DE3015172A1

DE3015172A1 - Vorrichtung zur entnahme von bodenwaerme

Info

Publication number: DE3015172A1
Application number: DE19803015172
Authority: DE
Inventors: Hans 6520 Worms Würzburger
Original assignee: Individual
Current assignee: Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshuette Ag 300
Priority date: 1980-04-19
Filing date: 1980-04-19
Publication date: 1981-10-22
Also published as: SE8203069L; SE449258B; BE888483A

Description

Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme, insbesondere aus Grundwasser und/oder dem das Grundwasser umgebenden Erdreich, bei der die Wärme mittels einer Wärmepumpe einer Nutzung zugeführt wird.
Für die Entnahme von Bodenwärme unter Einsatz einer Wärmepumpe sind verschiedenartige Vorrichtungen bekannt. Sogenannte Erdwärmerückgewinnungsanlagen erfordern aufwendige Verlegungsarbeiten und ein großes Grundstück. Sogenannte "Luft-Wasser"-Wärmepumpen sind aufwendig und bringen sowohl eine Lärmbelästigung als auch eine Vegetationsbeeinflussung durch die abgegebene Kaltluft mit sich. Bei den bekannten Vorrichtungen wird das Grundwasser aus einem Brunnen entnommen, der Wärmepumpe zugeführt und nach der Wärme entnahme und der damit verbundenen Temperaturabsenc kung wieder in das Erdreich eingeleitet. Es hat sich gezeigt, daß die für die Genehmigung der Errichtung einer derartigen Anlage zuständigen Behörden vielfach Eingriffe in den Grundwasserhaushalt furchen, da insbesondere nicht sichergestellt ist, ob das entnommene Grundwasser tatsächlich wieder ordnungsgemäß eingeleitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme, insbesondere aus Grundwasser und/oder dem das Grundwasser umgebenden Erdreich vorzuschlagen, bei der - abgesehen von einer Temperaturabsenkung - keinerlei weitere Eingriffe in den Grundwasserhaushalt vorgenommen werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein Wärmeaustauscher mit einem in einem geschlossenen Kreislauf umlaufenden Zwischenträgermedium vorgesehen ist, und der Kreislauf einerseits zur Anordnung unterhalb der Erdoberfläche in Kontakt mit dem Grundwasser und/oder dem feuchten Erdreich ausgebildet ist, und andererseits mit der Primärseite einer außerhalb des Erdreichs anzuordnenden Wärmepumpe verbindbar ist. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Wärmeaustauscher so im Grundwasser bzw. feuchten Erdreich anzubringen, daß das in dem Wärmeaustauscher enthaltene Zwischenträgermedium die Temperatur des Grundwassers bzw. des feuchten Erdreiches annimmt, ohne daß das Grundwasser selbst aus dem Erdreich entnommen wird. Das Zwischenträgermedium wird in einem geschlossenen Kreislauf der Primärseite einer außerhalb des Erdreichs anzuordnenden Wärmepumpe zugeführt und dann in der Wärmepumpe aus dem Zwischenträgermedium entnommen.
Als Zwischenträgermedium eignet sich vorzugsweise eine Mischung aus Wasser und lebensmittelfreundlichem Äthylenglykol. Damit ist gewährleistet, daß auch bei in dem Kreislauf des Wärmeaustauschers auftretenden Leckagen keine Bodenverseuchung erfolgen kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, daß der zum Kontakt mit dem Grundwasser und/oder feuchten Erdreich ausgebildete Bereich des Kreislaufes des Wärmeaustauschers in einen Brunnenschacht bis unterhalb des Wasserspiegels des Grundwassers abgesenkt wird. Bei tiefer liegendem Grundwasser kann auch vorgesehen werden, daß eine Tiefbohrung mittels eines verlorenen Bohrkopfes erstellt wird, derart, daß das Erdreich jeweils herausgespült wird Der zum Kontakt mit dem Grundwasser ausgebildete Bereich des Kreislaufes des Wärmeaustauschers befindet sich in diesem Fall an bzw. hinter dem verlorenen Bohrkopf und wird auf diese Weise entsprechend tief in das Erdreich eingebracht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der zum Kontakt mit dem Grundwasser und/oder feuchten Erdreich ausgebildete Bereich der Vorrichtung ein Innenrohr aufweist, welches in ein dieses umschließendes Außenrohr mündet, und das Außenrohr an seinem der Wärmepumpe abgewandten Ende abgeschlossen ist. Dabei besteht das Außenrohr zweckmäßigerweise aus gut leitendem Werkstoffs beispielsweise Metall, während das Innenrohr im Verhältnis zum Außenrohr aus schlechter wärmeleitfähigem Werkstoff besteht, beispielsweise aus Kunststoff. Vorzugsweise ist das Außenrohr als Wellrohr ausgebildet. Das Zwischenträgermedium wird in dem Innenrohr nach unten geführt, tritt am unte- ren Ende in das Außenrohr ein und strömt dann längs der gut wärmeleitenden Wandung des Außenrohres nach oben, wobei das vorher im Wärmeaustauscher abgekühlte Zwischenträgermedium dann die Temperatur des Grundwassers bzw. des das Außenrohr umgebenden Erdreiches annimmt. Die letztgenannte Ausführungsform weist den besonderen Vorteil auf, daß die in das Erdreich einzuführende Anordnung einen relativ kleinen Außendurchmesser haben kann und somit mittels eines üblicherweise für eine Versuchsbohrung vorgesehenen Bohrgerätes tief (größenordnungsmäßig bis zu 100 m) in das Erdreich eingebracht werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung des zum Kontakt mit dem Grundwasser und/oder feuchten Erdreiches ausgebildeten Bereiches des Wärmeaustauschers in seiner vorgesehenen Lage in einer Bohrung im Erdreich sowie ein Blockschaltbild einer Wärmepumpe und eines Heizkreislaufs eines Gebäudes.
Im Erdreich 1 sei unterhalb des Mutterbodens 2 und einer Sandschicht 3 eine grundwasserführende Schicht 4 vorhanden.
In dieses Erdreich wird eine Bohrung 5 eingebracht. Ein insgesamt mit 6 bezeichneter Wärmeaustauscher weist einen Bereich 7 auf, der zum Einführen in die Bohrung 5 vorgesehen ist. Der Bereich 7 weist ein Innenrohr 8 auf, welchem ein Zwischenträgermedium von einer Zirkulationspumpe 9aentspre- chend der Pfeilrichtung A zuführbar ist. Das Zwischenträgermedium tritt am unteren Ende 9ides vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Innenrohres aus und strömt in einem den eigentlichen Wärmetauscher bildenden und als Wellrohr ausgebildeten Außenrohr 10 in Pfeilrichtung B nach oben. Das Wellrohr 10 ist aus gut wärmeleitfähigem Werkstoff gefertigt und weist infolge seiner Wellenform eine besonders große und daher gut zum Wärmeübergang geeignete Oberfläche auf. Der Wärmeaustauscher ist im übrigen mit der Primärseite 8 einer insgesamt mit 9 bezeichneten Wärmepumpe verbunden, deren sekundäre Seite 10 über Leitungen 10 und 11 mit dem Heizkreislauf 13 eines Gebäudes verbindbar ist. Ein Druckausgleichsgefäß ist mit 14 bezeichnet.
Die Funktion der Vorrichtung ist derart, daß die im feuchten Erdreich bzw. Grundwasser enthaltene Wärme in dem gewellten Bereich des den eigentlichen Wärmetauscher bildenden Außenrohres 10 auf das Zwischenträgermedium übergeht und in der Wärmepumpe 9 dem Zwischenträgermedium wieder entnommen wird. Da zwischen dem direkt mit dem Außenrohr in Kontakt stehenden Grundwasser bzw. feuchten Erdreich und dem umgebenden Grundwasser bzw. feuchten Erdreich ständig ein Temperaturausgleich stattfindet, wird die durch das Zwischenträgermedium erfolgende Temperaturabsenkung kontinuierlich kompensiert. Es kommt hinzu, daß die Wärmepumpe diskontinuierlich arbeitet und während des Betriebsstillstandes ein weiterer Temperaturausgleich erfolgen kann.
Leerseite

Claims

Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme Ansprüche X Vorrichtung zur Entnahme von Bodenwärme, insbesondere aus Grundwasser und/oder dem das Grundwasser umgebenden Erdreich, bei der die Wärme mittels einer Wärmepumpe einer Nutzung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauscher (6) mit einem in einem geschlossenen Kreislauf umlaufenden Zwischenträgermedium vorgesehen ist, und der Kreislauf einerseits zur Anordnung unterhalb der Erdoberfläche in Kontakt mit dem Grundwasser und/oder dem feuchten Erdreich ausgebildet ist (Bereich 7) und andererseits mit der Primärseite (8) einer außerhalb des Erdreichs anzuordnenden Wärmepumpe (9) verbindbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Kontakt mit dem Grundwasser undloder dem feuchten Erdreich ausgebildete Bereich (7) des Kreislaufes zum Einführen in einen Erdschacht (2) in eine Erdbohrung (5) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Kontakt mit dem Grundwasser und/oder feuchten Erdreich ausgebildete Bereich (7) ein Innenrohr (8) aufweist, welches in ein dieses umschließendes Außenrohr (10) mündet, und das Außenrohr an seinem der Wärmepumpe (9) abgewandten Ende abgeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (10) aus im Verhältnis zum Innenrohr (8) gut wärmeleitfähigem Werkstoff besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (10) als Wellrohr ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenträgermedium eine Mischung von Wasser und Äthylenglykol L aufweist.