DE102006061065A1

DE102006061065A1 - Erdkollektormodul einer Wärmepumpe, dessen Verwendung und Verfahren zur Errichtung

Info

Publication number: DE102006061065A1
Application number: DE102006061065A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Karsch; Harry Steinhaeuser
Original assignee: Individual
Current assignee: Wq-Tec De GmbH
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-23
Also published as: DE102006062810A1; DE102006062810B4; DE102006061065B4; DE102006062810B8

Abstract

Erdkollektormodul (100) für eine Wärmepumpe und Verfahren zur Errichtung - mit einem Träger (20), der als formstabile Gitterstruktur ausgebildet ist und eine ebene Form aufweist, und - mit einem flexiblen Kunststoffrohr (10), das für ein durchlaufendes Rohrsystem als durchgehende Schlaufe über die Ebene des Trägers (20) verlegt und auf dem Träger (20) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erdkollektormodul einer Wärmepumpe, dessen Verwendung und ein Verfahren zur Errichtung.
Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, die Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau unter Aufwand von Arbeit auf ein höheres Temperaturniveau transportiert. Eine Bauform einer Wärmepumpe ist beispielsweise eine Kompressions-Wärmepumpe, bei der der physikalische Effekt der Verdampfungswärme genutzt wird. Die Kompressions-Wärmepumpe weist daher einen Kondensator eine Drossel einen Verdampfer und einen Kompressor auf. In einem geschlossenen Strömungskreislauf zirkuliert ein Kältemittel, das angetrieben durch den Kompressor die Aggregatzustände flüssig und gasförmig abwechselnd annimmt. Weiterhin gibt es beispielsweise Absorptions- bzw. Adsorptions-Wärmepumpen.
Als Wärmepumpenheizung kann eine Wärmepumpe beispielsweise zum Beheizen von Gebäuden verwendet werden. Als Wärmequellen können grundsätzlich die Luft, (Grund-) Wasser oder Erdreich dienen. Als Verdampfer dient daher beispielsweise ein Luftkollektor, ein Erdkollektor oder eine Solarabsorber. In der AT 413 302 B werden diese in Reihe geschaltet und können mit einer Bypassleitung einzeln umgangen werden.
Um die Erdwärme für Wärmepumpen nutzen zu können, werden Kollektoren eingesetzt, die aus einer im Erdreich verlegten Kollektorleitung für einen Wärmeträger bestehen. Über den Wärmeträger, der durch das Kältemittel der Wärmepumpe selbst oder durch ein mit diesem Kältemittel im Wärmeaustausch stehendes Medium gebildet werden kann, wird dem Erdreich Wärme entzogen, das demnach abgekühlt wird.
Erdkollektoren sind wiederum in verschiedenen Bauformen bekannt. Aus der DE 31 14 262 A1 ist ein Erdkollektor mit sternstrahlenförmig verlegten Erdsonden bekannt, die eine Länge von 12 m bis 50 m aufweisen und entsprechend tief in das Erdreich eingebracht werden. Weiterhin sind brunnenartige Erdkollektoren beispielsweise aus der AT 379 892 , der AT 369 887 oder der DE 39 13 429 A1 bekannt, wobei die brunnenartige Erdöffnung durch einen breiartig fließfähigen Schlamm verfüllt wird.
Weiterhin sind flächige Kollektoren bekannt, wobei eine Kollektorleitung innerhalb einer vorgegebenen Kollektorfläche verlegt ist. Dabei kann bezüglich der Erdoberfläche zwischen horizontal und vertikal verlegten Kollektoren unterschieden werden.
Ein horizontal verlegter Horizontalkollektor ist beispielsweise aus der AT 406 521 B bekannt. Dort ist eine Drainage zur Entwässerung vorgesehen, die zugleich eine Belüftung des Erdkollektors mit Luft bewirken soll, die durch einen Sonnenkollektor erwärmt ist. Aus der DE 102 00 106 A1 ist ebenfalls eine Horizontalkollektor bekannt, der zusätzlich eine Versickerungsanlage für Regenwasser aufweist, da die Wärmeabgabe von nassem Erdreich gegenüber trockenem Erdreich 2:1 betragen soll. Die Rohre des Erdkollektors werden ausgehend von zwei tiefen Gräben mittels eines Horizontalbohrgerätes verlegt. Zur Ausbildung eines durchgehenden Rohrsystems werden die Enden der Rohre durch Verbindungsbögen verbunden.
Ein Vertikalkollektor ist beispielsweise aus der US 4,106,555 bekannt. Dort ist eine gut wärmeleitende Platte aus Stahl vorgesehen, an die Metallrohre geschweißt sind. Für einen verbesserten Wärmeübergang und einen Rostschutz wird die Platte mit einem Fett versehen. Zusätzlich ist eine separate, automatisierte Bewässerungsanlage vorgesehen, die eine Befeuchtung der Stahlplatte ermöglicht. Aus der DE 29 13 333 C2 ist ebenfalls ein Vertikalkollektor mit einem aufrecht angeordneten länglichen plattenförmigen metallischen Wärmetauscherelement ebenfalls mit einem hohen Wärmeleitvermögen bekannt, an dem zur Zu- und Ableitung eines Wärmetauschermediums eine Rohrleitung angeschweißt ist. Das Wärmetauscherelement weist eine Schneide auf, um es in seiner Längsrichtung senkrecht nach unten ins Erdreich zu treiben.
Aufgrund des hohen Gewichtes und der schlechten Umweltverträglichkeit von Metallrohren werden in der AT 378 260 Rohre aus biegsamem Kunststoff verwendet. Zur Verlegung des Erdkollektors wird ein 0,5 m bis 1 m breiter Graben (50-fache des Rohrdurchmessers) ausgehoben, in dem der Kollektor senkrecht oder entlang der Grabenwände angeordnet wird. Die biegsamen Kunststoffrohre sind zueinander parallel angeordnet und durch Distanzhalter zueinander fixiert, wobei die Distanzhalter eine Schiene mit Federklammern aufweisen, die das Rohr in Dreipunktberührung umgreifen. Um den Erdkollektor zu befestigen werden die Distanzhalter mit einer verlängerten Spitze fest ins Erdreich geschlagen. Ein vorgefertigtes Element aus biegsamen Rohren und Distanzhaltern wird in Form einer Kabelrolle aufgerollt zur Baustelle befördert und erst dort auf das erforderliche Maß abgelängt. Die Enden der Rohre werden an ein jeweils zugeordnetes Vorlauf- bzw. Rücklaufverteilerrohr sowie mit ihrem anderen Ende gemeinsam an ein Umlenkverteilerrohr angeschlossen.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Bauart eines Erdkollektors und ein Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors anzugeben, die die Aufwendungen möglichst reduzieren.
Die Aufgabe wird durch eine Lösungsvariante mit dem Erdkollektormodul gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Demzufolge ist ein Erdkollektormodul für eine Wärmepumpe vorgesehen. Unter einem Modul ist dabei eine Baueinheit zu verstehen, die vorgefertigt und als Einheit angeliefert werden kann. Das Erdkollektormodul kann für eine bezüglich der Erdoberfläche horizontale Errichtung ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Erdkollektormodul jedoch für eine bezüglich der Erdoberfläche vertikale Errichtung ausgebildet.
Das Erdkollektormodul weist einen Träger auf, der als formstabile Gitterstruktur ausgebildet ist und eine ebene Form aufweist. Die Gitterstruktur weist in der Ebene angeordnete Verstrebungen auf, zwischen denen Gitteröffnungen der Gitterstruktur eine gute Wärmekopplung zwischen beiden Hauptseiten des ebenen Trägers ermöglichen. Dies ermöglicht eine gute Wärmekopplung zu dem Erdreich zu beiden Seiten des ebenen Trägers, wobei der Träger auch aus schlecht wärmeleitfähigen Material ausgebildet sein kann. Die ebene Form bewirkt eine im Vergleich zur Länge und Tiefe wesentlich kleiner Breite des Trägers. Eine Planarität des Trägers ist nicht erforderlich. So kann beispielsweise der Träger auch Ösen zum Durchfädeln eines Rohres aufweisen. Jedoch sollte die Breite des Trägers möglichst klein ausgebildet werden, um eine Breite eines zugehörigen Schlitzes im Erdreich entsprechend klein ausbilden zu können. Die Gitterstruktur kann in unterschiedlichen Formen ausgebildet sein. Beispielsweise können runde, quadratische, rechteckförmige und/oder sechseckförmige Gitteröffnungen vorgesehen sein. Verstrebungen des Gitters können beispielsweise vertikal, horizontal, diagonal, gerade und/oder bogenförmig ausgebildet sein.
Weiterhin weist das Erdkollektormodul ein flexibles Kunststoffrohr auf, das für ein durchlaufendes Rohrsystem als durchgehende Schlaufe über die gesamte Ebene des Trägers verlegt und auf dem Träger befestigt ist. Unter einer durchgehenden Schlaufe wird dabei verstanden, dass diese keine Abzweigung, Verteiler oder dergleichen aufweist. Das als durchgehende Schlaufe positionierte Kunststoffrohr kann daher auch als Rohrschlange bezeichnet werden. Das flexible Kunststoffrohr kann dabei einseitig oder beidseitig des Trägers verlegt sein. Bevorzugt ist das flexible Kunststoffrohr an Kreuzungspunkten zwischen der Gitterstruktur und dem flexiblen Kunststoffrohr am Träger befestigt. Bevorzugt weist das flexible Kunststoffrohr zur Gitterstruktur lediglich Punktberührungen auf.
Die Modularität ermöglicht es, je nach Umgebungsbedingungen, wie Bodenbeschaffenheit, Abmessungen etc. Durchmesser und Verlegungsformen des flexiblen Kunststoffrohres auf dem Träger anzupassen. Der Träger weist eine derartige Formstabilität auf, dass insbesondere während der Errichtung des Erdkollektors Abschnitte des flexiblen Kunststoffrohres zueinander auf Distanz gehalten werden. Die Befestigung des auf dem Träger verlegten flexiblen Kunststoffrohres bewirkt die Beibehaltung der geometrischen Form der Rohrverlegung, wie beispielsweise eine Spirale oder dergleichen, auf dem Träger. Unter Beibehaltung der Form der Rohrverlegung werden auch geringe Abweichungen innerhalb eines Toleranzbereichs verstanden, die jedoch eine Berührung von Abschnitten des flexiblen Kunststoffrohres aneinander nicht zulassen.
Die Kombination von Träger mit Gitterstruktur und flexiblem Kunststoffrohr ermöglicht positionsflexible Befestigung des Kunststoffrohres in Abhängigkeit von weiteren Parametern, wie beispielsweise dem Rohrdurchmesser oder der Art der Wärmequelle (Grundwasser etc.). Das Kunststoffrohr ist vorzugsweise hochdruckvernetzt. Das Kunststoffrohr ist vorzugsweise auf dem Träger kreuzungsfrei verlegt. Beispielsweise ist das Kunststoffrohr auf dem Träger mäanderförmig oder spiralförmig verlegt.
Zwar kann der Träger als Stahlgitterstruktur ausgebildet sein, diese weist jedoch ein für den Transport ungünstig hohes Eigengewicht auf. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Träger nicht mehr als fünfmal so schwer wie das verlegte Kunststoffrohr. Hierzu ist der Träger aus einen insbesondere Glasfaser verstärkten Kunststoff gebildet. Vorzugsweise weist der Träger ebenfalls ein geringes Eigenvolumen auf, so dass der Wärmetransport nur unwesentlich beeinträchtigt. Ebenfalls ist es vorteilhaft den Träger innen hohl auszubilden, so dass nach der Positionierung des Moduls in der gewünschten Betriebsstellung der Träger mit einer insbesondere gut wärmeleitfähigen Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser gefüllt werden kann.
Der Träger weist zusätzlich zur Positionierung und Fixierung des Kunststoffrohres in Synergie zumindest eine weitere Funktion auf. Beispielsweise kann der Träger hohl ausgebildet sein und Öffnungen zur Befeuchtung des Erdreiches aufweisen. Hierzu ist der Träger vorteilhafterweise an ein Bewässerungssystem angeschlossen. Für eine weitere vorteilhafte, auch kombinierbare Funktion des Trägers weist der Träger an seinen Rändern einen Fortsatz insbesondere in Form eines Überstands auf, so dass das Kunststoffrohr bezüglich dieses Fortsatzes weiter innen innerhalb der Ebene des Trägers befestigt ist und durch den Fortsatz gegen Beschädigungen durch Steine im Erdreich geschützt ist.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildungsvariante ist vorgesehen, dass ein Endbereich des flexiblen Kunststoffrohres in einer Vormontageposition an dem Träger lösbar befestigt ist. Zur Lösbaren Befestigung kann beispielsweise eine Clipsverbindung vorgesehen sein. Alternativ kann auch ein mittels einer Schneidzange durchtrennbarer Kabelbinder verwendet werden. Gemäß einer wiederum anderen Weiterbildungsvariante ist an dem Träger ein Bewässerungssystem befestigt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein separates Befestigungsmittel, insbesondere ein Kunststoffclip, zur Befestigung des flexiblen Kunststoffrohres am Träger vorgesehen ist. Vorzugsweise weist der Träger eine Struktur auf, die eine entlang von Verstrebungen der Gitterstruktur frei wählbare Positionierung des Befestigungsmittels auf dem Träger ermöglicht.
Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Lösungsvariante mit dem Erdkollektormodul gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Demzufolge ist ein Erdkollektormodul für eine Wärmepumpe vorgesehen. Das Erdkollektormodul weist einen Träger mit einer ebenen Form auf. Weiterhin weist das Erdkollektormodul ein flexibles Kunststoffrohr auf, das für ein durchlaufendes Rohrsystem als durchgehende Schlaufe über die gesamte Ebene des Trägers verlegt und auf dem Träger befestigt ist.
Der Träger ist lediglich für die Errichtung des Erdkollektors notwendig. Der Träger weist daher in dieser Lösungsvariante ein im Erdreich auflösbares Material auf. Vorzugsweise wird der Träger im Erdreich größtenteils aufgelöst. Vorzugsweise ist das Material des Trägers bei Zufügung einer Flüssigkeit lösbar. Vorteilhafterweise ist das Material dabei wasserlöslich. Eine andere Weiterbildungsvariante sieht vor, dass das auslösbare Material im Erdreich verrottbares Material ist, das beispielsweise durch Mikroorganismen, Regenwürmer oder dergleichen zersetzt wird. Das verrottbare Material ist vorteilhafterweise Holz, kompostierbare Pappe oder mehrlagiges Papier.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Träger vor dessen Auflösung zur Errichtung des Erdkollektors formstabil, so dass der Träger als Baueinheit gehandhabt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Kunststoffrohr zwischen zwei Schichten des Trägers angeordnet. Beispielsweise werden hierzu zwei Lagen Pappe jeweils in einem Zwischenraum zwischen Abschnitten des Kunststoffrohres aneinander befestigt. Vorteilhafterweise weist der Träger zudem Öffnungen zum Tragen und Transportieren des Erdkollektormoduls auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung eines zuvor erläuterten Erdkollektors für eine Wärmepumpe eines Gebäudes.
Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Demgemäß ist ein Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors vorgesehen. Dabei wird zur Errichtung ein Erdkollektormodul mit einem formstabilen Träger und mit einem flexiblen, als durchlaufendes Rohrsystem auf dem Träger angeordnetem Kunststoffrohr montiert. Die Montage des Erdkollektormoduls erfolgt vorzugsweise vor einem Transport des Erdkollektormoduls zur Baustelle.
In der Baustelle wird zur Errichtung des Erdkollektors ein Schlitz in das Erdreich gefräst. Nachfolgend wird das vormontierte Erdkollektormodul in den Schlitz eingeführt. Vorzugsweise weist der Schlitz eine Tiefe auf, die mindestens der Summe der Frosttiefe des Bodens und der Höhe des Erdkollektormoduls entspricht.
Lösbar am Erdkollektor befestigte Endbereiche des flexiblen Kunststoffrohres werden gelöst und aus dem Schlitz herausgeführt. Vorteilhafterweise werden auch die Endbereiche unterhalb der Frostgrenze und/oder in einem Schacht verlegt.
Nachfolgend wird der Schlitz mit einem Füllmaterial verfüllt. Vorzugsweise ist das Füllmaterial das für den Schlitz aus dem Erdreich herausgefräste Material, das mit dem Fräsvorgang zudem zerkleinert wurde. Vorzugsweise wird das Füllmaterial mit Hilfe einer Flüssigkeit wie Wasser in den Schlitz eingeschwemmt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Breite des Schlitzes im Erdreich maximal das Dreifache der Breite des Erdkollektormoduls beträgt. Unter Breite wird sowohl beim Schlitz als auch beim Erdkollektormodul die kleinste Abmessung verstanden. Vorteilhafterweise beträgt die Breite des Kollektormoduls zwischen 3 und 10 cm, bevorzugt zwischen 5 und 8 cm.
Im Folgenden wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand von zeichnerischen Darstellungen näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Ansicht eines errichteten Erdkollektors für eine Wärmepumpe eines Hauses,
2a und 2b schematische Ansichten eines Erdkollektormoduls,
3 eine schematische Draufsicht eines in einen Erdschlitz eingeführten Erdkollektormoduls, und
4 eine schematische Ansicht eines Befestigungselements.
Die durch eine Wärmepumpe erzielbare Wärmeleistung ist abhängig von der Beschaffenheit des Bodens. Trockene, grobkörnige Böden sind für den Wärmetransport schlechter geeignet als feuchte Grundwasserböden. Feste Erdböden weisen zudem eine bessere Wärmeleitfähigkeit auf als lose aufgeschüttete Böden. Deshalb variiert die Leistung dieser Kollektoren von 10 W/m² bei trockenen Böden bis zu 35 W/m² bei Grundwasserböden. Bei 20 W/m² Wärmeeintragsleistung bedeutet dies, dass man für eine Wärmepumpenheizung mit 6 kW Leistung etwa 300 m² Bodenfläche benötigt. Das entspricht überschlägig etwa einer Fläche, die doppelt so groß ist wie die zu beheizende Wohnfläche.
Bevorzugt wird daher – wie in 1 dargestellt – ein vertikaler Erdkollektor errichtet. Wie aus 1 ersichtlich, gelangt ein dargestelltes Erdkollektormodul 100 für eine Wärmepumpe zur Anwendung. Wobei ein Kompressor und Steuereinheiten in der Baueinheit 2 ausgebildet sind. Die Baueinheit 2 ist in einem Haus 1 installiert. Die Wärmepumpe dient dazu die vom Erdkollektormodul 100 aufgenommene, als Primärenergie dienende Erdwärme mittels Zufuhr von Sekundärenergie auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, um damit eine Heizungsanlage 3 des Hauses 1 zu beschicken. Auch ist der umgekehrte Betrieb mit der Wärmepumpe möglich, indem die Wärmepumpe in einem Kühlbetrieb arbeitet und Wärme dem Haus 1 entzieht. In 1 ist beispielhaft ein einziges Erdkollektormodul 100 dargestellt. Je nach Größe der Wohnfläche und Größe des Erdkollektormoduls 100 ist für eine ausreichende Heizleistung ggf. eine Mehrzahl von Erdkollektormodulen 100 erforderlich. In diesem Fall werden Verteiler für das Kältemittel zwischen die Erdkollektormodule 100 und die Baueinheit 2 geschaltet (in 1 nicht dargestellt). Die Zuleitung zu den einzelnen Erdkollektormodulen 100 kann sternförmig angeordnet sein. Kleinere Erdkollektormodule können auch direkt miteinander gekoppelt werden. Beispielsweise bilden die gekoppelten Erdkollektormodule ein durchlaufendes Rohrsystem.
2a zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ebene eines Erdkollektormoduls 100. Das Erdkollektormodul 100 weist einen Träger 20 auf, der als formstabile Gitterstruktur mit den Rastermaßen R_H und R_L ausgebildet ist. Die Rastermaße betragen beispielsweise 150 mm. Die Gitterstruktur weist beispielsweise Längs- und Querstreben auf. Auf dem Träger 20 ist ein flexibles Kunststoffrohr 10 in einer durchgehenden Schlaufe verlegt. Die Schlaufe der 2a weist keine Kreuzungen des flexiblen Kunststoffrohres 10 auf. An Kreuzungspunkten zwischen dem Träger 20 und dem flexiblen Kunststoffrohr 10 sind Befestigungsmittel 50 in Form von Kabelbindern, Kunststoffclipsen oder dergleichen vorgesehen, die das flexible Kunststoffrohr 10 auf dem Träger 20 in der verlegten Position fixieren. Vorteilhafterweise ist das flexible Kunststoffrohr 10 mittels der Befestigungsmittel 50 in einer Längsrichtung des flexiblen Kunststoffrohres 10 verschiebbar gelagert, so dass Erdbewegungen und unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten zwischen flexiblem Kunststoffrohr 10 und Träger 20 ausgeglichen werden können und nicht zu einer Beschädigung des flexiblen Kunststoffrohres 10 führen.
Das Erdkollektormodul 100 weist gemäß 2a eine Höhe H und eine Länge L auf. Eine Breite B des Erdkollektormoduls 100 ist in 2b dargestellt. Die Höhe H beträgt beispielsweise 2200 mm und die Länge L beträgt beispielsweise 5000 mm. Um eine sehr geringe Breite B von kleine als 50 mm zu erhalten kann als Träger 20 ein Gitter aus Stahldrähten mit einem Durchmesser von nur 8 mm verwendet werden. Ein Träger 20 aus Metall führt jedoch zu einer zusätzlichen Umweltbelastung, so dass ein derartiger Träger 20 aus Metall nicht in Wasserschutzgebieten und im Grundwasserbereich eingesetzt werden sollte.
Der Träger 20 ist nur ein Hilfsmittel um das flexible Kunststoffrohr 10 in seiner benötigten Verlegungsform ins Erdreich einbringen zu können. Der Träger 20 kann daher aus einem umweltneutralen Material – wie beispielsweise Kunststoff – ausgebildet sein. Wird ein Träger 20 aus Kunststoff – beispielsweise aus Polypropylen – verwendet, so wird durch die Gitterstruktur erzielt, dass sich das Erdreich um das Kunststoffrohr 10 anlegen kann. Dies bewirkt eine gute Wärmekopplung und daher einen guten Wärmeleitwert zwischen Erdreich und Kunststoffrohr 10 zu beiden Seiten des Trägers 20. Das verwendete Kunststoffrohr 10 hat dabei gegenüber Rohren aus Metall den großen Vorteil, dass sich die Verarbeitung schneller und somit kostengünstig realisieren lässt. Durch die Verwendung eines Kunststoffrohres 10 wird zudem der Boden nicht belastet. Somit kann das Erdkollektormodul 100 mit einem Träger 20 aus Kunststoff und dem flexiblen Kunststoffrohr 10 auch in Bereichen von Wasserschutzgebieten eingesetzt werden. Gitterstrukturen weisen zudem gegenüber einem vollflächigen Träger den Vorteil auf, dass ein besseres Verhältnis von Gewicht zu Stabilität erzielt werden kann. Dies ermöglicht die Herstellung leichterer Erdkollektormodule 100 und damit eine durch die Gewichtsreduktion verbesserte Handhabbarkeit bei der Errichtung eines Erdkollektors.
Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung eines flexiblen Kunststoffrohres 10 und einem Träger 20 aus Kunststoff ist, dass ein Gewichtsvorteil des Erdkollektormoduls 100 sowohl beim Einbau als auch beim Transport erzielt werden kann. Vorzugsweise ist daher auch der Träger 20 in einer Art Kunststoffausführung herzustellen, damit der Gewichtsvorteil erhalten bleibt. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes eines Kunststoffrohres 10 ist, dass das Risiko von Rohrschäden bei eventuellen Erdbewegungen aufgrund der Flexibilität des Kunststoffrohres 10 vernachlässigbar klein ist. Wird der Träger 20 aus Kunststoff ausgebildet, können die Befestigungselemente 50 mit dem Träger 20 einstückig ausgeformt werden, so dass eine zusätzliche Montage der Befestigungselemente 50 entfällt. Die Befestigungselemente 50 sind dabei derart auszugestalten, dass diese das flexible Kunststoffrohr 10 nur auf einer kleinen Rohraußenfläche halten. Dies kann beispielsweise durch eine Dreipunktberührung erfolgen.
Ein separates Befestigungselement 51 ist in der 4 schematisch dargestellt. Das Befestigungselement 51 ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet. Es weist eine Aufnahme 53 zum Halten des Kunststoffrohres 10 auf. Der Aufnahme 53 gegenüber ist ein Einführungsöffnung 52 zur clipsbaren Befestigung auf dem Träger 20 vorgesehen. Der Träger 20 kann zur Befestigung alternativ eine Polyethylen-Folie aufweisen. Eine dünne Polyethylen-Folie weist dabei eine vernachlässigbare Wärmeisolierung auf.
Ist das Erdkollektormodul 100 im Erdreich eingebracht, wird der Träger 20 für die Positionierung und Fixierung des Kunststoffrohres 10 eigentlich nicht mehr benötigt, da diese Funktion der Positionierung und Fixierung nach der Einbringung durch das umgebende Erdreich übernommen werden könnte. Daher ist der Träger im Idealfall aus einem Material herstellt, das sich nach einer bestimmten Zeit im Erdreich auflöst ohne die Umwelt zu belasten.
Eine erste Ausgestaltungsvariante sieht hierfür vor, dass der Träger 20 aus Holz ausgebildet ist. Im Lauf der Zeit löst sich das Holz im Erdreich durch Verrottungsprozesse auf und das flexible Kunststoffrohr 10 wird letztendlich allseitig vom Erdreich berührt, so dass ein verbesserter Wärmeübergang nach der Auflösung des Trägers aus Holz erzielt wird. Die Auflösungsprodukte des Holzes sind ebenfalls umweltverträglich.
Eine zweite Ausgestaltungsvariante sieht einen Träger 20 aus Pappe vor. Im Lauf der Zeit löst sich die Pappe im Erdreich durch Verrottungsprozesse auf und das flexible Kunststoffrohr 10 wird letztendlich allseitig vom Erdreich berührt, so dass ein verbesserter Wärmeübergang nach der Auflösung des Trägers aus Pappe erzielt wird. Die Auflösungsprodukte der Pappe sind ebenfalls umweltverträglich, sofern die Pappe frei von Schwermetallen ist.
Endbereiche 11 und 12 des Kunststoffrohres 10 sind in der 2a in einer Transportposition oder Vormontageposition an dem Träger 20 lösbar befestigt, sodass eine Beschädigung der Endbereiche während des Transportes des Erdkollektormoduls 100 vermieden werden kann. Die Endbereich 11, 12 sind vorteilhafterweise der Vorlaufanschluss und der Rücklaufanschluss. Die Verbindung der Endbereiche 11, 12 beispielsweise mit einem Verteiler kann mittels Verschraubtechnik hergestellt werden. Weiterhin weist der Träger 20 einen Fortsatz mit dem Maß H_U auf, der das montierte flexible Kunststoffrohr 10 vom Rand des Trägers 20 beabstandet. Der Fortsatz bewirkt dabei eine Beabstandung des montierten flexiblen Kunststoffrohrs 10 beispielsweise von scharfkantigen Steinen des Erdreichs.
Aufgrund der kompakten Bauform des Erdkollektormoduls 100 aus den 2a und 2b ist eine besonders schnelle Errichtung des Erdkollektors möglich ohne einen großen Aushub von Erdreich bewegen zu müssen. Hierzu wird vor einem Transport zur Baustelle das Erdkollektormodul 100 mit dem formstabilen Träger 20 und mit dem flexiblen, als durchlaufendes Rohrsystem auf dem Träger 20 angeordnetem Kunststoffrohr 10 montiert. Zur Errichtung wird ein Schlitz 90 in das Erdreich mittels einer Grabenfräse gefräst und das Erdkollektormodul 100 in den Schlitz 90 eingeführt. Dieser Zustand ist in der 3 als Draufsicht auf den Schlitz 90 im Erdreich schematisch dargestellt. Die Breite B_S des Schlitzes 90 im Erdreich muss dabei nur unwesentlich größer als die Breite B des Erdkollektormoduls 100 ausgebildet sein, da in den Schlitz 90 keine Person zur Errichtung des Erdkollektors einsteigen muss.
Die lösbar am Träger 20 befestigten Endbereiche 11, 12 des flexiblen Kunststoffrohres 10 werden gelöst und aus dem Schlitz 90 herausgeführt. Dies ist in der 1 schematisch dargestellt. Die Endbereiche 11, 12 werden in einem Schacht verlegt und an Entlüftungsrohre 13 angeschlossen. Der Schlitz 90 gemäß 3 wird nachfolgend mit einem Füllmaterial verfüllt, das beim Fräsvorgang aus dem Erdreich entnommen wurde. Dieses Füllmaterial ist durch den Fräsvorgang fein ausgebildet und weist daher keine größeren Steine mehr auf, deren scharfe Kanten das flexible Kunststoffrohr 10 ggf. beschädigen könnten. Auch werden größere Hohlräume (Lunker) aufgrund des feinen Füllmaterials vermieden. Zur Verfüllung mit dem Füllmaterial wird das Füllmaterial mit Wasser in Zwischenräume zwischen dem Erdkollektormodul 100 und den Wandungen des Schlitzes 90 im Erdreich eingeschwemmt. Auch ist eine Verdichtung des Füllmaterials innerhalb des Schlitzes 90 möglich.
In 1 ist zusätzlich eine Bewässerungsanlage 80 schematisch dargestellt, die Regenwasser in den Bereich des Erdkollektormoduls 100 leitet. Vorteilhafterweise ist zumindest ein Bestandteil der Bewässerungsanlage 80 am Träger 20 des Erdkollektormoduls 100 montiert oder vormontiert. Alternativ kann der Träger eine Funktion des Bewässerungssystems aufweisen, indem der Träger beispielsweise hohl ausgebildet ist und das Wasser der Bewässerungsanlage im Erdreich verteilt. Zusätzlich kann ein Regenwasserrückhaltebehälter der Bewässerungsanlage vorgeschaltet sein. Alternativ kann die Bewässerung auch durch Oberflächenwasser, Brunnenwasser oder durch Wasser einer Wasserzisterne erfolgen.

1: Haus
2: Baueinheit der Wärmepumpe, Kompressor, Steuereinheit
3: Heizungsanlage
10: Kunststoffrohr
11, 12: Endbereich des Kunststoffrohres
13: Entlüftungsrohr
20: Träger
50, 51: Befestigungselement
52: Befestigungsöffnung
53: Aufnahme
80: Bewässerungsanlage
90: Schlitz im Erdreich
100: Erdkollektormodul
L: Länge des Erdkollektormoduls
H: Höhe des Erdkollektormoduls
B: Breite des Erdkollektormoduls
R_L, R_H: Rastermaß einer Gitterstruktur
H_U: Überstandsmaß
B_S: Breite des Schlitzes im Erdreich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- AT 413302 B [0003]
- DE 3114262 A1 [0005]
- AT 379892 [0005]
- AT 369887 [0005]
- DE 3913429 A1 [0005]
- AT 406521 B [0007]
- DE 10200106 A1 [0007]
- US 4106555 [0008]
- DE 2913333 C2 [0008]
- AT 378260 [0009]

Claims

Erdkollektormodul (100) für eine Wärmepumpe – mit einem Träger (20), der als formstabile Gitterstruktur ausgebildet ist und eine ebene Form aufweist, und – mit einem flexiblen Kunststoffrohr (10), das für ein durchlaufendes Rohrsystem als durchgehende Schlaufe über die Ebene des Trägers (20) verlegt und auf dem Träger (20) befestigt ist.
Erdkollektormodul (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (20) einen insbesondere Glasfaser verstärkten Kunststoff aufweist.
Erdkollektormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endbereich (11, 12) des flexiblen Kunststoffrohres (10) in einer Vormontageposition an dem Träger (20) lösbar befestigt ist.
Erdkollektormodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein separates Befestigungsmittel (50, 51), insbesondere einen Kunststoffclip, zur Befestigung des flexiblen Kunststoffrohres (10) am Träger (20).
Erdkollektormodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Träger (20) ein Bewässerungssystem (80) befestigt ist.
Erdkollektormodul (100) für eine Wärmepumpe – mit einem Träger (20), der eine ebene Form aufweist, und – mit einem flexiblen Kunststoffrohr (10), das für ein durchlaufendes Rohrsystem als durchgehende Schlaufe über die Ebene des Trägers (20) verlegt und auf dem Träger (20) befestigt ist, – wobei der Träger (20) ein im Erdreich auflösbares Material aufweist.
Erdkollektormodul (100) nach Anspruch 6, wobei das flexible Kunststoffrohr (10) zwischen zwei Schichten des Trägers (20) angeordnet ist.
Erdkollektormodul (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem das auflösbare Material verrottbares Material, insbesondere Holz oder Pappe ist.
Verwendung eines Erdkollektorsmoduls (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine Wärmepumpe eines Gebäudes (1).
Verfahren zur Errichtung eines Erdkollektors, indem – ein Erdkollektormodul (100) mit einem formstabilen Träger (20) und mit einem flexiblen, als durchlaufendes Rohrsystem auf dem Träger (20) angeordnetem Kunststoffrohr (10) montiert wird, – ein Schlitz (90) in das Erdreich gefräst wird, – das Erdkollektormodul (100) in den Schlitz (90) eingeführt wird, – Endbereiche (11, 12) des flexiblen Kunststoffrohres (10) aus dem Schlitz (90) herausgeführt werden, und – der Schlitz (90) mit einem Füllmaterial verfüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Endbereiche (11, 12) vor der Herausführung aus dem Schlitz (90) von dem formstabilen Träger (20) gelöst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem die Breite (B_S) des Schlitzes (90) im Erdreich maximal das Dreifache der Breite (B) des Erdkollektormoduls (100) beträgt.