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Die
Erfindung betrifft das Verfahren der Verlegung einer Erdwärmesonde
in einer Kreislaufbohrung, in der das Wärmeträgermedium innerhalb der Leitung/Bohrung
immer nur in einer Richtung fließt und ein oder mehrere Verbraucher
durch Abzweige (Netzwerk) angeschlossen sein können.
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Damit
Erdwärme
gewonnen wird, werden Leitungen unterschiedlichstem Material (z.B.
Kunststoff, Beton, oder Metall) vertikal, horizontal oder mit Neigung
durch bohren oder rammen in den Boden eingebracht. Die Leitungen
werden so verlegt, das in einer Bohrung (Sackbohrung) ein geschlossener Kreislauf
ein Wärmeträgermedium
(z.B. Sohle), die Erdwärme
im Vorlauf (kalt) aufnimmt und im Rücklauf (warm) zur Wärmepumpe
transportiert. Innerhalb einer Bohrung fließt das Wärmeträgermedium immer in zwei Richtungen
und es ist immer nur ein Verbraucher angeschlossen. Es ist kein
Neztwerk vorhanden.
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Es
ist bekannt, Erdwärmesonden
durch verschiedene Verfahren in horizontaler oder vertikaler Richtung
in den Boden einzubringen.
DE
32 38 055 A1 ,
DE
43 29 269 C2 und
DE
101 14 448 A1 zeigen beispielsweise immer eine unmittelbare
parallele Verlegung des kalten Vorlaufes mit dem warmen Rücklauf durch
die Verlegung in einer Bohrung (Sackbohrung), bzw. durch ein sogenanntes
Koaxialrohr, indem der Vor- und Rücklauf in einem Rohr eingebaut
ist. Ein Energieverlust des mittels Erdwärme erwärmten Rücklaufes durch den kalten Vorlauf
ist somit nicht zu verhindern bzw. ganz auszuschließen. Eine
Reduzierung des Energieverlustes ist durch Isolierung theoretisch
möglich,
aber technisch und wirtschaftlich nicht praktikabel. Einen 100%tigen
Stop des Energieverlustes durch die gegenseitige Beeinflussung ist
nicht möglich.
DE 199 19 55 C1 zeigt ebenfalls
die zuvor genannte Beeinflussung des Vor- und Rücklaufes. Teilweise wird dieser
durch sogenannte Schlaufenbohrungen umgangen, die aber nur dazu
dienen eine optimale Ausnutzung von warmen Bereichen durch temperaturgesteuerte
Bohrungen im Boden zu gewährleisten.
Oberhalb dieser Schlaufen verläuft
Vor- und Rücklauf
wieder parallel. Die
2 von
DE 199 19 55 C1 zeigt eine
Schlaufenbohrung die keinen geschlossenen Kreislauf darstellt in der
das selbe Wärmeträgermedium
immer wieder zirkuliert. Hier ist es erforderlich das dort genannte Speisewasser
an der Einströmstelle
24 immer
neu nachzufüllen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es die Anordnung des Vor- und Rücklaufes
so zu gestalten, dass ein Energieverlust durch eine gegenseitige
Beeinflussung des Vor- und Rücklaufes
vollständig
ausgeschlossen wird, das Wärmeträgermedium
in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert und die Möglichkeit
besteht einen oder mehrere Verbraucher an diesen Kreislauf anzuschließen und
durch ein Netzwerk zu verbinden.
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Durch
die Anordnung der Erdwärmesonde
in einem Kreislauf mit entsprechenden Abzweigen, wird die Aufgabe
der Erfindung gelöst.
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Durch
die Anordnung der Erdwärmesonden in
einem Kreislauf kann ein ausreichender Abstand zwischen Vor- und
Rücklauf
eingehalten werden. Eine Abkühlung
des warmen Rücklaufes
durch den kalten Vorlauf ist zu 100% ausgeschlossen. Beide Kreisläufe nehmen
unabhängig
voneinander Energie aus dem Boden auf.
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Durch
die Anwendung unterschiedlicher Rohrdurchmesser mit unterschiedlichen
Strömungsgeschwindkeiten
und Bohrlängen,
kann die Energiegewinnung optimal an die externen Verhältnisse
wie dem Verbraucher (Wärmepumpe)
und den Energielieferant (Boden/Wasser) angepasst werden. Zusätzlich kann
an jeder gewollten Position der Leitung ein Abzweig zur Versorgung
weiterer Verbraucher (z.B. in einer Wohnsiedlung) eingebaut werden.
Die Kreislaufbohrung stellt somit ein geschlossenes Wärmenetz
wie Beispielsweise ein Nah- oder Fernwärmenetz dar. Die Kreislaufbohrung
sollte möglichst
horizontal im Grundwasserleiter bzw. der energiereichsten Bodenschicht
eingebaut werden, um eine möglichst
hohe Energieausnutzung zu erreichen.
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Beispielbeschreibung einer
Patentanmeldung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen
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1:
einen Längsschnitt
der Anordnung einer Kreislaufbohrung mit einem Verbraucher
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2:
eine Draufsicht der Anordnung einer Kreislaufbohrung mit einem Verbraucher
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3:
einen Längsschnitt
der Anordnung einer Kreislaufbohrung mit mehreren Verbrauchern
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4:
eine Draufsicht der Anordnung einer Kreislaufbohrung mit mehreren
Verbrauchern
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Bei
einer Kreislaufbohrung mit einem Verbraucher 1 gemäß 1 + 2 wird
in bekannter Weise eine Erdwärmeleitung
aus Kunststoff, Beton oder Metall in den Boden verlegt.
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Der
Vorlauf 4 startet bei dem Startschacht 2. Die
Erdwärmeleitung
wird in der energiereichsten Bodenschicht 6 verlegt. Dies
ist meistens eine grundwasserführende
Schicht.
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Der
Vorlauf 4 wird bis in den Zielschacht 3 geführt. Dort
wird der Vorlauf 4 mit dem Rücklauf 5 über eine
Muffe verbunden.
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Der
Rücklauf 5 wird
bis zum Startschacht 2 mit ausreichendem Abstand zur Verhinderung
einer gegenseitigen Beeinflussung zum Vorlauf 4 in der
energiereichsten Bodenschicht 6 wie der Vorlauf 4 verlegt.
Somit kann der Vorlauf 4 und der Rücklauf 5 Energie aus
dem Boden aufnehmen.
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Vom
Startschacht 2 wird der Vorlauf 4 und Rücklauf 5 zum
Verbraucher 1 geführt.
Auf dieser meist kurzen Distanz ist eine gute Isolierung einfach möglich. Falls
nicht, ist wieder ein entsprechender Abstand einzuhalten. Alternativ
kann der Startschacht 2 auch direkt an/in den Verbraucher 1 angeschlossen
sein. Der Startschacht 2 würde somit entfallen. Dies ist
an die entsprechenden örtlichen
Gegebenheiten anzupassen.
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Wie
viele Vorläufe 4 und
Rückläufe 5 zwischen
Schacht 2 und 3 einzubauen sind, ergibt sich aus
der Bemessung der Gesamtanlage (Energiebedarf). Bei mehreren Kreisläufen ist
der Abstand und die Länge
so zu wählen,
dass eine gegenseitige Beeinflussung des Vor – und Rücklaufes nicht möglich ist.
Im Startschacht 2 ist bei mehreren Vor- und Rückläufen ein
Verteiler eingebaut.
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Die
Fließrichtung
des Wärmeträgermediums beginnt
beim Verbraucher 1, geht durch den Vorlauf 4 über Startschacht 2 bis
zum Zielschacht 3 und durch den Rücklauf 5 über den
Startschacht 2 wieder zurück zum Verbraucher 1.
Es ist ein geschlossenes System in dem das Wärmemedium immer nur in eine Richtung
fließt
und eine gegenseitige Beeinflussung des Vor- und Rücklaufes
ausgeschlossen ist.
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Da
die Erdwärmeleitungen
im Bereich der Start- 2 und Zielschächte 3 nah an die
Erdoberfläche kommen,
kann hier eine Isolierung der Rohre stattfinden. Die Start und Zielschächte (2 + 3)
können
Alternaiv auch tiefer geführt
werden, bzw. kann es sich auch um Baugruben handeln.
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Die
Tiefenlage, der Einbauwinkel zur Horizontalen und Vertikalen, der
Abstand zwischen Startschacht 2 und Zielschacht 3,
die Anzahl und die Dicke der Erdwärmeleitungen hängt von
der örtlichen Situation,
der Bodensituation, des Energiebedarfs und von der Wirtschaftlichkeit
der einzubringenden Technik (Horizontalbohrungen, offene Bauweise
etc.) ab.
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Bei
einer Kreislaufbohrung mit mehreren Verbrauchern 1 gemäß 3 + 4 wird
in bekannter Weise eine Erdwärmeleitung
aus Kunststoff, Beton oder Metall in den Boden verlegt.
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Unterschied
zur 1 + 2 besteht darin, dass im Vorlauf 4 und
Rücklauf 5 weitere
Verbraucher 1 zwischengeschaltet werden können. Hierbei gibt
es keine konkrete Trennung des Vor- und Rücklaufes. Der Vor- und Rücklauf ist
quasi eine Leitung. Deswegen die Bezeichnung 4/5.
Die Verbraucher 1 zapfen Ihren erforderlichen Energiebedarf
z.B. über Schächte 2–3 oder
Rohrverbindungen in einen internen Vor- und Rücklauf 7 ab. Auf diese
Weise kann ein Energienetz, vergleichbar eines Kanalnetzes z.B.
für eine
ganze Siedlung entstehen.
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Bei
mehreren Verbrauchern ist gemäß den hydraulischen
Bedingungen eine Pumpe einzubauen.
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Wie
viele Leitungen eingebaut werden, wie viele Verbraucher 1 an
einen Schacht 2, 3 angeschlossen werden oder ob
eventuell ein Schacht durch Erdwärmeleitungen
teilweise übersprungen wird
8, ist von den örtlichen
Gegebenheiten abhängig.
Dies ergibt sich aus den Bemessungen des Gesamtsystems.
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Zur
Erhöhung
der Energiegewinnung kann in die Erdwärmeleitung z.B. eine wärmeabstrahlende Stromleitung
gelegt werden. Denkbar ist auch eine Verbindung mit dem Kanalnetz
(Wärme
des Abwassers) oder andere wärmeabstrahlende
Leitungen im Boden.