DE3039289A1 - Verfahren zum ausnuetzen der erdwaerme fuer waermeverbraucher bzw. anordnung zur waermegewinnung, insbesondere fuer wohn- und haushaltszwecke - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE OUG3ZQ3 -η

DR-ING. R. DÖRING - J5 - DiPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Alexander Kückens

Schillerstr. 22
2067 Reinfeld/H.

"Verfahren zum Ausnützen der Erdwärme für Wärmeverbraucher bzw. Anordnung zur Wärmegewinnung, insb.für Wohn- und Haushaltszwecke"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausnützen der Erdwärme für Wärmeverbraucher, insb. für Wohn- und Haushaltszwecke, bei dem die Erdwärme von Erdkollektoren aufgenommen und über ein Wärmeträgerfluid einer Wärmepumpe zugeführt wird, welche den Wärmeverbraucher versorgt. Zum Ausführen dieses Verfahrens dient eine Anordnung zur Wärmegewinnujag, insb. für Wohn- und Haushalts zwecke, mit wenigstens einer Wärmepumpe und einem oder mehreren an die wärmeaufnehmende Seite der oder jeder Wärmepumpe angeschlossenen Erdwärmekollektoren.

Es ist bekannt und auch bereits nutzbar gemacht, daß in etwa 2m Erdtiefe ein jahreszeitlich weitgehend unabhängiges Wärmepotential mit einer Temperatur zwischen etwa A und 6 C zur Verfügung steht. Zur Ausnützung dieses Wärmepotentials ist es bekannt großflächig im Erdreich Wärmekollektoren zu verlegen, welche an die wärmeaufnehmende Seite einer Wärmepumpe ange-

schlossen sind. Der Nachteil dieser bekannten Anordnungen besteht darin, daß zur Verlegung der Kollektoren relativ große Flächen zur Verfügung gestellt werden müssen. Diese Voraussetzung ist häufig nicht erfüllt bzw. begegnet in vielen Fällen kaum zu überwindenden Schwierigkeiten. Eine großflächige Anzapfung des Erdreiches ist jedoch notwendig, da das Erdreich nur ein relativ schlechter Wärmeleiter ist und daher die Wärme den Erdkollektoren nur sehr zögernd zufließt. Nur in wenigen Fällen steht der Grundwasserspiegel hinreichend hoch oder ist die Erdfeuchtigkeit dauernd hinreichend groß, um dieses Problem auszuschließen. Ein weiteres Problem besteht darin, daß das in den Erdkollektoren enthaltende Wärmeträgerfluid im Kreislaufgepumpt wird. Das Wärmeträgerfluid, dem die Wärmepumpe die Wärme weitgehend entzogen hat, gelangt also über die Erdkollektoren wieder in das Erdreich, um sich erneut aufwärmen zu können. Um zu verhindern, daß durch einen zu schnellen Wärmetausch punktuell Unterkühlungen mit der Gefahr einer Vereisung des Erdreiches auftreten, ist es bisher üblich, die Erdkollektoren in Form von Kunststoffrohren auszubilden, da solche Rohre etwa die gleiche Wärmeleitfähigkeit wie das umgebende Erdreich besitzen.

Es ist auch bereits bekannt, statt der großflächigen Erdkollektoren Erdtanks einzusetzen, um gleichzeitig ein hinreichend großes Speichervolumen an Wärmeträgerfluid zur Verfügung zu stellen. Diesem kann über begrenzte Zeitspannen hinreichend Warme entzogen werden, auch wenn das Erdreich in der gleichen 7.« ¹Lt nicht, die gl.aicliH Wärmemenge wieder· nuc-lux'h U

Ein solches System bedarf jedoch längerer Ruhepausen, so daß mehrere solche Erdtanks parallel zueinander in Einsatz gebracht werden müssen. Als Erdtank ausgebildete Erdkollektoren in Verbindung mit Wärmepumpen sind daher nur begrenzt einsetzbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine entsprechende Anordnung der Eingangs näher bezeichneten Art vorzusehen, mit denen für eine Wärmeverbrauchereinheit, z.B. einem Wohnhaus ohne großflächige Erdkollektoren die benötigte.Wärme mit geringen Kosten und fortlaufend zugeführt werden kann.

Zu diesem Zweck wird gemäß dem neuen Verfahren einem Speichervolumen an Wärmeträgerfluid die Erdwärme direkt sowie die in der Wärmeverbrauchereinheit anfallende Abwärme direkt oder mittelbar zugeführt. Durch dieses Konzept wird mit geringem Aufwand der Heizbedarf einer Wärmeverbrauchereinheit gedeckt, wobei gleichzeitig im Rahmen dieses Konzeptes die bei einer solchen Wärmeverbrauchereinheit anfallende Abwärme wieder nutzbar gemacht wird. Unter einer Wärmeverbrauchereinheit wird hierbei eine Wohneinheit verstanden. Dabei kann es sich um ein Einfamilienhaus, um ein Mehrfamilienhaus, aber auch um ein Miet- oder Bürohaus oder dgl. handeln. Bevorzugt handelt es sich um die Wärmegewinnung für Wohn- und Haushaltszwecke.

Es ist bekannt, daß jeder Haushalt ein großer Energieverbraucher, aber auch ein großer Energieverschwender ist. Allein der Energieverbrauch für die Kältemaschinen in Kühlschränken und Kühltruhen oder dgl. wird für die BRD in gleicher Größe

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angenommen, wie der Stromverbrauch in der gesamten Landwirtschaft oder wie 70% des Stromverbrauches von Bundesbahn und Verkehrsbetrieben. Aber auch über die in Wohnhäusern und Haushalten anfallenden Abwasser und Brauchwasser tragen wesentlich zur Energievergeudung bei, da über diese Unmengen an Wärme in die Kanalisation abgeleitet wird.

Durch das neue Verfahren wird ein Großteil der in einem Wärmeverbraucher der in Frage stehenden Art anfallenden Abwärme dem im Erdreich gespeicherten Wärmeträgerfluid zugeleitet. Dadurch wird die Regeneration des Erdkollektors, der durch das Speichervolumen gebildet wird, wesentlich beschleunigt. Es kann sogar die relativ geringe Wärmeleitfähigkeit des umliegenden Erdreiches zur vorübergehenden Einspeicherung dieser rückgewonnenen Wärme herangezogen werden, so daß die für die Wärmepumpe zur Verfügung stehende Wärmekapazität weit über die Wärmekapazität des Speichervolumens hinausgeht. Vor allem ist es nunmehr möglich als Erdkollektor einen einfachen Fluidspeichertank zu verwenden, so daß eine großflächige Verlegung von Erdkollektoren nicht mehr erforderlich ist. Ein solcher Erdtank von beispielsweise 1m Durchmesser und 12m Länge läßt sich praktisch für jede Wohneinheit im Bereich oder in unmittelbarer Nähe der Baugrube unterbringen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Fluidspeichertank einen Mantel aus einem gut wärmeleitenden Material, insb. aus Metall aufweist. Im Hinblick auf einen guten Wärmeübergang und eine lange Lebenszeit hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Erdtanks aus Schleuderguß herzustellen und bevorzugt ra.lt weit in

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das umliegende Erdreich reichenden wärmeaufnehmenden Flügeln oder dgl. zu versehen. Trotz dauernden Betriebes besteht die Gefahr einer Vereisung nicht, da in einer Wohneinheit hinreichend Abwärme zur Verfügung steht, die zur Beschleunigung der Regeneration des Speichervolumens ausgenutzt werden kann. Außerdem kann man den Erdbereich, in den das Speichervolumen vorgesehen ist, bezüglich seiner Wärmeleitfähigkeit gezielt beeinflussen. In Perioden, in denen im umliegenden Erdreich vorweigend Wärme gespeichert werden soll, ist ein geringes Wärmeleitvermögen des Erdreiches von Vorteil. In Zeiten, in denen dem Erdreich rasch und über längere Zeiten Wärme entzogen werden soll, ist dagegen ein hohes Wärmeleitvermögen des umliegenden Erdreiches günstig. Dieses höhere Wärmeleitvermögen kann durch Befeuchtung des Erdreiches gesteuert werden. Dabei hat es sich besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man das an der Wohneinheit anfallende Regenwasser zur Steuerung der Wärmeleitfähigkeit des betreffenden Erdbereiches heranzieht, indem man das anfallende Regenwasser gezielt in diesen Erdbereich versickern läßt. Dadurch wird nicht nur die von dem Regenwasser aufgenommene Wärme mit ausgenutzt, sondern vor allem das Wärmedurchgangsverhalten des umliegenden Erdreiches verbessert.

Im Hinblick auf den großen Energieverbrauch in Haushalten für Kühlzwecke ist es besonders vorteilhaft, wenn ein weiteres Speichervolumen an Wärmeträgerfluid vorgesehen ist, das fortlaufend einer im wesentlichen Konstanten Temperatur im Erdreich ausgesetzt wird, wobei kaltes Wärmeträgerfluid dem

Speichervolumen entnommen und mit diesem über einen Wärmetauscher oder über ein Kühlsystem einer in der Wohneinheit eingebauten großräumigen Kühlkammer und/oder den Wohnräumen der Wohneinheit Wärme entzogen und dem ersten Speichervolumen zugeführt wird. Im Hinblick darauf, daß die Erdtemperatur in entsprechenden Tiefen (etwa 2m 'Erdtiefe) unabhängig von den Jahreszeiten im wesentlichen konstant ist und etwa 2 bis 6 C beträgt, wird über dieses zweite Speichervolumen der Hausfrau eine Speisekammer oder Kühlkammer mit einer Temperatur zwischen 4 bis 10° zur Verfügung gestellt, wobei der Energieaufwand nur der Aufwand für den Betrieb einer entsprechenden Umwälzpumpe ist, die dem Leitungssystem zwischen dem zweiten Speichervolumen und der Kühlkammer zugeordnet ist. Gleichzeitig wird die mit dem-Wärmeträgerfluid aus der Kühlkammer abgeführte Wärme dem ersten Speichervolumen zugeführt und steht so nutzbringend der Wärmepumpe zur Verfugung. Zweckmäßigerweise kann ein Gefrierschrank oder eine Tiefkühltruhe in der Kühlkammer angeordnet sein, wobei das Kühlfluid den Kondensator dieses Aggregates kühlt. Auch diese Wärme wird dem ersten Speichervolumen zugeleitet. Die beiden Speichervolumen können in einen geschlossenen Kreislauf geschaltet sein, wobei das Wärmeträgerfluid aus dem ersten Speichervolumen an einer kühlen Zone dieses Volumens abgezogen und dem zweiten Speichervolumen oder Kühltank zugeleitet wird. Die Anordnung ist dabei zweckmäßigerweise so getroffen, daß die beiden Tanks strömungsmäßig miteinander verbunden, bezüglich eines Wärmeüberganges jedoch weitgehend voneinander getrennt sind.

Die aus Spülmaschinen, Waschmaschinen, Badezimmern und Toiletten und dgl. anfallenden Abwasser werden vorteilhafterweise, statt direkt in die Sickergrube oder in das städt. Abwassernetz einem Wärmetauscher zugeführt, der dem ersten Speichervolumen zugeordnet ist, so daß die Wärme aus diesen Abwässern und Brauchwässern von dem Speichervolumen aufgenommen wird. Der Wärmetauscher kann als einfaches, schwach geneigtes Fallrohr ausgebildet sein, das direkt durch das erste Speichervoiuiucii geieioci, wxiu. waren enusprecnenae Rippen oder- dgl. kann für einen ausreichenden Wärmeaustausch Sorge getragen werden. Der erforderlichen Neigung entsprechend kann auch der zugehörige Erdtank entsprechend schwach geneigt im Erdreich angeordnet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 in vereinfachter Darstellung eine Wohneinheit mit der Anordnung gemäß der Erfindung.

Figur 2 die Anordnung des ersten Speichervolumens und des zugeordneten Wärmetauschers, der an die Sammerlleitung für die Abwässer und Brauchwasser angeschlossen ist.

Figur 3 im Ausschnitt eine abgewandelte Ausführungsform mit einem Speichertank und einem die Wärmeleitfähigkeit

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des angrenzenden Erdreiches steuernden Einrichtung und

Figur A in perspektivischer Darstellung die bevorzugte Ausführungsform eines Speichertankes.

Bei dem dargestellten Beispiel ist die Wohneinheit 1 z.B. ein Einfamilienwohnhaus. Es kann sich aber auch um eine Wohneinheit in einem Mietshaus oder dgl. handeln.

Die Wohneinheit 1 eist für die Bereitung von Warmwasser und ggf. auch für Heizungszwecke eine Wärmepumpe 2 auf, deren wärmeaufnehmende Seite mit 3 und deren wärmeabgebende Seite mit h bezeichnet ist. Die wärmeabgebende Seite A der Wärmepumpe 2 ist - ggf. über nicht dargestellte Wärmetauscher - mit Warmwasserspeichertanks 6 verbunden. Im dargestellten Beispiel sind mehrere parallel geschaltete Zwischenspeichertanks vorgesehen, um je nach Bedarf einen oder mehrere Tanks in Betrieb nehmen zu können. Ebenso kann es zweckmäßig sein statt der einen dargestellten Wärmepumpe 2 mehrere parallel geschaltete Wärmepumpen vorzusehen, die ebenfalls einzeln oder zu mehreren in Betrieb genommen werden können. Aus den Speichertanks 6 wird der Warmwasserbedarf der Wohneinheit entnommen (nicht gezeigt). Zusätzlich ist an die Speichertanks 6 das Heizsystem, insb. eine Boden- oder Wandheizung 5 angeschlossen, zu der in Reihe oder parallel auch Heizungskonvektoren 7 geschaltet sein können, die zur raschen Aufwärmung von Wohnräumen eingeschaltet werden können, während die Wandoder Bodenheizung für Dauerbetrieb bestimmt ist. Die ver-

schiedenen Elemente sind durch Ventile 24 ein- und ausschaltbar, wobei die Ventile und die anderen Einheiten automatisch durch ein zentrales automatisches Steuersystem betätigt werden können.

Die Wärmepumpe 2 entnimmt die benötigte Wärme einem Wärmeträgerfluid, das über die Leitung 11 der wärmeaufnehmenden Seite 3 der Wärmepumpe zugeleitet wird. Das Wärmeträgerfluid wird dabei einem entsprechend großen Vorrat oder einem Speichervolumen entnommen, das in einer entsprechenden Tiefe unter der Erdoberfläche 13 in unmittelbarer Nähe der Wohneinheit 1 angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist ein langgestreckter Erdtank 10 vorgesehen, der in einer Tiefe 14 im Erdboden liegend angeordnet ist. Der als Fluidspeicher dienende Erdtank 10 weist einen Mantel aus gut wärmeleitendem Material, insb. aus Metall auf. Bevorzugt ist der Tank 10 in Schleuderguß hergestellt. Eine zweckmäßige Größe für ein Einfamilienhaus von etwa 150qm Wohnfläche liegt bei 1 m Durchmesser und 12m Länge. Durch die Herstellung in Schleuderguß bedarf der Tank keinerlei der Korrosionsschicht dienenden Ummantelung, die überlicherweise die Wärmedurchgangsfähigkeit stark beeinträchtigen. Der Speichertank 10 ist wie an dem Tankbehälter 45 der Figuren 3 und 4 gezeigt, vorteilhafterweise mit in das umliegende Erdreich hinausreichenden Wärmeübertragungselementen, z.B. Flügeln 46, versehen.

Die Rücklaufleitung 12 der Wärmepumpe 2 kann dem Fluidspeicher 10 zugeordnet sein. Bevorzugt ist die Rücklaufleitung 12 weitergeführt und über eine Leitungsverbindung 17 zu einem zweiten Speichervolumen geführt, die in Form eines Kühltankes 15 von gleicher oder ähnlicher Art wie der Fluidspeicher 10 im Erd-

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reich angeordnet ist. Der Kühltank 15 ist bevorzugt in einer solchen Einbautiefe 16 unter der Erdoberfläche 13 angeordnet, daß das in dem Kühltank 15 gespeicherte Wärmeträgerfluid einer von den Jahreszeiten und den Wetterbedingungen unabhängigen konstanten Temperatur zwischen 2 bis 6°C ausgesetzt ist. Der Kühltank 15 ist gegenüber dem Speichertank 10 so versetzt angeordnet, daß zwischen den beiden Tanks bzw. zwischen den den Tanks zugeordneten Erdbereichen ein direkter Wärmeaustausch nicht stattfindet.

Der Kühltank 15 ist über eine Leitung 18 und eine Umwälzpumpe 23 an die Wohneinheit 1 angeschlossen. Dabei wird das Wärmeträgerfluid als Kühlflüssigkeit einem Wärmetauscher 20 in einem in der Wohneinheit 1 eingebauten Kühlraum oder einer Speisekammer 19 zugeleitet. Diese ersetzt den üblichen Kühlschrank und hat diesem gegenüber ein mehrfaches Lagerungsvolumen. Der Kühlraum wird durch die im Umlauf gepumpte Flüssigkeit in der Leitung 18 auf einer konstanten einstellbaren Temperatur zwischen 2° und 10°C gehalten. Bevorzugt ist in dem Kühlraum auch ein Tiefkühlaggregat oder eine Tiefkühltruhe 21 angeordnet, deren Kondensator 22 durch die Kühlflüssigkeit direkt gekühlt wird. Dadurch ist der Energiebedarf für die Tiefkühltruhe oder das Gefrieraggregat 21 nur noch ein Bruchteil des Energiebedarfes üblicher vergleichbarer Aggregate.

Die in der Leitung 18 über die Umwälzpumpe 23 im Umlauf geführte Kühlflüssigkeit kann bei Bedarf auch dem Heizrohrsystem bzw. den Heizungskonvektoren 7 der Wohneinheit 1 zugeführt werden, um in warmen Jahreszeiten die Wohnräume auf eine ge-

wünschte Temperatur herabzukühlen. Die Anlagekosten sind dadurch gering, da das Heizsystem zugleich zur Kühlung der Wohnräume herangezogen wird. Die laufenden Betriebskosten sind gering, da zur Kühlung lediglich die Energie für die Umwälzpumpe 23 aufzubringen ist. Das Volumen des Kühltankes 15 ist hinreichend groß genug, um auch in heißen Jahreszeiten sowohl den Kühlraum und die Tiefkühltruhe als auch die Wohnräume auf die jeweils gewünschte Temperatur zu kühlen.

Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt nun auch noch darin, daß die durch die Kühlflüssigkeit in der Wohneinheit 1 aufgenommene Wärme nicht direkt in das Erdreich zurückgeführt wird, sondern dem Wärmeträgerfluid in dem Speichervolumen 10 zugeleitet wird. Dadurch wird die bei der Kühlung anfallende Wärme in dem Tank 10 gespeichert. Dadurch wird die Regenerationsfähigkeit des als Erdkollektor dienenden Tankes 10 wesentlich verbessert und es ist ein dauernder Wärmeentzug aus dem Tank 10 durch die Wärmepumpe 2 möglich. Zur Erhöhung der Regenerationsfähigkeit des Speichervolumens 10 und zur Rückführung weiterer Abwärme aus der Wohneinheit 1 ist dem Erdtank 10 ein Wärmetauscher 43 (Fig. 2 bis 4) zugeordnet, der an das Sammelsystem 41 für Abwässer und Brauchwässer angeschlossen ist. In das Sammelsystem 41 fließen normalerweise alle Abwasser und Brauchwässer zum Beispiel aus Waschmaschinen, Spülmaschinen, aus Waschbecken und Badewannen sowie aus Toiletten oder dergleichen. Die mit diesen Abwässern normalerweise in die Kanalisation abgeleitete Wärme wird bei der neuen Ausbildung über den Wärmetauscher 43 dem Speichervolumen de Fluidspeichers 40 züge-

leitet, bevor die Abwässer bei 42 in Figur 2 in die Kanalisation oder Sickergrube gelangen. Auch diese Wärme kann direkt und unmittelbar von der Wärmepumpe wieder zurückgewonnen werden, so daß es sich bei der neuen Anordnung um ein echtes Wärmerecycling-System handelt. Wie aus Figur 2 hervorgeht, kann der Wärmetauscher 43 als mit Rippen oder dgl. versehenes Fallrohr mit flacher Neigung ausgebildet sein, wie sie für die Beseitigung von Abwässern erforderlich ist. Im gleichen Sinne kann auch der Erdtank 40 zur Horizontalen geneigt verlegt sein.

Die Aufnahme von Erdwärme durch den Erdtank 45 in Figur 3 kann durch die Flügel 46 wesentlich verbessert werden. Ein weiterer wesentlicher Beitrag hierzu liefert eine weitere Maßnahme, die ebenfalls aus Figur 3 hervorgeht. Hierbei wird der Erdbereich 47, in dem der Erdtank 45 angeordnet ist, bezüglich seiner Wärmeleitfähigkeit beeinflußt. Dies kann durch Veränderung der Erdfeuchte in diesem Bereich erreicht werden. Man kann die Erdfeuchte dadurch beeinflussen, daß man z.B. über die Wärmepumpe (Rückführung des unterkühlten Wärmefluids in den Tank 45) ein Auskondensieren von Feuchtigkeit in dem umliegenden Bereich 47 der Erde auslösen. Man kann aber auch von der Erdoberfläche her Wasser in diesen Erdbereich 47 einsickern lassen. Bevorzugt wird hierbei das an der Wohneinheit 1 anfallende Regenwasser gesammelt und über eine Befeuchtungseinrichtung 15 in den Bodenbereich 57 zum Einsickern gebracht, wie dies bei 51 angedeuet ist. Dadurch wird zugleich auch die durch das Regenwasser aufgenommene Luftwärme dem Erdreich zugeleitet, während andererseits die Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens wesentlich erhöht wird, wodurch auch von weiter ent-

fernt liegenden Erdbereichen Wärme dem Erdtank 45 zugeleitet wird. Das Regenwasser von der Dachfläche 48 und dem Sammelsystem 49 kann in Vorrat gehalten werden, um das Einsickern bei Bedarf vornehmen zu können.

Mit der neuen Anordnung erhält man eine intensive Rückführung von Abwärme einer Wohneinheit 1, wobei große Mengen an Energie durch diese Rückführung einerseits aber auch durch wesentliche Einsparung an Primärenergie andererseits eingespart werden kann. Ein wesentlicher Anteil der zum Betrieb von Kühlschränken und Tiefkühlaggregaten erforderlichen Energie wird eingespart. Ebenso wird ein großer Anteil der Energie eingespart, der für die Klimatisierung der Wohnräume aufgewendet werden müßte. Durch die intensive Wärmerückführung wird erst der Einsatz von Erdkollektoren sinnvoll gemacht, da für diese keine großen Flächen mehr benötigt werden.

Bei Anordnung eines ausreichenden Zwischenspeichervolumens durch die Speichertanks 6 kann erreicht werden, daß während der normalen Heizperioden die Wärmepumpe 2 nur nachts unter Ausnutzung des billigen Nachtstromtarifes betrieben zu werden braucht. Durch Parallelschaltung mehrerer Speichertanks 6 und mehrerer Wärmepumpen 2 ist das gesamte System wesentlich flexibler und unabhängig von auftretenden Störungen. Auch sind die Anschaffungskosten wesentlich geringer, da die kleineren Einheiten sowohl bei den Speichertanks als auch bei den Wärmepumpen vergleichsweise billiger als die größeren Einheiten sind.

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Die Anlagekosten sind, insb. bei Neubauten im Vergleich zu den herkömmlichen Anlagen relativ gering, da die Heizanlage zugleich auch zur Klimatisierung dient und der im Vergleich zu Kühlschränken und Tiefkühltruhen wesentlich größere Kühlraum in den Anschaffungskosten und den Betriebskosten wesentlich billiger als die üblichen Kühlschränke und Tiefkühlaggregate sind. Auch bedarf es keiner übermäßigen Isolation des Kühlraumes, da die in den Kühlraum von außen eindringende Wärme nutzbar in den Speichertank 10 überführt wird. Die Kosten für die beiden Tanks 10 und 15 sind nicht höher wie bei sonst üblichen Erdkollektorensystemen, wobei sich jedoch die Tanks 10 und 15 praktisch in jedem Fall einsetzen lassen, was bei großflächigen Kollektoren nicht der Fall ist. Da der Wärmepumpe ein Großteil der gesamten Abwärme über den Speichertank 10 zugeführt wird, ist die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe vergleichsweise gering.

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Claims (13)

* * ι« A I* PATENTANWÄLTE DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE BRAUNSCHWEIG MtJNCHEE N Ansprüche

1.) Verfahren zum Ausnützen der Erdwärme für Wärmeverbraucher, inst für Wohn- und Haushaltszwecke, bei dem die Erdwärme von Erdkollektoren aufgenommen und über ein Wärmeträgerfluid einer Wärmepumpe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß einem Speichervolumen an Wärmeträgerfluid die Erdwärme direkt sowie die in dem Wärmeverbraucher anfallende Abwärme direkt oder mittelbar zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem weiteren Speichervolumen an Wärmeträgerfluid, das fortlaufend eine im wesentlichen konstanten Temperatur im Erdreich ausgesetzt wird, kaltes Wärmeträgerfluid entnommen und mit diesem über einen Wärmetauscher oder über ein Leitungssystem einer Kühlkammer und/oder den Räumen des Wärmeverbrauchers Wärme entzogen und dem ersten Speichervolumen zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit des Erdbereiches, in dem das erste Speichervolumen eingebracht ist, durch Steuerung der Erdfeuchte, insb. durch Einleitung von Regenwasser in den Erdbereich, eingestellt wird.

3a. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf der Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur statt dem ersten Speichervolumen dem zweiten Speichervolumen zugeleitet wird, wenn die Rücklauftemperatur die Kühltemperatur des zweiten Speichervolumen erreicht oder unter diese absinkt.

4. Anordnung zur Wärmegewinnung für Wärmeverbraucher, insb. für Wohn- und Haushaltszwecke, mit einer Wärmepumpe und einem oder mehreren, an die Wärmeaufnehmende Seite der Wärmepumpe angeschlossenen Erdwärme-Kollektoren, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß als Erdkollektor ein zugleich als Fluidspeicher dienender langgestreckter Erdtank mit einem wärmeleitenden Mantel, z.B. aus Metall, insb. aus Schleuderguß, vorgesehen ist und dem Erdtank (10) ein Leitungssystem (30) bzw. (41) zugeordnet ist, mittels dem fließfähige Träger von Abwärme des Wärmeverbrauchers mit dem Erdtank (10) bzw. seiner Speicherfüllung in direkten oder indirekten Wärmekontakt gebracht werden können.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere, die Abwässer oder Brauchwässer des Wärmeverbrauchers (1) sammelnde Leitungen (41) mit einem oder mehreren Wärmetauschern (43) versehen sind, die in Wärmekontakt mit der Speicherfüllung des Fluidspeichers (10) bzw. (40) angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (43) in Form eines in dem Fluidspeicher (40) eingebauten Gefällerohres für die Abwässer ausgebildet ist.

7. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidspeicher (10) mit in das benachbarte Erdreich reichenden Wärmetauschelementen (46) ausgerüstet ist.

8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichn et, daß dem Erdreich (47), in dem der Fluidspeicher (45) angeordnet ist, eine Befeuchtungseinrichtung (50) zugeordnet ist, an die ein Regenwassersaramelsystem (48,49) des-Wärmeverbrauchers (1) angeschlossen ist.

9. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch -gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Fluidspeichertank (10) wenigstens ein weiterer, langgestreckter Erdtank (15) mit einem wärmeleitenden Mantel, z.B. aus Metall, insb. aus Schleuderguß vorgesehen ist, der über ein Umlaufsystern (18,30) einen Wärmetauscher (20) in einer Kühlkammer (19) und/oder bei Bedarf das Rohrleitungssystem (5) bzw. die Konvektoren (7) einer Heiz- und/oder Kühlanlage mit einem Kühlfluid speist, und daß das Umlaufsytem so ausgebildet ist, daß das Kühlfluid nach Wärmeaufnahme in direkten oder indirekten Wärmekontakt mit dem Fluidspeichertank (10) oder seiner Speicherfüllung gelangt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidspeichertank (10) und der Kühltank (15) in Reihe in dem Umlaufsystem (18,30,31,17) für das Kühlfulid

angeordnet und strömungsmäßig miteinander verbunden, bezüglich eines Wärmeüberganges jedoch voneinander getrennt sind.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e k e η η zeich' net, daß in der Kühlkammer (19) ein Tiefkühloder Gefrieraggregat (21) angeordnet ist, dessen wärmeabgebender Teil (22) durch das Kühlfluid kühlbar ist.

12. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei langgestreckte Erdtanks (10,15) gegeneinander versetzt und in unterschiedlichen Einbautiefen (T., T₂) in unmittelbarer Nähe des Wärmeverbrauchers (1) im Erdreich derart eingesetzt sind, daß die beiden Einbaubereiche in keinem unmittelbaren Wärmetausch stehen.

13. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, bei der die wärmeabgebende Seite der oder jeder Wärmepumpe direkt oder über einen Wärmetauscher an einen oder mehrere Warmwasserspeichertanks angeschlossen sind, an die als eine Verbrauchsstelle ein Fußboden- oder Wandheizungssystem und/oder Heizkonvektoren anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizsystem (5) und/oder die Heizkonvektoren (7) wahlweise an die Kühlfluid-Speiseseite des Kühltanks (15) anschließbar sind.