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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen geothermischen Pfahl
mit einem sich in einer axialen Richtung erstreckenden Hohlraum,
der an beiden Enden verschlossen ist und zur Erzeugung eines zirkulierenden
Fluidflusses durch Trenneinrichtungen im Hohlraum geeignet ist,
die über
mindestens einen beträchtlichen
Teil der Länge
des Hohlraums vorzusehen sind, wie zum Beispiel Rohre oder Schläuche, die
an ein Fluidkreislaufsystem angeschlossen werden können, das
außerhalb
des Pfahls angeordnet ist.
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Unter
Tags erwärmt
sich die Erdoberfläche durch
die Sonne und kühlt über Nacht
wieder ab, wobei der Grad, zu dem dies geschieht, auch von den Jahreszeiten
abhängt.
Diese aufgrund des Tag- und Nacht-Musters und unter dem Einfluss
der Jahreszeiten auftretenden Temperaturveränderungen wirken sich auf den
Boden bis zu einer spezifischen Tiefe aus. Von einer bestimmten
Tiefe an, die auf ungefähr 2
Meter berechnet wird, ist die Bodentemperatur mehr oder weniger
konstant. Indem ein Wärmetauscher
in der Form eines geothermischen Pfahls, wie er eingangs erwähnt wurde
und aus dem US-Patent Nr. 4,286,651 bekannt ist, unterhalb dieser
Tiefe anordnet, ist es möglich,
je nach der Bodentemperatur an der Oberfläche eine Heizung oder Kühlung vorzusehen.
Der erwähnte
Pfahl wird zusammen mit einem Satz ähnlicher Pfähle in der Nachbarschaft eines
zu beheizenden oder zu kühlenden
Gebäudes
ausgebildet, indem ein Rohr in den Boden getrieben wird, das ein
Fußelement
aufweist, in dem der Pfahl, der aus einem nicht metallischen Werkstoff,
vorzugsweise aus Kunststoff, hergestellt ist, angeordnet wird, wonach
das Rohr wieder aus dem Boden gezogen wird, wo es das Fußelement
und den Pfahl zurücklässt. Letztendlich
ist das obere Ende des Pfahls in einer bestimmten Tiefe unter der
Bodenoberfläche
angeordnet. Dadurch, dass ein Fluid mittels einer Wärmepumpeneinrichtung
durch den Hohlpfahl zirkuliert, erhält der Pfahl die Funktion eines
Wärmetau schers zwischen
dem Fluid und dem den eingetriebenen Pfahl umgebenden Boden.
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Zur
Realisierung eines solchen Energiepfahls ist außerdem aus der WO-A-8-/02736 die Verwendung
eines eingetriebenen Pfahls bekannt. Hierbei wird der eingetriebene
Pfahl aus Stahl hergestellt, der sich durch das Fundament erstreckt
und zum Beispiel mittels Schweißen
mit Flanschen zum Abstützen
des Fundaments auf dem Pfahl versehen ist. Wenn man die relativ
geringe Stützkraft
solcher Stahlpfähle
bedenkt, ist eine beträchtliche
Anzahl von Pfählen
nötig,
um zur gewünschten
Konstruktion zu gelangen, was aus Kostengesichtspunkten nachteilig
ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen geothermischen
Pfahl in Form eines eingetriebenen Pfahls vorzusehen, bei dem eine
Nutzung der geothermischen Funktion zu jedem gewünschten Zeitpunkt bewerkstelligt
werden kann, insbesondere auch nach Abschluss der Bautätigkeit
in der üblichen Weise
und sogar, nachdem das entsprechende Bauwerk über einen kürzeren oder längeren Zeitraum hinweg
genutzt worden ist. Weiter wird erfindungsgemäß in Betracht gezogen, eine
Konstruktion des eingetriebenen Pfahls als geothermischer oder wahlweise
geothermischer Pfahl einfacher und kostengünstiger zu machen.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass der Pfahl als ein hohler, eingetriebener
Pfahl konstruiert wird, der mit Hilfe eines Extrusionsverfahren
aus Beton hergestellt wird, wobei der Pfahl an einem Ende permanent
verschlossen ist und am anderen Ende ein Verbindungsstück trägt, welches
den Hohlraum abschließt,
wobei das Verbindungsstück zur
Verbindung mit einem Fundament eines Bauwerks dienen kann und zumindest
eine Verbindungsleitung aufweist, welche an einer Seite in Verbindung mit
dem Hohlraum steht und an der anderen Seite in einem Winkel endet,
der vorzugsweise 90° relativ
zur axialen Richtung des eingetriebenen Pfahls beträgt, außerhalb
des Endes und nahe oder außerhalb
der imaginären
verlängerten
Umfangsoberfläche
des eingetriebenen Pfahls. Mit diesen Merkmalen kann ein hohler,
eingetriebener Betonpfahl hergestellt werden, der durch einfaches
permanentes Verschließen des
einen Endes und Anordnen des Verbindungsstücks am anderen Ende in einen
Energiepfahl umgewandelt wird, während
die Gesamtkosten in der Größenordnung
herkömmlicher
massiver eingetriebener Betonpfähle
sind. Der Verschluss kann zum Beispiel durch eine eine Platte oder
einen Stopfen aus Füllmaterial,
wie zum Beispiel Beton hergestellt werden, wobei der Verschluss
auch unter Berücksichtigung
des Eintreibens bevorzugt wird. Durch die Verwendung eines Verbindungsstücks mit
(einem) seitlich endenden Verbindungsstutzen, wird die Möglichkeit
geschaffen, die Konstruktion zu vervollständigen, ohne dass dabei eine
Fertigstellung des Fundaments (foundation beam) aufgeschoben werden muss,
bis die Verbindungsstutzen an weitere Rohrleitungen angeschlossen
sind. Dies deshalb, weil der/die Verbindungsstutzen so in das Fundament
integriert werden kann/können,
dass sie danach immer noch zugänglich
bleiben, jedoch, wenn sie nicht genutzt werden, vollständig verdeckt
bleiben und daher die weiteren Aktivitäten vor und nach der Bautätigkeit nicht
stören.
Außerdem
bedeutet dies, dass die Installation des Systems zu einem beliebigen
gewünschten
Zeitpunkt erfolgen kann, demnach auch lange nachdem alle Bautätigkeiten
abgeschlossen sind. Diese Möglichkeit
ist besonders günstig,
da die Kosten für
einen solchen eingetriebenen Pfahl in der Größenordnung derjenigen eines
herkömmlichen eingetriebenen
Pfahls sind, so dass nämlich
die Konstruktion später
ohne zusätzliche
Kosten immer noch zur Verwendung in einem Energiesystem zum Einsatz
gebracht werden kann. Es sollte hier bedacht werden, dass angesichts
ständig
steigender Energiekosten und zunehmenden Energiebewusstseins dies für die Zukunft
eine äußerst nützliche
Möglichkeit sein
kann. Außerdem
hat die weitere Zugänglichkeit während einer
Verwendung nach der Installation auch ihre Vorteile hinsichtlich
zum Beispiel der Inspektion, Reparatur, Wartung und Erneuerung.
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Bezüglich der
Wärmeleitfähigkeit
des hohlen eingetriebenen Betonpfahls wird darauf hingewiesen, dass
sie einerseits von der Oberfläche
des Hohlraums, die mit dem Fluid in Kontakt ist, sowie davon, ob
es sich bei der Art des Flusses entlang der Oberfläche um einen
laminaren oder turbulenten Fluss handelt, und anderseits von der
Wärmeversorgung und
-ableitung durch den den Pfahl umgebenden Boden, d.h. der Wärmeleitfähigkeit
des Bodens, abhängt.
Bei hohlen, eingetriebenen Betonpfählen können relativ große Innendurchmesser
und ein turbulenter Fluss entlang der Innenoberfläche vorgesehen werden.
Die Tatsache, dass Beton eine geringere Wärmeleitfähigkeit als zum Beispiel Stahl
hat, ist dabei nicht so wesentlich.
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Wie
oben bemerkt, können
die Trenneinrichtungen aus einem Schlauch bestehen, der über einen Verbindungsstutzen
bis zu einem Punkt in der Nähe des
unteren Endes des Hohlraums in den eingetriebenen Pfahl eingeführt wird.
Die Ableitung des Zirkulationsfluids kann über einen weiteren Schlauch
geschehen, der über
den Verbindungsstutzen bis knapp über das Verbindungsstück hinaus
in den Hohlraum hinein reicht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform
wird jedoch vorgezogen, wenn das Verbindungsstück zwei Verbindungsstutzen
aufweist. So kann in einer einfacheren Art und Weise ein Zirkulationskreislauf
verwirklicht werden, der zu einem gewünschten Zeitpunkt schnell und
einfach bewerkstelligt werden kann.
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In
einer wirkungsvollen und rationellen Art und Weise kann eine feste
Verbindung zwischen dem eingetriebenen Pfahl und dem Verbindungsstück hergestellt
werden, wenn das Verbindungsstück
einen Teil hat, der in den hohlen eingetriebenen Pfahl hinein reicht.
Dies bietet auch die Möglichkeit
für eine optimale
Verbindung der Trenneinrichtungen, die auch als ein steifes Rohr
anstelle eines flexiblen Schlauchs ausgebildet sein können.
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Eine
optimale Verbindung des Verbindungsstücks auf der einen Seite mit
der Innenwand des Hohlraums innerhalb des eingetriebenen Pfahls
und auf der anderen Seite mit den Trenneinrichtungen kann gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, dass
ein in den hohlen eingetriebenen Pfahl reichender Teil eine ringförmige Kammer
umfasst, die einerseits mit einem der Verbindungsstutzen in Kommunikation
ist, während sich
der andere Verbindungsstutzen ununterbrochen durch diese Kammer
erstreckt und im Hohlraum endet. Die ringförmige Kammer kann mit dem hohlen eingetriebenen
Pfahl verbunden sein, während
sie über
Nocken oder einen Kragen zentriert ist, während die Trenneinrichtungen
mit der ringförmigen
Kammer verbunden sein können.
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Die
Kosten eines erfindungsgemäßen eingetriebenen
Pfahls sind, wie schon erwähnt,
in der Größenordnung
derjenigen eines herkömmlichen
massiven eingetriebenen Pfahls, während dieser eingetriebene
Pfahl bezüglich
seiner Stützfunktion
mit dem herkömmlichen
massiven, eingetriebenen Pfahl äquivalent
ist. Wenn außerdem
gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung der eingetriebene Pfahl weiter
mit einem zylindrischen Hohlraum und einem Außenum fang versehen ist, der
in Querschnittsansicht hexagonal oder vieleckig ist, wird der mögliche Durchmesser
des Hohlraums unter Beibehaltung der Stützkapazität doppelt so groß wie derjenige
eines üblichen
eingetriebenen Pfahls mit einem rechteckigen Querschnitt und einem
eingegossenen Kunststoffrohr, so dass der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung
beträchtlich
vergrößert werden
kann.
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Bezüglich eines
optimalen Einsatzes des eingetriebenen Pfahls gemäß der vorliegenden
Erfindung wird er vorzugsweise in einer Fundamentkonstruktion eingesetzt,
die Fertigteil-Fundamente und eingetriebene Pfähle aufweist, wobei jedes Fundament
am Ort des mindestens einen eingetriebenen Pfahls mit einer durchgehenden Öffnung,
die sich in einer axialen Richtung des eingetriebenen Pfahls erstreckt,
und einem davon ausgehenden und an der Seitenoberfläche des
Fundaments endenden Kanal versehen ist, wobei das Verbindungsstück mit seinem
mindestens einen Verbindungsstutzen vom eingetriebenen Pfahl durch
die Öffnung
des Kanals reicht, wobei die Öffnung
und der Kanal um das Verbindungsstück herum mit einem Füllmaterial
aufgefüllt
wird, das bewehrt sein kann oder auch nicht, wobei die Anordnung
derart ist, dass jeder Verbindungsstutzen von der Außenseite
des Fundaments aus zugänglich
ist und bleibt. Es ist möglich,
dass am Ort der Öffnung
die Länge
des Kanals der Dicke des Fundaments entspricht. Es ist jedoch auch
möglich, dass
sich der Kanal in die Öffnung
zu dem Ort erstreckt, wo das Verbindungsstück den hohlen, eingetriebenen
Pfahl verschließt.
Wenn die Fundamente an Ort und Stelle mit einem Verbindungsstück hergestellt
werden, das geringfügig
anders ausgestaltet wird, kann ein ähnlicher Kanal hergestellt
werden.
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Dann
kann der eingetriebene Pfahl zum Beispiel in der Fundamentkonstruktion
eines Gebäudes oder
einer Reihe von verbundenen Gebäuden
eingesetzt werden, insbesondere Häuser, deren Böden, Wände und/oder
Decken mit einem Rohrsystem zu Heizzwecken versehen sind, durch
welches ein Fluid geleitet wird. Ein solches Rohrsystem kann von
einem Fluid durchflossen werden, das von einem Boiler oder einer
derartigen Einrichtung kommt, wie zum Beispiel einer Wärmepumpe,
um die Temperatur des Fluids zu beeinflussen. Wenn zunächst aus
was für einem
Grund auch immer entschieden wird, keine Wärmepumpenanlage mit dem eingetriebenen
Pfahl als Energiepfahl einzusetzen, dann bleibt dies bei einem erfindungsgemäßen eingetriebenen
Pfahl zu einem beliebigen späteren
Zeitpunkt immer noch möglich.
Wenn außerdem
ein solches Rohrsystem und eine Wärmepumpenanlage erst später installiert
werden, kann der eingetriebene Pfahl immer noch als Energiepfahl
verwendet werden.
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Eine
andere Verwendung des erfindungsgemäßen eingetriebenen Pfahls ist
die Verwendung in der Fundamentkonstruktion einer Straßendecke,
die aus Modulen zusammengesetzt ist, die auf dem Fundament ruhen
und mit einem Rohrsystem ausgerüstet
sind, durch das ein Fluid fließen
kann, so dass die Straßenoberfläche im Sommer
gekühlt
und im Winter beheizt, d.h. eisfrei gehalten, werden kann. Hier
hat der erfindungsgemäße Energiepfahl
den zusätzlichen
Vorteil, dass bei einer Beschädigung
des entsprechenden Moduls es von den Energiepfählen abgekoppelt und durch
ein neues Modul ersetzt werden kann. Außerdem können auch Schäden, die
durch Verwerfungen der Straßendecke
oder aus anderen Ursachen entstehen, repariert werden. Natürlich ist es
beim Einsatz erfindungsgemäßer eingetriebener Pfähle auch
möglich,
ein Modul, das zunächst
nicht mit einem Rohrsystem ausgerüstet war, durch ein Modul zu
ersetzen, das ein Rohrsystem aufweist, und hiernach den eingetriebenen
Pfahl immer noch als Energiepfahl einzusetzen. Außerdem können erfindungsgemäße eingetriebene
Pfähle
zur Versorgung eines Rohrsystems in einem Modul im Fundament von
Zusatzkonstruktionen in Straßen,
wie zum Beispiel in Einbauten, Brücken, Viadukten und anderen Bauten
genutzt werden.
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Es
folgt eine eingehende Erörterung
des erfindungsgemäßen eingetriebenen
Pfahls, der in einer Fundamentkonstruktion eingesetzt wird, anhand
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen, auch wenn es
sich hier lediglich um ein nicht einschränkendes Beispiel handelt. Es
zeigt:
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1 einen Schnitt durch eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen eingetriebenen Pfahls;
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2 einen Schnitt durch eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen eingetriebenen
Pfahls; und
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3 einen Schnitt entlang
der Linie III-III von 2.
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In 1 ist ein hohler eingetriebener
Betonpfahl 1, der in den Boden getrieben wurde, dargestellt,
der mit Hilfe eines Extrusionsverfahrens hergestellt wurde.
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Um
ihn in den Boden zu treiben, ist der eingetriebene Pfahl an seinem
unteren Ende mit einer Verschlussplatte 2 versehen, wobei
darauf hingewiesen wird, dass der Verschluss auch in einer anderen Art
und Weise bewerkstelligt werden kann, so zum Beispiel durch die
Verwendung eines Betonstopfens. Vorzugsweise wird der eingetriebene
Pfahl etwas weiter als zum gewünschten
Niveau eingetrieben. In Situationen, bei denen dies nicht möglich ist,
wird der eingetriebene Pfahl manuell auf das gewünschte Niveau abgeschnitten,
während
ein Pfropfen verhindert, dass lose Teile in den Hohlraum fallen.
Am oberen Ende wird der hohle eingetriebene Pfahl 1 durch ein
Verbindungsstück 3 verschlossen,
das mit einem abgewinkelten Schaftteil 3a und einem unteren
Teil 3b versehen ist. Der untere Teil 3b ist so
abgemessen, dass er mit der Innenwand des hohlen eingetriebenen
Pfahls 1 in dichtenden Eingriff kommt. Auf dem eingetriebenen
Pfahl 1 ruht ein Fundament 7, das am Ort des eingetriebenen
Pfahls 1 mit einer durchgängigen Öffnung versehen ist, die sich
in einer vertikalen Richtung erstreckt, von der sich ein Kanal 8 erstreckt,
der in einer Seitenoberfläche
des Fundaments 7 endet. Ausgehend vom unteren Teil 3b bildet der
Schaftteil 3a einen eingeschlossenen Durchgang 4 durch
die durchgehende Öffnung
im Fundament 7 in den Kanal B. Nach Anbringung der Verbindungsstücks 3 in
der in 1 gezeigten Position
wurde der Raum um den Schaftteil 3a über der unteren Platte 3b und
im Fundament 7 mit einem Füllmaterial 27, wie
zum Beispiel bewehrtem Betonmörtel,
ausgefüllt. An
seiner Mündung
in der äußeren Seitenoberfläche des
Fundaments 7 endet der Kanal 8 in einem Flansch 9,
in den ein Verschlusselement eingefügt werden kann, wenn der eingetriebene
Pfahl 1 nicht als Energiepfahl verwendet wird. Wenn dies
jedoch in Betracht gezogen wird, kann es durch Einführen zweier
Fluidleitungen 5 und 6 über den Flansch 9 und den
Kanal 8 in den Durchgang 4 bewerkstelligt werden.
Der Querschnitt des Schaftteils 3a kann gegebenenfalls
an die Außendurchmesser
der Rohrleitungen 5 und 6 angepasst werden, oft
wird dieser Querschnitt jedoch die Form eines runden, ovalen oder vieleckigen
Querschnitts haben, wobei der Raum zwischen dem Schaftteil 3a und
den Rohrleitungen 5 und 6 zum Beispiel vom Flansch 9 aus
gegebenenfalls zumindest teilweise mit einem verschließenden Füllmaterial
ausgefüllt
werden kann.
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Die
Rohrleitung 5 endet in einem relativ kurzen Abstand unterhalb
der Bodenfläche
des unteren Teils 3b, während
sich die Rohrleitung 6 zu einem Punkt in der Nähe der Abschlussplatte 2 erstreckt. Durch
Anschließen
der Rohrleitungen 5 und 6 an eine (nicht gezeigte) Wärmepumpenanlage
kann ein Fluid über
die Rohrleitung 6 in das Innere des hohlen eingetriebenen
Pfahls 1 eingeleitet werden, wobei das Fluid nach Verlassen
der Rohrleitung 6 und während
des Fließens
nach oben durch den hohlen eingetriebenen Pfahl 1 mit der
Umgebung Wärme
austauscht, wobei der hohle eingetriebene Pfahl 1 als Wärmetauscher
fungiert. Das Fluid kann dann aus dem Inneren des hohlen eingetriebenen
Pfahls 1 über
die Rohrleitung 5 wieder ausgestoßen werden. Auf diese Weise
kann der hohle eingetriebene Pfahl 1 auch, d.h. zusätzlich zu
seiner eigentlichen Stützfunktion,
als ein Energiepfahl insbesondere in Niedertemperatursystemen, wie
zum Beispiel zur Fußboden-,
Wand-, Decken-, Straßenoberflächenheizung
oder -kühlung
oder dergleichen, eingesetzt werden.
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In 1 ist der eingetriebene
Pfahl 1 in einem aktiven Ausführungsbeispiel als Energiepfahl dargestellt.
Wenn der eingetriebene Pfahl zumindest zunächst nicht als ein Energiepfahl
dienen soll, dann kann die wahlweise nachfolgende Verwendung als ein
Energiepfahl im Wesentlichen ohne zusätzliche Kosten im Vergleich
zu üblichen
massiven eingetriebenen Pfählen
dadurch vorbereitet werden, dass der hohle eingetriebene Pfahl 1 mit
dem Verbindungsstück 3 versehen
wird und dieses im Kanal 8 endet, wo es dann am Flansch 9 mit
einem Stopfen verschlossen werden kann. So wird ein vorbereitender Verbindungsstutzen
zur späteren
Ausrüstung
mit den Rohrleitungen 5 und 6 vorgesehen, die
dann über das
Verbindungsstück 3 zur
gewünschten
Tiefe in den hohlen eingetriebenen Pfahl 1 eingeschoben werden
können.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, dass die Rohrleitungen 5 und 6 in
oder neben dem Flansch 9 enden und sie mit Einrichtungen
versehen werden, die einen späteren
Anschluss von Rohrleitungen erlauben. Eine solche Ausführungsform
wird mit einer angepassten Konstruktion vorgezogen, wie sie in den
nachfolgend anhand der 2 und 3 erörterten Ausführungsformen
dargestellt ist.
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2 stellt einen hohlen eingetriebenen
Betonpfahl 11 dar, der wieder mit einem Extrusionsverfahren
hergestellt wurde, der auch in der Nähe seines unteren Endes in
einer nicht dargestellten Weise, jedoch der in 1 dargestellten Art und Weise entsprechend,
mit einer Platte oder dergleichen verschlossen ist. Es wird darauf
hingewiesen, dass der Verschluss nicht nur für die Konstruktion für den eingetriebenen
Pfahl als ein Energiepfahl bevorzugt wird, sondern auch dafür, dass
es dem eingetriebenen Pfahl ermöglicht
wird, in einer geeigneten Art und Weise in den Boden eingetrieben
zu werden.
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Auf
den eingetriebenen Pfahl 11 wird ein Verbindungsstück 13 gelegt,
das mit einer zylindrischen Ringkammer 14 versehen ist,
die mittels einer Flanschkante 15 auf dem oberen Ende des
eingetriebenen Pfahls 11 ruht. Der Außendurchmesser der zylindrischen
Kammer 14 ist so gewählt,
dass er kleiner als der Innendurchmesser des hohlen eingetriebenen
Pfahls 11 ist, so dass das Innere der zylindrischen Kammer 14 über in dessen
Umfassungswand vorgesehene Öffnungen 16 mit
dem Inneren des hohlen eingetriebenen Pfahls 11 in Verbindung
ist. Die zylindrische Kammer 14 weist weiter einen Auslass 17 auf,
der mittels einer Kugel 18 verschlossen werden kann, die
als Rückschlagventil
funktioniert (siehe 3),
die in einem Verbindungsstutzen 19 angeordnet ist, der
mit dem Auslass 17 verbunden ist. Ein zweiter Verbindungsstutzen 20 reicht
ununterbrochen durch die zylindrische Kammer 14 und endet im
Innern des hohlen eingetriebenen Pfahls 11.
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Um
ein Fluid dazu zu bringen, in einem Kreislauf durch den gesamten
Innenraum des hohlen eingetriebenen Pfahls 1 zu fließen, weist
die zylindrische Kammer 14 an ihrer Unterseite einen umlaufenden
Kragen 21 auf, der als eine Befestigungseinrichtung für eine Rohrleitung 22 dient,
die sich wie die Rohrleitung 6 in 1 zu einem Punkt in der Nähe des unteren
Verschlusses des hohlen eingetriebenen Pfahls 11 erstreckt.
Auf diese Weise fließt
ein über den
Verbindungsstutzen 20 eingeleitetes Fluid durch das Innere
der Rohrleitung 22 zu einem Punkt in der Nähe des unteren
Endes des eingetriebenen Pfahls und dann zurück durch den relativ engen
ringförmigen
Raum zwischen der Außenseite
der Rohrleitung 22 und der Innenseite des hohlen eingetriebenen Pfahls 11.
Indem dem erwähnten
ringförmigen
Raum ein relativ enger Durchgang relativ zum Durchgang der Rohrleitung 22 gewährt wird,
und auch wegen der relativ rauen Innenwand des hohlen eingetriebenen Pfahls 1 entsteht
eine relativ hohe Rückflussgeschwindigkeit
in einer turbulenten Flussumgebung, was den Wärmeaustausch mit der Umgebung
optimiert.
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Über dem
Flansch 15 ist das Verbindungsstück 13 in einem Abstand
durch eine abgewinkelte Rohrkonstruktion 12 umgeben, die
am Ort des eingetriebenen Pfahls 11 in einer durchgehenden,
sich senkrecht erstreckenden hutförmigen Öffnung in einem Fundament 23 erstreckt,
mit der ein sich seitlich erstreckender Kanal 24 in Verbindung
steht, der an der Außenfläche des
Fundaments 23 endet. Die abgewinkelte Rohrkonstruktion 12 reicht
vom Flansch 15 durch die Öffnung im Fundament 23 in
den Kanal 24 und bildet dadurch einen offenen Raum 25,
durch den die Verbindungsstutzen 19 und 20 zugänglich sind,
so dass zu jedem gewünschten
Zeitpunkt (nicht gezeigte) Fluidleitungen daran angeschlossen oder durch
sie hindurch eingeführt
werden können.
Der verbleibende Raum der durchgehenden Öffnung im Fundament 23 über und
neben dem Flansch 15 wird mit einem Füllmaterial 27, wie
zum Beispiel Betonmörtel,
gefüllt.
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Das
Fundament trägt
ein weiteres Konstruktionselement 26. Dies kann zum Beispiel
ein Boden und/oder eine Wand und/oder eine Decke eines Gebäudes oder
eines Hauses sein, wobei in (oder auf) diesem Konstruktionselement
ein Rohrregister einer Raumheizung vorgesehen ist (oder sein kann),
worin über
den Energiepfahl und die Wärmepumpenanlage der
Umgebung entzogene Wärme
zum Heizen des Innenraums in das Rohrregister eingeleitet werden kann.
Natürlich
kann auch das Umgekehrte der Fall sein, d.h. Wärme kann zum Kühlen des
Innenraums diesem entzogen und über
den Energiepfahl an die Umgebung abgeleitet werden.
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Eine
weitere vielversprechende Anwendung besteht einerseits darin, dass
Straßenoberflächen Wärme entzogen
wird und sie andererseits durch Beheizen eisfrei gehalten werden.
Zuerst können
Straßen
in Betracht gezogen werden, die aus Modulen zusammengesetzt sind,
die durch eingetriebene Pfahlfundamente gestützt werden. Durch Vorsehen der
Module der Straßendecke
mit einem Rohrregister und Konstruieren der eingetriebenen Pfähle für das Fundament
als Energiepfähle
kann die Straßendecke
beheizt werden, um sie so eisfrei zu halten. Da zur Aufrechterhaltung
eines eisfreien Zustands eine niedrigere Temperatur des Fluids in
den Rohren benötigt
wird, als zum Halten eines Raums in einem Gebäude oder Haus bei einer (höheren) Temperatur, wird
hier keine komplizierte Wärmepumpenanlage benötigt, sondern
wird ein einfaches Kreislaufsystem ausreichend sein. Um im Winter
unter extremen Wetterbedingungen während eines kurzen Zeitraums
Energie verfügbar
zu haben, können
in diesen Kreislauf elektrische Heizelemente eingefügt werden.
Außerdem
kann zum Erzielen eines solchen Effekts (Spitzenlasten) auch in
Betracht gezogen werden, die Tempera tur über als Energiepfähle konstruierte
eingetriebene Pfähle
für die
Fundamente von Einbauten, Brücken,
Viadukte und derartige Bauwerke zu regeln oder teilweise zu regeln.
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Umgekehrt
kann der Straßendecke
natürlich an
heißen
Tagen auch Wärme
entzogen werden, so dass die Oberfläche kühler bleibt. Die Lebensdauer von
Asphaltstraßen
kann so beträchtlich
verlängert werden.
Die abgeführte
Wärme wird über die
Energiepfähle
im Boden gespeichert, um so die im Winter zugeführte Wärme zu ergänzen und/oder um einen zusätzlichen
Puffer zu schaffen.
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Der
große
Vorteil bei der Verwendung erfindungsgemäßer eingetriebener Pfähle ist,
dass nämlich
ohne zusätzliche
Kosten bei der Herstellung des Fundaments eine Konstruktion bereitgestellt
werden kann, die zur Verwendung als ein Wärmetauschersystem ausgerüstet ist,
wobei es zu einem beliebigen gewünschten
Zeitpunkt während
der Lebensdauer der Konstruktion möglich ist, sich dafür zu entscheiden,
die eingetriebenen Pfähle
als Energiepfähle
in Betrieb zu nehmen, so dass das System zu einem späteren Zeitpunkt
immer noch verwendet werden kann, auch wenn es zum jetzigen Zeitpunkt
noch nicht wirtschaftlich gewinnbringend erscheint.
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Es
versteht sich von selbst, dass innerhalb des Rahmens der vorliegenden
Erfindung, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, viele Modifikationen
und Varianten zusätzlich
zu den hier erörterten
Ausführungsbeispielen
möglich
sind. Auch wird jedes Mal, wenn ein eingetriebener Pfahl erörtert wurde,
klar sein, dass eine Reihe von eingetriebenen Pfählen vorgezogen wird, die zum
Beispiel parallel untereinander verbunden sind, auch wenn eine Reihenschaltung
einiger Einheiten ebenfalls möglich
ist. In Verbindung hiermit kann auch vorgezogen werden, ein Verbindungsstück mit zwei
entgegengesetzt angeordneten seitlichen Öffnungen zu konstruieren, wobei
die eine Fluidrohrleitung durch die eine Öffnung eintritt und die andere
Fluidrohrleitung über
die andere Öffnung
wieder austritt. Das bevorzugt zu verwendende Fluid ist Wasser,
wobei das Wasser den gleichen Druck hat wie die Umgebung. Es sind jedoch
auch andere Fluide, wie zum Beispiel welche mit niedrigerem Gefrierpunkt
und unter anderen Drücken,
ebenso möglich.