DE19728637C1 - Vorrichtung zum Beheizen eines Hauses unter Ausnutzung von Erdwärme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen eines Hauses unter Ausnutzung von Erdwärme.

Nach dem Stand der Technik werden zur Nutzung der Erd­ wärme Rohre, vorzugsweise Kunststoffrohre, flächig im Erd­ boden verlegt. Die flächige Verlegung erfolgt beispiels­ weise in zwei bis drei Metern Tiefe und auf einer großen Fläche, um einen für die Beheizung eines Hauses ausreichen­ den Wirkungsgrad zu erhalten.

Dieses hat zum einen den Nachteil, daß auf einer großen Fläche die Erde beim Verlegen der Rohre bis zur ent­ sprechenden Tiefe abgetragen werden muß. Dieses ist sehr aufwendig, da hierbei viele Kubikmeter an Erde bewegt wer­ den müssen.

Darüber hinaus hat diese zum Stand der Technik gehö­ rende Art der Erdwärmenutzung den Nachteil, daß sie schäd­ lich für die Vegetation ist, da der Erde auf einer großen Fläche Wärme entzogen wird und damit die Pflanzen auf käl­ terem Boden stehen als üblich.

Darüber hinaus können die Rohre nicht in einer größe­ ren Tiefe verlegt werden, wo ein besserer Wirkungsgrad auf­ grund der höheren Erdwärme erzielt würde, da das Verlegen in einer größeren Tiefe einen noch größeren Erdaushub voraussetzt.

Gemäß dem Stand der Technik (DE 37 19 523 A1) ist ein Fundierungs- oder Absicherungselement bekannt, welches aus Beton besteht. In diesem Element ist eine Umlaufleitung angeordnet, welche Flüssigkeit zu einer Wärmepumpe des Heizsystems führt. Dieses zum Stand der Technik gehörende Fundierungs- oder Absicherungselement hat den Nachteil, daß die Wärmeleitfähigkeit des Elements nicht optimal ist.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Vorrichtung zum Beheizen eines Hauses unter Ausnutzung von Erdwärme anzugeben, bei der keine flächige Verlegung von flüssigkeitsführenden Rohren erfor­ derlich ist und die einen guten Wirkungsgrad aufweist.

Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Der wenigstens eine Betonspieß, der aus schwerem Be­ ton, beispielsweise Hämatit-Beton oder Diabas-Beton be­ steht, weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des gesamten Heizsystems mit Beton­ spieß und Wärmepumpe gegenüber dem Stand der Technik deut­ lich verbessert. Die Betonmischung wird vorteilhaft nach DIN 1045 vorgenommen.

Dadurch, daß erfindungsgemäß wenigstens ein Betonspieß in dem Erdreich vorzugsweise senkrecht oder annähernd senk­ recht angeordnet wird, der einen Teil des Flüssigkeits­ kreislaufes aufnimmt, wird die Erdwärme in großer Tiefe ge­ nutzt, wodurch gegenüber dem Stand der Technik ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird. Darüber hinaus ist eine flächige Verlegung der flüssigkeitsführenden Rohre nicht notwendig, wodurch kein flächendeckender Erdaushub notwendig ist.

Weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß dadurch, daß die Betonspieße senkrecht oder annähernd senkrecht in der Erde angeordnet sind, nur in der unmittelbaren Umgebung der Betonspieße dem Erdreich Wärme entzogen wird, so daß das Erdreich schon in geringer Entfernung zu dem Betonspieß die übliche Wärme aufweist und somit die Vegetation nicht nega­ tiv beeinflußt wird.

Dadurch, daß die flüssigkeitsführenden Rohre in den Betonspießen angeordnet sind, sind diese gegenüber dem Stand der Technik geschützt angeordnet, wodurch weniger De­ fekte auftreten.

Erfindungsgemäß sind die Betonspieße zwischen fünf und acht Metern lang. Die Länge kann aber auch kürzer oder län­ ger gewählt werden.

Die Betonspieße weisen erfindungsgemäß flüssigkeits­ führende Rohre auf. Die Rohre bestehen vorteilhaft aus Kunststoff, vorzugsweise Polyethylen.

Die Rohre sind in den Betonspießen mit Abstand zuein­ ander angeordnet. Der Abstand beträgt erfindungsgemäß in jeder Richtung mehr als 5 cm. Die Rohre können waagerecht oder senkrecht in den Betonspießen angeordnet sein.

Als Flüssigkeit wird vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet, die einen Gefrierpunkt aufweist, der unter minus 5°C oder minus 10°C liegt. Zum Beispiel kann Antifrogen N (Handelsname) von der Firma Hoechst (Firmenname) verwendet werden. Es ist auch möglich, eine Mischung aus Glykol und Wasser zu verwenden.

Die Flüssigkeit wird durch die Rohre in den Beton­ spießen geleitet. Die Betonspieße erwärmen sich aufgrund der Erdwärme und geben die Wärme an die Flüssigkeit ab. Die Flüssigkeit wird durch eine Wärmepumpe geleitet, in der ein Teil der Wärme der Flüssigkeit entzogen wird. Die Wärme wird an ein Heizsystem des zu beheizenden Hauses abgegeben, und die abgekühlte Flüssigkeit wird anschließend wieder durch die Betonspieße geführt.

Die Betonspieße sind erfindungsgemäß bezüglich der Rohrsysteme hintereinandergeschaltet, das heißt, daß die Flüssigkeit durch einen ersten Betonspieß und anschließend durch einen oder mehrere weitere Betonspieße geführt wird.

Das Rohrsystem kann aber auch so ausgebildet sein, daß die Flüssigkeit jeweils nur durch einen Betonspieß geleitet wird und anschließend direkt durch die Wärmepumpe geführt wird. Dieses hat den Vorteil, daß bei einem nicht so hohen Wärmebedarf sich ein oder zwei Betonspieße quasi regene­ rieren können. Die Betonspieße dienen in diesem Fall als Wärme-Akkumulatoren, die die Erdwärme speichern. Wird den Betonspießen auf diese Art und Weise nicht ständig Wärme entzogen, so ist die Temperatur der Betonspieße höher, so daß unter Umständen ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird, als wenn den Betonspießen ständig Wärme entzogen wird.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Rohrsysteme mit den Flüssigkeiten so zu schalten, daß einzelne Rohrsysteme wahlweise oder mehrere Rohrsysteme wahlweise seriell oder parallel genutzt werden.

Vorteilhaft sind für ein Einfamilienhaus drei bis fünf Betonspieße vorgesehen. Es können aber auch mehr oder weni­ ger Betonspieße vorgesehen sein. Es ist beispielsweise auch möglich, nur einen kompakten Betonspieß mit einer entsprechenden Anzahl von Rohren vorzusehen.

Die Betonspieße können zum einen direkt im Werk her­ gestellt werden. Dieses hat den Vorteil, daß die Beton­ spieße vor Ort nur noch in die vorgesehene Bohrung einge­ setzt werden müssen. Der Nachteil hierbei ist, daß die Be­ tonspieße in der vorgesehenen Bohrung in der Erde mit Sand verfüllt werden müssen, damit der Betonspieß Halt bekommt.

Der Sand vermindert die Wärmeübertragung von der Erde auf den Betonspieß, so daß der Wirkungsgrad leicht vermindert ist.

Vorteilhafter wird der Betonspieß direkt vor Ort aus­ gegossen. In diesem Fall wird in der Baugrube ein Beweh­ rungskorb angeordnet, und die flüssigkeitsführenden Rohre werden in dem Bewehrungskorb so angeordnet, daß sie beim Ausgießen von dem Beton umschlossen werden.

In diesem Fall wird die Erdwärme direkt von dem umge­ benden Erdreich auf den Betonspieß übertragen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine monovalente Beheizung eines Hauses möglich.

Es besteht erfindungsgemäß aber auch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung als Teil einer bivalenten Heizung vorzusehen, beispielsweise mit einer Heizung mit Solar-Energie. Hierbei ist eine Kopplung möglich, indem von der Solaranlage gewonnene und nicht benötigte Energie da­ hingehend verwendet wird, daß die Flüssigkeit aufgewärmt wird und die aufgewärmte Flüssigkeit den Betonspießen zuge­ führt wird. Die Betonspieße wärmen sich hierdurch auf und speichern über einen gewissen Zeitraum die Wärme. Diese Wärme kann bei Bedarf, wenn der Wärmepumpenkreislauf über die Erdwärme eingeschaltet wird, genutzt werden. Es ist dann eine Beheizung des Hauses möglich, wenn die Solaran­ lage nicht arbeitet.

Gegenüber dem Stand der Technik, bei dem die Rohre direkt im Erdreich verlegt werden, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß ein besserer Wärmeübergang erzielt wird. Darüber hinaus dient der Betonspieß quasi als Wärme-Akkumulator, der die Wärme speichern kann.

Die Entnahme der Erdwärme kann gemäß der Erfindung auf einen geringen Platz beschränkt werden, so daß dem Erdreich nicht flächig, sondern in der Tiefe die Wärme entzogen wird.

Weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß diese Art der Energiegewinnung unabhängig vom Grundwasserstand ist. Wird der Betonspieß vom Grundwasser umspült, so wird der Wärme­ übergang noch verbessert gegenüber der Anordnung in bloßer Erde. Bei Anordnung des Betonspießes in reiner Erde ergibt sich aber auch schon eine ausreichende Wärmenutzung.

Vorzugsweise weist die Flüssigkeit eine geringe Durch­ flußgeschwindigkeit durch den Kreislauf auf, damit sich die Flüssigkeit in dem wenigstens einen Betonspieß ausreichend erwärmen kann.

Versuche haben gezeigt, daß bei einem ständigen Wärme­ entzug in den Betonspießen die Flüssigkeit vor und nach dem Durchfließen der Betonspieße eine Wärmedifferenz von circa 5°C bis 6°C aufweist. Die Flüssigkeit kommt mit circa plus 5°C aus dem Betonspieß. Nach Verlassen der Wärmepumpe weist die Flüssigkeit eine Temperatur von minus 1°C oder minus 2°C auf.

Wird den Betonspießen nicht ständig Wärme entzogen, so kann eine Erwärmung der Flüssigkeit auf plus 10°C bis 12°C erreicht werden, so daß hierdurch der Wirkungsgrad noch erheblich verbessert wird.

Erfindungsgemäß ist es ausreichend, die Wärmepumpe beispielsweise fünf bis zehn Stunden am Tag zu betreiben. Die Pumpe kann vorteilhaft mit Nachtstrom betrieben werden, um eine weitere Ersparnis zu erzielen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Haus mit drei parallel geschalteten Betonspießen;

Fig. 2 ein Haus mit drei seriell geschalteten Betonspießen;

Fig. 3 einen Betonspieß im Schnitt;

Fig. 4 ein geändertes Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung (1) zur Nutzung der Erdwärme mit drei Betonspießen (2, 3, 4). Die Betonspieße sind senkrecht im Erdreich (5) angeordnet. Der Abstand zwischen den Oberkanten (6, 7, 8) der Betonspieße (2, 3, 4) und der Oberkante (9) des Erdreiches beträgt un­ gefähr 1,50 Meter. Der Abstand kann aber auch größer oder kleiner gewählt werden.

In den Betonspießen (2, 3, 4) sind Rohrsysteme (10, 11, 12) angeordnet. In den Rohrsystemen (10, 11, 12) zirku­ liert eine Flüssigkeit. Um einen Kreislauf herzustellen, sind die Rohrsysteme (10, 11, 12) der Betonspieße (2, 3, 4) mit Rohrleitungen (13, 14) verbunden. Die Rohrleitungen (13, 14) führen die Flüssigkeit der Betonspieße (2, 3, 4) zu einer Wärmepumpe (15). Die Flüssigkeit erwärmt sich in den Rohrsystemen (10, 11, 12) der Erdspieße (2, 3, 4), da die Betonspieße mit ihren Enden tief ins Erdreich (5) rei­ chen. Die Betonspieße (2, 3, 4) können eine Länge von sie­ ben Metern aufweisen. Sie können aber auch kürzer oder län­ ger ausgebildet sein.

Die Betonspieße (2, 3, 4) erwärmen sich, indem ein Wärmeaustausch mit dem sie umgebenden Erdreich (5) statt­ findet. Die Betonspieße (2, 3, 4) geben die Wärme wiederum an die Flüssigkeit in den Rohrsystemen (10, 11, 12) ab. Die Flüssigkeit aus den Rohrsystemen (10, 11, 12) wird über die Rohrleitung (14) zu der Wärmepumpe (15) geleitet. Dort wird der Flüssigkeit die Wärme entzogen, und die abgekühlte Flüssigkeit gelangt über die Rohrleitung (13) wieder zu den Rohrsystemen (10, 11, 12) der Betonspieße (2, 3, 4).

Die Wärmepumpe (15) gibt die Wärme an ein Heizsystem eines Hauses (16) ab.

Gemäß Fig. 1 wird die Flüssigkeit jeweils nur zu einem Betonspieß (2, 3 oder 4) geleitet. Die Flüssigkeit durch­ läuft das jeweilige Rohrsystem (10, 11, 12) des Beton­ spießes und wird über die Leitung (14) zu der Wärmepumpe (15) zurückgeführt.

Gemäß Fig. 2 wird die Flüssigkeit über die Leitung (13) zu dem ersten Betonspieß (2) mit dem Rohrsystem (10) geleitet. Anschließend wird die Flüssigkeit über das Rohr­ teilstück (13a) zu dem Rohrsystem (11) des Wärmespießes (3) geleitet. Anschließend wird die Flüssigkeit über ein Rohr­ teilstück (13b) zu dem Rohrsystem (12) des Betonspießes (4) geleitet, um anschließend über die Rohrleitung (14) zu der Wärmepumpe zurückgeführt zu werden.

Gemäß Fig. 3 ist ein Betonspieß (17) dargestellt, der senkrecht im Erdreich (5) angeordnet ist. Der Betonspieß (17) weist ein Rohrsystem (18) auf, welches aus im wesent­ lichen parallel zueinander angeordneten Rohren besteht. Die Rohre sind so angeordnet, daß sie den Betonspieß mehrfach mäanderförmig durchlaufen, um der Flüssigkeit in dem Rohr­ system (18) ausreichend die Möglichkeit zu geben, sich in dem Betonspieß (17) zu erwärmen.

Gemäß Fig. 4 ist ein Betonspieß (19) mit einem Rohr­ system (20) dargestellt. Das Rohrsystem (20) ist netzförmig mit horizontal und vertikal angeordneten Rohren ausgebil­ det.

Es ist aber auch möglich, die Rohre der Rohrsysteme (10, 11, 12, 18, 20) abweichend von den gezeigten Möglich­ keiten auszubilden.

Gemäß Fig. 4 ist ein im Werk hergestellter Betonspieß (19) dargestellt. Der Betonspieß (19) ist mit Sand (21) in der vorgesehenen Bohrung im Erdreich (5) verfüllt worden, damit er im Erdreich (5) nach dem Einsetzen Halt findet.

Gemäß Fig. 3 ist der Erdspieß (17) unmittelbar im Erd­ reich (5) angeordnet.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

,

3

,

4

Betonspieße

5

Erdreich

6

,

7

,

8

Oberkanten der Betonspieße

9

Oberkante Erdreich

10

,

11

,

12

Rohrsysteme

13

,

14

Rohrleitungen

13

a,

13

bRohrteilstücke

15

Wärmepumpe

16

Haus

17

Betonspieß

18

Rohrsystem

19

Betonspieß

20

Rohrsystem

21

Sand

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Beheizen eines Hauses unter Aus­ nutzung der Erdwärme, die wenigstens einen im Erdreich (5) angeordneten Betonspieß (2, 3, 4) aufweist, wobei der Betonspieß (2, 3, 4) als ein einen Teil eines Flüssigkeitskreislaufes (10, 11, 12, 13, 14) aufweisender Betonspieß (2, 3, 4) ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung (15) aufweist, die als eine der Flüssig­ keit wenigstens einen Teil der Wärme entziehende und an ein Heizsystem des Hauses (16) abgebende Einrichtung (15) aus­ gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonspieß (2, 3, 4) aus Hämatit-Beton oder Diabas- Beton ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorrichtung (1) eine eine Zirkulation der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskreislauf erzeugende Pumpe aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung (15) als Wärmepumpe ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der wenigstens eine Betonspieß (2, 3, 4) senkrecht oder annähernd senkrecht im Erdreich (5) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der wenigstens eine Betonspieß (2, 3, 4) flüssig­ keitsführende Rohre oder ein flüssigkeitsführendes Rohr­ system (10, 11, 12) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rohre oder das Rohrsystem (10, 11, 12) aus Kunststoff ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rohre oder das Rohrsystem (10, 11, 12) aus Po­ lyethylen ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rohre mit Abstand zueinander in dem wenigstens einen Betonspieß (2, 3, 4) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rohre senkrecht und/oder waagerecht in dem we­ nigstens einen Betonspieß angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand zwischen den Rohren in jeder Richtung wenigstens 5 cm beträgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Flüssigkeit mit einem Gefrierpunkt unterhalb minus 5°C verwendet wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Flüssigkeit Antifrogen N (Handelsname) der Firma Hoechst (Firmenname) verwendet wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Flüssigkeit eine Mischung aus Glykol und Was­ ser verwendet wird.