und/oder des Verbindungselementes wenigstens einen die mechanische Beständigkeit erhöhenden Zuschlagsstoff bzw. Verstärkungsstoff aufweisen.
Somit kann durch die Zugabe an sich bekannter Zuschlagsstoffe bzw. Verstärkungsstoffe wie beispielsweise Glasfasern eine erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden zur Verfügung gestellt werden, die gemäß der gesetzlichen Anforderungen bzw. Normen problemlos und kostengünstig dimensionierbar ist. Die erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre und/oder des Verbindungselementes wenigstens einen die Diffusionsbeständigkeit erhöhenden Zuschlagsstoff aufweist. Diese Zuschlagsstoffe können dabei in Zusätzen von ca. 1 % bis 30 % zugefügt werden und lassen somit optimal dimensionierbare mechanische Eigenschaften der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden zu.
Weiterhin vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden wird gesehen, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohr und/oder des Verbindungselementes wenigstens einen farbgebenden Zuschlagsstoff aufweisen, so dass beispielsweise bei Rohranordnungen für Erdwärmesonden, die ineinander verlegbar sind, durch verschiedene farbgebende Zuschlagsstoffe der Vorlauf bzw. der Rücklauf kennzeichenbar sind.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden wir darin gesehen, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre und/oder des Verbindungselementes eine Beimischung wenigstens eines antistatisch wirkenden Zuschlagsstoffes aufweist, wobei der Oberflächenwiderstand der Rohr und/oder des Verbindungselementes höchstens 10"10 Ohm/cm beträgt. Die Erfindung lehrt weiterhin eine Rohranordnung für Erdwärmesonden, bei der das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre und/oder des Verbindungselementes eine Beimischung wenigstens eines elektrisch leitfähig eingestellten Zuschlagsstoffes aufweist, wobei der Oberflächenwiderstand der Rohre und/oder des Verbindungselementes höchsten 106 Ohm/cm beträgt. Diese Zuschlagsstoffe können im Allgemeinen zwischen etwa 1 % bis ca. 20 % dem poly- meren Material zugegeben werden, je nach den gesetzlichen Anforderungen sowie den Dimensionierungsnormen.
Basierend auf den Testbedingungen gemäß ISO 16770 beträgt bei einem ersten Ausfüh- rungsbeispiel bei 80 0C, 4,0 MPa und bei Anwesenheit von 2 % Netzmittel Arkopal der
FNCT-Wert des Materials für die Außenschicht des erfindungsgemäßen Rohres aus PoIy- ethylen PE 100 gemäß EN 12201 mit einem Außendurchmesser von 1 10 + 0,6 mm sowie einer Wanddicke von 10,0 + 0,3 mm etwa 200 bis 750 h und der FNCT-Wert des Materials der Innenschicht des erfindungsgemäßen Rohres aus einem Polyethylen mit einer Wand- dicke von etwa 1 ,5 mm etwa 3.000 h. In weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist dieses mehrschichtige Rohr eine Innenschicht aus einem Polyethylen mit einer Wanddicke von etwa 0,7 mm auf, mit einem FNCT- Wert von etwa 6.000 h, bei 800C, 4,0 MPa und bei Anwesenheit von 2% Netzmittel Arkopal.
Die erfindungsgemäße Rohranordnung für Erdwärmesonden soll nun an diesen nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden
Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht mit einem Teilschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden
Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht mit einem Teilschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Rohranordnung dargestellt, die zwei Rohren 1 , 2, die zumindest eine, ein Lumen 3 umgebende Schicht aufweisen. An den freien Enden 10, 20 der Rohre 1 , 2 ist ein Verbindungselement 4 angeordnet, welches flüssigkeitsdicht mit den Rohren 1 , 2 verbunden ist. Die Rohre 1 , 2 sowie das Verbindungselement 4 sind aus einem unvernetzten polymeren Material, z.B. Polyethylen, hergestellt. Das polymere Material der wenigsten einen Schicht der Rohre 1 , 2 und des Verbindungselementes 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen FNCT-Wert von 3550 Stunden auf. Weiterhin ist das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre 1 , 2 und des Verbindungselementes 4 so ausgebildet, dass es einen MRS-Wert von 11 ,1 MPa bei 20 0C über 50 Jahre aufweist. In Figur 2 ist eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden aus zwei Rohren 1 , 2 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Rohr 2 in das Lumen 3 des Rohres 1 konzentrisch eingebracht. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dass in das Lumen 3 des Rohres 1 mehrere Rohre 2 einbringbar sind, die sowohl konzentrisch als auch exzentrisch anordenbar sind.
Am freien Ende 10 des Rohres 1 ist ein Verbindungselement 4 angeordnet, welches über eine stoffschlüssige Verbindung wie beispielsweise Verschweißen flüssigkeitsdicht mit dem freien Ende 10 des Rohres 1 verbunden ist. Das Rohr 1 sowie das Rohr 2 weisen etwa die gleiche Länge auf, so dass zwischen dem freien Ende 20 des Rohres 2 und dem gegenüberliegenden Verbindungselement 4 ein Freiraum entsteht, in dem die durch das Lumen 3 des Rohres 2 transportierte Flüssigkeit über das Lumen 3 des Rohres 1 wieder zurückführbar ist.
Das polymere Material der wenigstens einen Schicht des Rohres 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen FNCT-Wert von 5550 Stunden auf und einen MRS-Wert von 13,1 MPa. Das polymere Material der wenigstens einen Schicht des Rohres 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen FNCT-Wert von 3100 Stunden und einen MRS-Wert von 10,5 MPa bei 20 0C über 50 Jahre auf.
In Figur 3 ist in einer weiteren schematischen Darstellung gezeigt, dass das Rohr 1 , wel- ches den Vorlauf der Rohranordnung für Erdwärmesonden bildet, wendeiförmig angeordnet ist. Die Wendel weist dabei einen konstanten Durchmesser auf. Das gezeigte Rohr 2 ist der Rücklauf der Rohranordnung.
In Figur 4 ist schließlich in einer weiteren schematischen Darstellung gezeigt, dass das Rohr 1 , welches wendeiförmig angeordnet ist, mittels des Verbindungselements 4 mit dem Rohr 2 verbunden ist. Rohr 2 dient in dieser Anordnung als Rücklauf. Das Rohr 2 ist mit einer Wärmedämmung 21 versehen, die einen Wärmeverlust des im Rohr 2 geführten bzw. gespeicherten Fluids vermindert. Als Wärmedämmung 21 kann dazu eine Schaumschicht oder eine Schicht, die durch Aufbau, Materialauswahl, Zusatzstoffe, etc. einen verminder- ten Wärmedurchgang aufweist, vorgesehen sein. Das Verbindungselement 4 der erfindungsgemäßen Rohranordnung für Erdwärmesonden kann vielfältig ausgeführt sein, insbesondere umfasst die Lehre der Erfindung auch an sich bekannte Mittel zu flüssigkeitsdichten Verbindung des Verbindungsmittels 4 mit den Rohr 1 , 2 in Form von ein- oder mehrteiligen Steck- oder Schweißfittings aus beliebigen Materialien, die auch als Sicherungshülse, Schiebehülse, Rastelement, Elektroschweiß- muffe und dergleichen ausgebildet sein können.
Die Lehre der Erfindung umfasst auch Rohranordnungen für Erdwärmesonden, bei denen das Verbindungsmittel 4 durch zusätzlich Komponenten wie z.B. umfassende Halbschalen, eine Umschäumung oder Umspritzung mechanisch geschützt ist.
Die Lehre der Erfindung umfasst auch eine Erdwärmegewinnungs- oder -speichervor- richtung mit einer Rohranordnung gemäß vorliegender Erfindung.
- Schutzansprüche -

Claims

Schutzansprüche
1. Rohranordnung für Erdwärmesonden aus zumindest zwei Rohren (1 , 2), die zumindest eine, ein Lumen (3) umgebende Schicht aufweisen, wobei eines der Rohre (1 , 2) als Vorlauf und das andere als Rücklauf dient, und mindestens eines der Rohre (1 , 2) we- nigstens teilweise aus einem unvernetzten polymeren Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre (1 , 2) einen FNCT-Wert (Füll Notched Creep Test) nach ISO 16770 von mindestens 3000 h aufweist.
2. Rohranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass, die Rohranordnung an einem Ende wenigstens ein, wenigstens eine Schicht aufweisendes Verbindungselement (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht des Verbindungselementes (4) einen FNCT- Wert (Füll Notched Creep Test) nach ISO 16770 von mindestens 3000h aufweist.
3. Rohranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre (1 , 2) und/oder des Verbindungselementes (4) einen FNCT- Wert (Füll Notched Creep Test) nach ISO 16770 von mindestens 5000 h aufweist.
4. Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre (1 , 2) und/oder des Verbindungselementes (4) einen MRS-Wert (minimum required strength) von mindestens 10,0 MPa bei 20 0C über 50 Jahre aufweist.
5. Rohranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material der wenigstens einen Schicht der Rohre (1 , 2) und/oder des Verbindungselementes (4) einen MRS-Wert (minimum required strength) von mindestens 12,5 MPa bei 20 0C über 50 Jahre aufweist.
6. Rohranordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der wenigstens einen Schicht des Verbindungselementes (4) mit dem Material wenigstens einer, ein Lumen (3) umgebenden Schicht eines Rohres (1 , 2) stoffschlüssig verbindbar ist.
7. Rohranordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der wenigstens einen Schicht des Verbindungselementes (4) mit dem Material wenigstens einer, ein Lumen (3) umgebenden Schicht eines Rohres (1 , 2) kraft-schlüssig verbindbar ist.
8. Rohranordnungen nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Rohre (1 , 2) wendeiförmig ausgebildet ist.
9. Rohranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel einen konstanten Durchmesser aufweist.
10. Rohranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel einen veränderlichen Durchmesser aufweist.
11. Rohranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht wendeiförmige Rohr eine Wärmedämmung (21) aufweist.
12. Erdwärmegewinnungs- oder -Speichervorrichtung mit einer Rohranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1.
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