DE2919855A1

DE2919855A1 - Erdreich-waermepumpenanlage

Info

Publication number: DE2919855A1
Application number: DE19792919855
Authority: DE
Inventors: Werner Kohler
Original assignee: Ckohler GmbH; Kohler C GmbH
Current assignee: KOHLER, WERNER, ING.(GRAD.), 2430 NEUSTADT, DE
Priority date: 1979-05-16
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1980-11-20

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. V/eickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dii-l.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LisKA 2919855

LAJD 8000 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

C. Kohler GmbH
Bäderstraße 2a
243o Bentfeld/Neustadt

Erdreich-Wärmepumpenanlage

Die Erfindung betrifft eine Erdreich-Wärmepumpenanlage mit wenigstens zwei in einem Solekreislauf an eine Wärmepumpe angeschlossenen Erdreichkollektoren.

Eine derartige Erdreich-Wärmepumpenanlage ist aus "HLH" 26, November 1975, Nr. 11, Seiten 393 bis 396 bekannt. Sie dient der Beheizung eines Einfamilienhauses und umfaßt drei an die Wärmepumpe angeschlossene Erdreichkollektoren, die in derselben Tiefe von etwa 1,8o m nebeneinander im Garten des Einfamilienhauses verlegt, sind. Die Wärmepumpe entzieht dem Solekreislauf der Erdreichkollektoren Wärme und gibt diese an eine Fußbodenheizung des Hauses ab. Nachteilig ist der relativ schlechte Wirkungsgrad der Anlage. Die in relativ großer Tiefe verlegten Erdreichkollek-Ί5 toren vereisen im Winter das sie umgebende Erdreich, so daß der elektrische Energiebedarf der Wärmepumpe steigt.

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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg zu zeigen, wie der über das Jahr gemittelte Wirkungsgrad der Erdreich-Wärmepumpenanlage verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erdreichkollektoren in unterschiedlicher Tiefe .übereinander angeordnet sind und über Steuerorgane wechselweise einschaltbar sind. Hierbei wird ausgenutzt, daß der Mittelwert der durch das Verhältnis der gewonnenen Wärmeenergie zur aufgewandten elektrischen Energie definierten Leistungszahl mit wachsender Tiefenlage des Erdreichkollektors abnimmt. In den oberen Erdreichschichten kann die Temperatur des Erdreichs sehr viel rascher den Lufttemperaturschwankungen folgen, regeneriert also wesentlich rascher als in tiefen Schichten. In den oberen Erdreichschichten sinkt damit allerdings auch die Temperatur rasch unter die Nullgradgrenze, was zu einem starken Absinken der momentanen Leistungszahl und damit des Wirkungsgrads führt. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Erdreich-Wärmepumpenanlage kann jeweils auf den Kollektor umgeschaltet werden, der den momentan besseren Wirkungsgrad hat.

Das Umschalten erfolgt bevorzugt temperaturabhängig, insbesondere dadurch, daß die Steuerorgane mittels we-. nigstens eines auf die Lufttemperatur und/oder wenigstens eines auf die Soletemperatur ansprechenden Temperaturfühlers derart steuerbar sind, daß oberhalb einer vorgegebenen Temperatur der obere Erdreichkollektor und unterhalb dieser Temperatur der untere Erdreichkollektor eingeschaltet ist. Die vorgegebene Temperatur liegt bei

Messung der Lufttemperatur vorzugsweise bei etwa 0⁰C bis - 5°, bevorzugt bei etwa -2°C. Soweit die Soletemperatur gemessen wird, wird bevorzugt die Vorlauftemperatur der Erdreichkollektoren erfaßt.

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Der obere Erdreichkollektor ist bevorzugt für eine höhere spezifische Wärmeleistung dimensioniert als der untere Erdreichkollektor. Der obere Erdreichkollektor kann eine kleinere Projektionsfläche überdecken als der untere Erdreichkollektor, wobei das Flächenverhältnis etwa 1:2 betragen kann. Wesentlich ist aber, daß durch die Aufteilung der Erdreichkollektoren in zwei übereinander liegende Erdreichkollektoren insgesamt eine kleinere Projektionsfläche benötigt wird, so daß die Grundstücksfläche besser ausgenutzt werden kann.

Der obere Erdreichkollektor ist vorzugsweise in einer Tiefe von etwa 3o bis 6o cm angeordnet. Besonders geeignet ist eine Tiefe von etwa 4o cm. Für den unteren Erdreichkollektor werden Tiefen von etwa o,8o bis 1,5m, insbesondere 1,2 m bevorzugt.

Eine wesentliche Verbesserung der Erdreichwärmeputnpenanlage wird dadurch erreicht, daß der untere Erdreichkollektor

zur Rückerwärmung seiner Erdumgebung an den Solekreislauf des oberen Erdreichkollektors und/oder eines Luft- bzw. Sonnenkollektors anschließbar ist. Die Erdumgebung des unteren Erdreichkollektors wird hierbei als Wärmespeicher ausgenutzt. Darüberhinaus kann in dieser Ausführungsform der Vereisung im Bereich des unteren Erdreichkollektors entgegengewirkt werden, so daß dessen Leistungszahl erhöht werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn der untere Erdreichkollektor über eine Wärmepumpe an den oberen Erdreichkollektor und/oder den Luftbzw. Sonnenkollektor anschließbar ist. Bei der Wärmepumpe kann es sich um die bereits eingangs erwähnte Wärmepumpe der Gebäudeheizung oder dergleichen handeln.

Die Steuerung der Erdreichkollektoren- kann über Ventile oder dergleichen erfolgen. Einfacher ist die Steuerung, wenn als Steuerorgane in Serie zu Rückschlagventilen

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geschaltete Solepumpen vorgesehen sind, so daß zum umschalten der Erdreichkollektoren lediglich die Solepumpen wechselweise eingeschaltet werden müssen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt schematisch den Solekreislauf eines Ausführungsbeispiels einer Erdreich-Wärmepumpenanlage für die Beheizung eines Gebäudes, einer Industrieanlage oder dergleichen.

An eine ausgangsseitig mit einem Wärmeverbraucher 1, beispielsweise einer Fußbodenheizung eines Wohngebäudes verbundenen Wärmepumpe 3 sind wärmeeingangsseitig Solekreisläufe S bzw. 7 von zwei Erdreichkollektoren 9 bzw. 11 sowie ein Solekreislauf -■ 13 eines Sonnenkollektors 15 angeschlossen. Die Erdreichkollektoren 9, 11 bestehen aus nicht näher dargestellten Rohrschlangen, die beispielsweise meanderförmig oder in Schleifenform parallel zur Erdoberfläche 17, jedoch in unterschiedlicher Tiefe angeordnet sind. Der obere Erdreichkollektor 9 ist in einer Tiefe von etwa 4o cm angeordnet, während der untere Erdreichkollektor 11 etwa in einer Tiefe von 1,2 m verlegt ist. Der Abstand der Rohre jedes der Erdreichkollektoren 9 bzw. 11 beträgt etwa 6ο bis 7o cm.

Um jeden der Solekreisläufe 5, 7 bzw. 13 getrennt steuern zu können, enthalten die Solekreisläufe je eine Solepumpe 19 bzw. 21 und 23, die in Serie zu einem in Förderrichtung der Solepumpe öffnenden Rückschlagventil 25 bzw. 27 und 29 sowie einem Handsperrventil 31 bzw. 33 und 35 in den Solekreislauf 5 bzw. 7 und 13 geschaltet ist. Je nachdem, ob die zugeordnete 'Solepumpe eingeschaltet ist, ist der Erdreichkollektor 9 bzw. 11 oder der Sonnenkollektor 15 eingeschaltet. Eine elektrische Steuerung 37, deren Ausgänge 39 mit den Solepumpen 19 bis 23 verbunden sind,

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steuert die Solepumpen über Temperaturfühler 41, 43 und 45, die an entsprechende Eingänge 47 der Steuerung 37 angeschlossen sind. Der Temperaturfühler 41 erfaßt die Luftaußentemperatur, während die Temperaturfühler 43 und 45 die Vorlauftemperatur in den Solekreisläufen 5 und erfassen. Je nachdem, ob die erfaßten Temperaturen oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Temperaturwerts liegen, wird der obere Erdreichkollektor 9 oder der untere Erdreichkollektor 11 eingeschaltet. Der Erdreichkollektor 9 wird eingeschaltet, wenn die vom Temperaturfühler 41 erfaßte Temperatur oberhalb etwa -2°C liegt. Sinkt die Temperatur unterhalb -2°C ab, so wird die Solepumpe 19 abgeschaltet und die Solepumpe 21 eingeschaltet. Mit Hilfe einer derartigen Steuerung läßt sich über das Jahr hinweg der Wirkungsgrad der Wärmepumpenanlage steigern.

Der untere Erdreichkollektor 11 kann mittels des Handsperrventils 33 und eines weiteren, im Rücklauf des Solekreislaufs 7 angeordneten Handsperrventils 49 auf dem eingangsseitigen Solekreislauf der Wärmepumpe 3 abgeschaltet und über Soleleitungen 51, 53, welche jeweils Ventile 55 bzw. 57 enthalten, mit der Wärmeausgangsseite der Wärmepumpe 3 verbunden werden. Nachdem die Solekreisläufe 5 und 13 des oberen Erdreichkollektors 9 bzw. des Sonnenkollektors 15 nach wie vor mit der Wärmeeingangsseite der Wärmepumpe 3 verbunden sind, wird die Umgebung des unteren Erdreichkollektors 11 rückerwärmt. Die Umgebung des Erdreichkollektors 11 dient somit als Wärmespeicher. Darüberhinaus wird eine zu starke Abkühlung der Umgebung des Erdreichkollektors 11 verhindert.

Die vorstehend erläuterte Speisung des Erdreichkollektors 11 stellt lediglich eine mögliche Ausführungsform dar. Ebensogut kann einö gesonderte Wärmepumpe vorge-

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sehen sein oder aber es können die in der Figur durch gestrichelt eingezeichnete, ventilgesteuerte Soleleitungen 59 bzw. 61 die Solekreisläufe 5 bzw. 13 unmittelbar mit dem Erdreichkollektor 11 verbunden sein. Soweit erforderlich können in den übrigen Leitungen Steuerventile 63 angeordnet sein, die Nebenschlüsse -verhindern. Die Solekreisläufe 5, 7 und 13 können anstelle durch Solepumpen auch durch steuerbare Ventile ein- bzw. ausgeschaltet werden.

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Claims

Patentansprüche

( 1.JErdreich-Wärmepumpenanlage mit wenigstens zwei in einem Solekreislauf an eine Wärmepumpe angeschlossenen Erdreichkollektoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdreichenkollektoren (9, 11) in unterschiedlicher Tiefe übereinander angeordnet sind und über Steuerorgane (19, 21) wechselweise einschaltbar sind.
2. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane (19, 21) mittels wenigstens eines auf die Lufttemperatur und/oder wenigstens eines auf die SoIetemperatur ansprechenden Temperaturfühlers (41, 43, 45) derart steuerbar sind, daß oberhalb einer vorgegebenen Temperatur der obere Erdreichkollektor (9) und unterhalb dieser Temperatur der untere Erdreichkollektor (11) eingeschaltet ist.
3. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Temperatur bei Messung der Lufttemperatur bei etwa O⁰C bis-5 C liegt.

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4.- Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Temperatur bei etwa -2°C liegt.
5. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Erdreichkollektor (9) für eine höhere spezifische Wärmeleistung dimensioniert ist als der untere Erdreichkollektor (11).
6. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch Λ_Λ dadurch gekennzeichnet, daß der obere Erdreichkollektor (9) eine kleinere Projektionsfläche überdeckt als der
untere Erdreichkollektor (11).
7. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Erdreichkollektor (9) in einer Tiefe von etwa 3o - 6o cm angeordnet ist.
8. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Erdreichkollektor (9) in einer Tiefe von etwa 4o cm angeordnet ist.
9. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Erdreichkollektor (11) in einer Tiefe von etwa o,8o bis 1,5 m angeordnet ist.
10. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet/ daß der untere Erdreichkollektor (11) in einer Tiefe von etwa 1,2 m angeordnet ist.
11. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Erdreichkollektor (11) zur Rückerwärmung seiner Erdumgebung an den Solekreislauf (5, 13) des oberen Erdreichkollektors (9) und/ oder eines Luft- bzw. Sonnenkollektors (15) anschließbar ist.

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12. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Erdreichkollektor (11) über eine Wärmepumpe (3) an den oberen Erdreichkollektor (9) und/oder den Luft- bzw. Sonnenkollektor (15) anschließbar ist.
13. Erdreich-Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane als in Serie zu Rückschlagventilen (25, 27) geschaltete Solepumpen (19, 21) ausgebildet sind.

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