WO2017198645A1

WO2017198645A1 - Erdwärmesonde und verfahren zur längenanpassung einer erdwärmesonde

Info

Publication number: WO2017198645A1
Application number: PCT/EP2017/061678
Authority: WO
Inventors: Oliver HABISCH
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: DE102016109063A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Erdwärmesonde (1) mit einem Außenrohr (20) und einem in dem Außenrohr (20) angeordnetem Innenrohr (10), wobei ein Außendurchmesser des Außenrohrs mindestens 110 mm beträgt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Außenrohr (20) an einer Mantelfläche Erhebungen (26) und Vertiefungen (27) aufweist, die sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Längenanpassung der Erdspeichersonde (1).

Description

Erdwärmesonde und Verfahren zur Längenanpassung einer Erdwärmesonde

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Erdwärmesonde mit einem Außenrohr und einem in dem Außenrohr angeordneten Innenrohr. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Längenanpassung einer Erdwärmesonde.

Eine solche Erdwärmesonde ist beispielsweise aus der DE 10 2010 001 823 A1 bekannt, die in einem senkrechten Bohrloch im Erdreich angeordnet ist. Ein Erdsondefluid wie beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch (kurz: Wasser) wird in den Ringspalt zwischen Außenrohr und Innenrohr geleitet und nimmt dabei auf dem Weg bis zu einem Sondenfuß, der sich am unteren Ende der Erdwärmesonde befindet, Wärme aus dem Erdreich auf. Das derart erwärmte Wasser wird durch das Innenrohr wieder nach oben geleitet und kann dann beispielsweise in eine Wärmepumpe einer Fußbodenheizung eingespeist werden.

Weist das Außenrohr einen großen Durchmesser auf, ist das spezifische Speichervolumen der Erdwärmesonde entsprechend groß. Eine Erdwärmesonde mit einem Außendurchmesser größer als 1 10 mm, der je nach Auslegung des Innenrohrs zu einer Querschnittsfläche des Ringspalts zwischen Außenrohr und Innenrohr größer als 65 cm² führt, soll im Folgenden als Speichersonde bezeichnet werden. Gegenüber gewöhnlichen Erdwärmesonden mit kleineren Durchmessern werden bei der Speichersonde die Leistungsanforderungen der Wärmepumpe nicht unmittelbar auf das Erdreich bzw. Untergrund übertragen.

Zunächst wird beim Betrieb der Speichersonde bei üblichen Laufzeiten der Wärmepumpe die in der Speichersonde gespeicherte Wärme verbraucht. Somit ist eine zeitliche Entkopplung zwischen Wärmeentzug aus dem Untergrund und Wärmepumpenbetrieb gegeben. Der Untergrund wird daher nicht mit der vollen Leistung der Wärmepumpe belastet. Auch wenn die Wärmepumpe nicht läuft, wärmt sich die Speichersonde wieder auf. Aufgrund des großen Volumens erfolgt diese Regeneration langsam. Jedoch findet in dieser Zeit ein nicht unerheblicher Energiegewinn aus dem Untergrund statt. Dem Untergrund wird Wärme daher gleichmäßiger bei geringen Leistungen entzogen. Daher kann eine Anlage mit einer Speichersonde mit geringen bis mäßigen Laufzeiten der Wärmepumpe effizient betrieben werden. Es erfolgt ein sehr gleichmäßiger Wärmeentzug, wobei durch das hohe Speichervolumen eine gute Pufferung bei Spitzenlastanforderung besteht. Bei entsprechender Auslegung der Anlage, wobei in der Regel der Untergrund der limitierende Faktor darstellt, kann bei Einsatz einer Speichersonde im Vergleich zu einer gewöhnlichen Erdwärmesonde die erforderliche Sondenlänge reduziert werden. Insgesamt ermöglicht somit die Speichersonde eine effiziente Nutzung umweltrelevanter Ressourcen.

Ein in der Praxis entscheidender Unterschied zwischen einer gewöhnlichen Erdwärmesonde und einer Speichersonde besteht darin, dass aufgrund der geringeren Rohrdurchmesser eine gewöhnliche Erdwärmesonde in aufgewickelter Form zum Einsatzort transportiert werden kann. Dies ermöglicht die werkseitige Herstellung der Erdwärmesonde. Unter werkseitiger Herstellung wird hier die Verwendung von endlosen Sondenrohren verstanden, die werkseitig über ein stoffschlüssiges Verfahren wie Schweißen mit dem Sondenfuß verbunden werden. Eine solche werkseitige Herstellung schreibt die VDI- Richtlinie VDI 4640 (VDI = Verein Deutscher Ingenieure) für Erdwärmesonden aus Kunststoff vor. Die VDI 4640 dient dabei den deutschen Genehmigungsbehörden als Grundlage, ob eine Erdwärmesonde eine bauliche Genehmigung erhält oder nicht.

Die werkseitige Herstellung und deren Transport zum Einsatzort lassen sich bei Speichersonden nicht umsetzen. Dafür müsste die Speichersonden aufgewickelt werden, was aufgrund ihrer großen Rohrdurchmesser nicht möglich ist bzw. zu derart großen Wickeln führen würde, die sich nicht wirtschaftlich zum Einsatzort transportieren lassen. Es gibt zwar behördliche Ausnahmegenehmigungen, die Sondenrohre für Speichersonden in einzelnen Rohrstücken zum Einsatzort zu liefern und vor Ort zu verschweißen, doch ist die Beantragung einer Ausnahmegenehmigung kompliziert und oft auch nicht erfolgreich. Dies steht einer verbreiteten Anwendung der ökologisch vorteilhaften Speichersonde entgegen. Um dem technologischen Fortschritt und den Erfahrungen der Vergangenheit gerecht zu werden, sieht der neueste Entwurf der VDI-Richtlinie 4640 vor, dass das strenge Erfordernis der werkseitigen Herstellung nur für Erdwärmesonden bis zu einem Außendurchmesser von 90 mm gilt. Ist hingegen eine werkseitige Herstellung aufgrund des großen Rohrdurchmessers nicht möglich, kann gemäß dem neuen Entwurf das Verbinden der einzelnen Sondenrohrstücke auch vor Ort an der Baustelle erfolgen. Somit reagiert die Richtlinie auf die faktische Unmöglichkeit, Speichersonden werksseitig herzustellen und an die Baustelle zu liefern. Dies würde die Erlangung der behördlichen Genehmigung aller Voraussicht vereinfachen. Aber auch das Verbinden der Sondenrohrstücke an der Baustelle ist aufgrund vieler Auflagen aufwändig und führt zu hohen Kosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Erdspeichersonde mit großem Außendurchmesser bereit zu stellen, die eine effiziente Nutzung der Erdwärme ermöglicht und deren Installation einfach und wirtschaftlich ist. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst. Ausführungsbeispiele der Erfindung können den Unteransprüchen zu Anspruch 1 entnommen werden. Die erfindungsgemäße Erdwärmesonde, deren Außenrohr ein Außendurchmesser mit mindestens 110 mm aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass das Außenrohr an einer Mantelfläche Erhebungen und Vertiefungen aufweist, die sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken. Durch die Erhebungen und Vertiefungen bilden sich an der Mantelfläche Rippen auf, die quer zur Längsachse des Außenrohrs verlaufen. Die Querschnittsfläche des Ringspalts zwischen Außenrohr und Innenrohr beträgt vorzugsweise mindestens 65 cm² oder 75 cm².

Durch die Erhebungen und Vertiefungen lässt sich die Erdwärmesonde mit einem wesentlich kleineren Wickelradius transportgerecht aufwickeln als eine Sonde mit einem glatten Außenrohr. Durch die Erhebungen und Vertiefungen an der Mantelfläche lässt sich die erfindungsgemäße Erdwärmesonde so aufwickeln, dass der daraus entstehende Wickel einen Wickeldurchmesser kleiner als 3 m aufweist. In einem Ausführungsbeispiel sind Erhebungen und Vertiefungen so ausgebildet, dass sich die Erdwärmesonde zu einem Wickel mit einem Wickeldurchmesser kleiner als 2,70 m oder gar kleiner als 2,30 m aufwickeln lässt (Wickeldurchmesser entspricht dem Außendurchmesser des Wickels), ohne dass sie dabei eindellt oder beschädigt wird. Wickel mit einem Wickeldurchmesser kleiner als 3 m lassen sich mit der Bahn oder mit einem Lkw ohne großen Aufwand transportieren. Durch die Transportmöglichkeit als Wickel ist es möglich, die Erdwärmesonde trotz des großen Außenrohrs werkseitig herzustellen. Dies vereinfacht zum einen das Genehmigungsverfahren zur Installation der Erdwärmesonde. Zum anderen können dadurch die Installationskosten an der Baustelle klein gehalten werden, weil die ansonsten notwendige Verschweißung der einzelnen Rohrstücke wegfällt. Die Erhebungen und die Vertiefungen können im Schnitt die Form eines Halbkreises aufweisen. So kann einer halbkreisförmigen Erhebung eine halbkreisförmige Vertiefung folgen, wobei Erhebung und Vertiefung so aneinander gesetzt sind, dass die Tangenten der beiden Halbkreise im Anschlusspunkt deckungsgleich übereinander liegen.

Die Erhebungen und Vertiefungen können auch eckig ausgebildet sein. Auch können im Schnitt gesehen Erhebungen und Vertiefungen gebogene oder gekrümmte Bereiche sowie geradlinige Bereiche aufweisen.

In einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Erhebungen und Vertiefungen in Umfangsrichtung im senkrechten Winkel zur Längsachse des Außenrohrs. Ein Neigungswinkel würde in diesem Fall null sein.

Der Neigungswinkel zwischen den Erhebungen und Vertiefungen einerseits und der sich senkrecht zur Längsachse des Außenrohrs erstreckenden Ebene kann auch ungleich null sein. Dieser Neigungswinkel beträgt in einem Ausführungsbeispiel 3 bis 10°. Die Erhebungen und Vertiefungen können auch Schnecken- oder schraubenförmig an der Mantelfläche des Außenrohrs angeordnet sein.

Das Außenrohr kann aus Kunststoff hergestellt sein. Ein bevorzugter Kunststoff ist Polyethylen (PE). Auch das Innenrohr und der Sondenfuß sind vorzugsweise aus PE.

Eine Wandstärke der Erhebungen und Vertiefungen beträgt in einem Ausführungsbeispiel zwischen 4 bis 8 mm. Beispielsweise beträgt die Wandstärke 5 bis 6 mm. Im Verlauf der Erhebungen und Vertiefungen kann die Wandstärke im Wesentlichen konstant sein. Bei den hier vorgeschlagenen Wandstärken lässt sich die erfindungsgemäße Erdwärmesonde auf einen im Hinblick auf seine Transportfähigkeit ausreichend kleinen Wickel aufwickeln, wobei eine solche Wandstärke in Verbindung mit der materialversteifenden Wirkung der Erhebungen und Vertiefungen dem Außenrohr eine ausreichend große Druckfestigkeit verleiht.

In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Außendurchmesser des Außenrohrs 140 bis 150 mm. Der Außendurchmesser des Außenrohrs bezieht sich auf die äußere Umhüllung des Außenrohrs. Bei der erfindungsgemäßen Erdwärmesonde entspricht somit in der Regel ein Außendurchmesser der Erhebungen oder der größten Erhebung dem Außendurchmesser des Außenrohrs.

Ein Außendurchmesser des Innenrohrs kann kleiner gleich 50 mm sein. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Außendurchmesser des Innenrohrs 38 bis 42 mm. Durch ein derart kleines Innenrohr ergibt sich bei einem Außenrohr mit einem Außendurchmesser von 140 mm ein Ringspalt zwischen Außenrohr und Innenrohr, der deutlich größer ist als 100 cm² ist. Entsprechend liegt das spezifische Speichervolumen der Erdwärmesonde über 10 I pro laufendem Meter.

Das Innenrohr kann eine glatte Mantelaußenfläche und eine glatte Mantelinnenfläche aufweisen, sodass das Innenrohr keine Erhebungen oder Vertiefungen wie das Außenrohr aufweist. Im Vergleich zum Außenrohr lässt sich das Innenrohr auch bei glatte Mantelfläche vergleichsweise problemlos gemeinsam mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Außenrohr aufwickeln. Es ist auch möglich, dass das Innenrohr an seiner Mantelfläche Erhebungen und Vertiefungen aufweist.

Ein Abstand zwischen zwei benachbarten Erhebungen des Außenrohrs kann 20 bis 40 mm betragen. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand 25 bis 35 mm.

Das Außenrohr kann Biegeabschnitte und Montageabschnitte aufweisen, wobei in axialer Richtung des Außenrohrs gesehen einem Biegeabschnitt jeweils ein Montageabschnitt folgt. Mit anderen Worten reihen sich die einzelnen Biegeabschnitte und die einzelnen Montageabschnitte jeweils abwechselnd in axialer Richtung des Außenrohrs hintereinander auf. Die Montageabschnitte sind durch eine glatte Mantelaußenfläche gekennzeichnet, d.h. sie weisen keine Erhebungen oder Vertiefungen an der Mantelaußenfläche auf. Die Erhebungen und die Vertiefungen sind daher nur in den einzelnen Biegeabschnitten angeordnet.

Wird die erfindungsgemäße Erdspeichersonde in ein Bohrloch an der Baustelle eingelassen, kann der Fall auftreten, dass die Erdspeichersonde mit einer vorgegebenen Länge und mit dem werkseitig angeschweißten Sondenkopf über eine Oberkante des Erdreiches hinausragt, weil die Bohrtiefe des Bohrlochs aufgrund unterschiedlicher Gründe nicht genau der geplanten Tiefe entspricht. In diesem Fall kann der überstehende Teil der Erspeichersonde mit dem Sondenkopf abgesägt werden, um auf das nun gekürzte Außenrohr einen Ersatz- Sondenkopf zu setzen. Dazu kann das Außenrohr im Bereich des Montageabschnitts abgesägt oder getrennt werden, der zur Oberkante des Erdreiches am nächsten liegt, aber nicht über ihr hinausragt. Da der Montageabschnitt eine glatte Mantelaußenfläche aufweist, kann beispielsweise über eine übliche Elektroschweißmuffe der Ersatz-Sondenkopf mit dem Außenrohr verbunden werden. Durch das Vorsehen von Montageabschnitten, die zwar zueinander beabstandet sind, aber über die ganze Länge des Außenrohrs zur Verfügung stehen, ist bei Bedarf eine einfache Neumontage des Sondenkopfes in angepasster Höhe ohne weiteres möglich.

Vorzugsweise weisen die Montageabschnitte auch eine glatte Mantelinnenfläche auf. Im Bereich der Montageabschnitte weist somit der Ringspalt zwischen Außenrohr und Innenrohr einen geringen Strömungswiderstand auf, während der Strömungswiderstand im Bereich der Biegeabschnitte größer ist. Der in axiale Richtung gesehen stetige Wechsel der Strömungswiderstände wirkt sich positiv auf einen guten Wärmeübertrag zwischen dem Außenrohr und dem durch den Ringspalt fließendem Wasser aus. Vorzugsweise weisen alle Biegeabschnitte jeweils die gleiche axiale Länge auf. Die axiale Länge eines der Biegeabschnitte oder aller Biegeabschnitte kann zwischen 40 und 100 cm betragen. Ebenso wie die Biegeabschnitte können die Montageabschnitte jeweils eine gleiche axiale Länge aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die axiale Länge eines der Montageabschnitte oder aller Montageabschnitte zwischen 5 und 30 cm.

Wenn in einem Ausführungsbeispiel die Biegeabschnitte jeweils 80 cm und die Montageabschnitte jeweils 20 cm lang sind, so setzt sich ein Außenrohr mit einer Gesamtlänge von 50 m aus 50 Biegeabschnitten und 50 Montageabschnitten zusammen. Die Aufwickelbarkeit der Erdwärmesonde ist in erster Linie auf die höhere Flexibilität der 50 Biegeabschnitte zurückzuführen. Befindet sich die Erdwärmesonde im aufgewickelten Zustand, sind daher die Biegeabschnitte mehr gebogen oder verformt als die glatten Montageabschnitte. Bei einem Wickeldurchmesser von 2,50 m entsteht ein Wickel von sieben Windungen, die vorzugsweise nebeneinander schneckenförmig angeordnet ist. Die axiale Höhe des Wickels entspricht dabei dem Siebenfachen des Außendurchmessers des Außenrohrs.

Eine Wandstärke des Außenrohrs im Montageabschnitt kann größer sein als die Wandstärke der Erhebungen und Vertiefungen, beispielsweise um den Faktor 1 ,2 bis 2 oder 1 ,4 bis 1 ,8. Durch die größere Wandstärke ist das Außenrohr auch in den Montageabschnitten ausreichend druckfest. In einem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis der Wandstärke von Erhebungen und Vertiefungen zur Wandstärke des Außenrohrs im Montageabschnitt so gewählt, dass der längenspezifische Materialeinsatz (Gewicht pro laufendem Meter) sich zwischen Montageabschnitten und Biegeabschnitten im Wesentlichen nicht unterscheidet (beispielsweise verträgt der Materialeinsatz im Montageabschnitt bezogen auf den Materialeinsatz im Biegeabschnitt zwischen 0,9 und 1 ,1). Zur Zentrierung des Außenrohrs in dem Bohrloch kann wenigstens ein Abstandshalter vorgesehen sein, der durch einen Formschluss mit dem Außenrohr in einer axialen Höhe des Außenrohrs gehalten wird. Vorzugsweise greift dabei der Abstandshalter mit einem Nocken oder dergleichen zwischen zwei benachbarte Erhebungen. Es ist aber auch möglich, dass der Abstandshalter auf einen der Montageabschnitte gesetzt wird, wobei dann der Abstandshalter beim Einbringen in das Bohrloch bis zu einem der axialen Enden des Montageabschnitts rutschen kann, um dann an einer ersten Erhebung eines benachbarten Montageabschnittes zur Anlage zu kommen.

Ein Innendurchmesser des Montageabschnitts kann im Wesentlichen einem Innendurchmesser des Biegeabschnitts entsprechen. Der Innendurchmesser des Biegeabschnitts entspricht dabei dem Innendurchmesser, den die Vertiefungen im Biegeabschnitt aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel kann ein Außendurchmesser des Biegeabschnitts (entspricht dem Außendurchmesser der Erhebungen) 5 bis 15 mm größer sein als ein Außendurchmesser des Montageabschnitts.

Alternativ können der Außendurchmesser des Montageabschnitts und der Außendurchmesser des Biegeabschnitts im Wesentlichen gleich groß sein. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Innendurchmesser des Biegeabschnitts 5 bis 15 mm kleiner sein als der Innendurchmesser des Montageabschnitts.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Außendurchmesser des Biegeabschnitts um einen bestimmten Wert größer als der Außendurchmesser des Montageabschnitts, wobei im Wesentlichen um diesen Wert der Innendurchmesser des Biegeabschnitts kleiner als der Innendurchmesser des Montageabschnitts ist. Dieser Wert kann beispielsweise 2 bis 8 mm betragen. Eine weitere der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, die Bereitstellung eines einfachen Verfahrens zur Längenanpassung der Erdspeichersonde bei deren Installation, wenn diese aus unterschiedlichen Gründen über der Oberkante des Bohrlochs hinausragt, wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die werkseitig hergestellte Erdwärmesonde auf einen Wickel aufgewickelt wird, in diesem aufgewickelten Zustand zu dem Einsatzort transportiert wird, an dem Einsatzort abgewickelt und in das Erdreich eingeführt wird, und dass - in einen Ausführungsbeispiel unterhalb einer Oberkante des Erdreiches - das eingeführte Außenrohr abgelängt wird, wobei die Ablängung in einem Montageabschnitt des Außenrohrs erfolgt. Damit kann der Sondenkopf bzw. der Ersatzsondenkopf, der auf das obere Ende des abgelängten Außenrohrs gesetzt wird, unterhalb der Erdreichoberkante positioniert werden. Der Sondenkopf wird dabei auf den - möglichweise etwas gekürzten - obersten Montageabschnitt gesetzt und kann mit diesem über übliche Mittel verbunden werden. Der Verbindung des Sondenkopfes mit dem Außenrohr stehen somit die Erhebungen und Vertiefungen der Biegeabschnitte nicht entgegen. Aufgrund der entlang des Außenrohrs immer wiederkehrenden Montageabschnitte und Biegeabschnitte sind eine - soweit sich auf der Baustelle ein solche als notwendig erweist - einfache Neumontage des Sondenkopfes einerseits und eine gute Biegeflexibilität zum Aufwickeln der Erdspeichersonde andererseits gegeben. Erfindungsgemäß ist somit eine Aufteilung der unterschiedlichen Funktionen des Außenrohrs entlang seiner Länge erfolgt: Einfache Montierbarkeit durch Montageabschnitte und Biegeflexibilität durch Biegeabschnitte. Grundsätzlich gilt die einfache Montierbarkeit auch für die Verbindung der Außenrohrs mit dem Sondenfuß. Auch hier wird zweckmäßig der Sondenfuß mit einem Montageabschnitt verbunden.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäße Erdwärmesonde in einem

Bohrloch; und Figur 2 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Erdspeichersonde teilweise im Schnitt.

Figur 1 zeigt eine Erdwärmesonde, die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet ist. Die Erdspeichersonde 1 befindet sich in einem vertikalen Bohrloch 2 in einem Erdreich oder Untergrund 3. Eine Oberkante des Erdreiches 3 ist mit 4 gekennzeichnet.

Die Erdspeichersonde 1 umfasst ein Innenrohr 10 und ein Außenrohr 20, wobei das Innenrohr 10 koaxial innerhalb des Außenrohrs 20 angeordnet ist. An einem unteren Ende weist die Erdspeichersonde einen Sondenfuß 40 auf, der mit dem Außenrohr 20 formschlüssig verbunden ist. An einem oberen Ende ist ein Sondenkopf 50 vorgesehen, der ebenfalls formschlüssig mit dem Außenrohr 10 verbunden ist. Die Verbindung des Sondenfußes 40 mit dem Außenrohr 20 sowie die Verbindung des Sondenkopfes 50 mit dem Außenrohr 20 erfolgen werkseitig. Im Bedarfsfall, wenn die vorgefertigte Erdspeichersonde 1 zu lang sein sollte, kann der werkseitig angeschweißte Sondenkopf 50 durch einen Ersatz- Sondenkopf ersetzt werden, wobei dieser dann mit dem an der Baustelle gekürzten Außenrohr 20 über eine Elektroschweißmuffe verbunden werden kann.

Das Außenrohr 20 umfasst mehrere sogenannte Biegeabschnitte 21 und mehrere sogenannte Montageabschnitte 22. Die Montageabschnitte 22 und die Biegeabschnitte 21 sind in der Figur 1 nur schematisch dargestellt, Einzelheiten dazu werden anhand von Figur 2 beschrieben.

Der Figur 1 zu entnehmen ist, dass genau genommen der Sondenfuß 40 mit einem untersten Montageabschnitt 22a des Außenrohrs 20 und der Sondenkopf 50 mit einem obersten Montageabschnitt 22b des Außenrohrs 20 verbunden sind.

Entlang der Längsachse der Erdspeichersonde 1 sind die einzelnen Biegeabschnitte 21 und Montageabschnitte 22 immer abwechselnd hintereinander angeordnet. D.h., dass in axialer Richtung gesehen einem Montageabschnitt 22 ein Biegeabschnitt 21 folgt, dem wiederum ein Montageabschnitt 22 folgt usw. Das Außenrohr 20 beginnt, von unten gesehen, mit einem Montageabschnitt (hier 22a) und endet auch mit einem Montageabschnitt (hier 22b).

Figur 2 zeigt im Detail einen der Biegeabschnitte 21 sowie zwei dazu benachbarte Montageabschnitte 22. Der obere Montageabschnitt 22 sowie ein oberer Teil des Biegeabschnitts 21 sind in Figur 2 im Schnitt dargestellt. Zu erkennen ist auch das Innenrohr 10, dessen Längsachse 11 mit der Längsachse des Außenrohrs 20 zusammenfällt. Die Koaxialität von Innenrohr 10 und Außenrohr 20 kann durch Abstandshalter zwischen Innenrohr 10 und Außenrohr

20 sichergestellt werden (in Figur 2 nicht dargestellt). Der in Figur 2 obere Montageabschnitt 22 ist einstückig mit dem Biegeabschnitt

21 ausgeführt. Das gleiche gilt sinngemäß für die Verbindung zwischen dem Biegeabschnitt 21 und dem in Figur 2 unteren Montageabschnitt 22. Das Außenrohr 20 stellt somit ein Endlosrohr dar. Während der Montageabschnitt 22 eine glatte Mantelaußenfläche 23 und eine glatte Mantelinnenfläche 24 aufweist, weist der Biegeabschnitt 21 an einer Mantelfläche 25 in Vielzahl von Erhebungen 26 und Vertiefungen 27 auf. Die einzelnen Erhebungen 26 und Vertiefungen 7 20 erstrecken sich in Umfangsrichtung, wobei sie sich in einer Ebene erstrecken, die senkrecht zur Längsachse 11 des Innenrohrs 10 ausgerichtet ist. Ein Abstand benachbarter Erhebungen ist mit 28 gekennzeichnet.

Aus Figur 2 wird deutlich, dass eine axiale Länge des Biegeabschnitts 21 , welche mit 29 bezeichnet ist, deutlich größer ist als eine axiale Länge 30 des Montageabschnitts 22. Das Verhältnis der axialen Länge des Biegeabschnitts 21 zur axialen Länge 30 des Montageabschnitts 92 beträgt im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ungefähr 5. Ein Außendurchmesser 31 des Biegeabschnitts 21 , der einem Außendurchmesser der Erhebungen 26 entspricht, ist größer als ein Außendurchmesser 32 des Montageabschnitts 22. Der Außendurchmesser 32 des Montageabschnitts 22 entspricht bevorzugt einem genormten Außendurchmesser für Erdspeichersonden, beispielsweise 140 mm.

Eine mit 33 gekennzeichnete Wandstärke des Montageabschnitts 22 ist größer als eine Wandstärke 34 der Erhebungen 26 oder Vertiefungen 27 bzw. größer als eine Wandstärke 34 des Biegeabschnitts 21. Die Wandstärke 33 des Montageabschnitts 22 ist dabei ungefähr um den Faktor 1 ,2 bis 1 ,4 größer als die Wandstärke 34 des Biegeabschnitts 21.

Ein Innendurchmesser des Biegeabschnitts 21 , der einem Innendurchmesser der Vertiefungen 27 entspricht, ist in dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 kleiner als ein Innendurchmesser des Montageabschnitts 22. So kann beispielsweise der Außendurchmesser 31 des Biegeabschnitts 21 5 bis 15 mm größer sein als der Außendurchmesser 32 des Montageabschnitts 22, während der Innendurchmesser der Vertiefungen 27 5 bis 15 mm kleiner sein kann als der Innendurchmesser des Montageabschnitts 22. Der Innendurchmesser des Montageabschnitts 22 berechnet sich dabei aus dem Außendurchmesser 32 abzüglich der zweifachen Wandstärke 33. In einem alternativen Ausführungsbeispiel entspricht der Außendurchmesser 31 des Biegeabschnitts dem Außendurchmesser 32 des Montageabschnitts (beispielsweise jeweils 140 mm)

Durch die Erhebungen 26 und Vertiefungen 27 entstehen im Biegeabschnitt 21 umlaufende Rippen, durch die sich das Außenrohr 20 im Bereich des Biegeabschnitts leichter verbiegen lässt. Somit ist es möglich, die Erdspeichersonde 1 mit dem Innenrohr 10 und dem Außenrohr 20 aufzuwickeln, wobei dabei Wickeldurchmesser eingehalten werden können, die einen normalen Transport des Winkels per Bahn oder LKW erlauben. Durch die Montageabschnitte 22 lässt sich die erfindungsgemäße Erdspeichersonde Im Bedarfsfall an der Baustelle nahezu beliebig ablängen und mit dem Sondenkopf 50 bzw. dem Ersatz-Sondenkopf in einfacher Weise verbinden.

Die erfindungsgemäße Erdspeichersonde ermöglicht somit durch die große Biegeflexibilität der Biegeabschnitte 21 einen wirtschaftlich realisierbaren Transport und somit eine werksseitige Herstellung, wobei durch die Montageabschnitte 22 eine einfache Verbindbarkeit mit dem Sondenkopf 50 an der Baustelle weiterhin gegeben ist. Figur 1 zeigt des Weiteren einen Abstandshalter 5, der dazu dient, die Erdspeichersonde 1 im Bohrloch 2 zu zentrieren oder in etwa in einer zentrieten Lage zu halten. Der Anstandshalter weist dabei einen Grundkörper auf, der einen der Biegeabschnitte 21 umgreift und durch einen radial nach innen gerichteten, umlaufenden Nocken zwischen zwei benachbarten Erhebungen 26 des Biegeabschnitts 22 axial fixiert ist. Der umlaufende Nocken und die Erhebungen 26 bilden in axialer Richtung somit eine formschlüssige Verbindung. Figur 1 zeigt exemplarisch nur einen Abstandshalter, es können aber eine Vielzahl solcher Abstandshalter vorgesehen sein. Am Umfang des Grundkörpers verteilt sind Abstandsarme 6 angeordnet, die neben der Funktion des Abstandshaltens zur Wandung des Bohrlochs 2 auch die Funktion aufweisen können, die Erdwärmesonde beim Verfüllen des Bohrlochs 2 mit einem Verfüllmaterial (nicht dargestellt) in axialer Lage zu halten. Die Abstandsarme 6 erstrecken sich im Wesentlichen in radialer Richtung nach außen, weisen aber einen Neigungswinkel zur radialen Richtung von 10 - 60° auf. Ihre Wirkungsweise entspricht die von Widerhaken. Auch kann die Profilierung durch die Erhebungen 26 und Vertiefungen 27 dazu genutzt werden, ein für die Verfüllung notwendiges Injektionsrohr an dem unteren Ende der Erdwärmesonde zu fixieren.

Die Erhebungen 26 und Vertiefungen 27 führen zu einer komplexen Kontaktgeometrie zwischen der Erdspeichersonde 1 und dem Verfüllmaterial im Bohrloch. Diese komplexe Kontakgeometrie trägt dazu bei, dass kein Wasser außen entlang der Mantelaußenfläche 23 des Außenrohrs 20 nach unten fließen kann. Durch die komplexe Kontakgeometrie bleiben daher auf unterschiedlichen Höhen horizontal verlaufende Wasserleiter im Erdreich weiterhin getrennt.

Bezugszeichenliste

1 Erdwärmesonde

2 Bohrloch

3 Erdreich/Untergrund

4 Oberkante des Erdreiches

5 Abstandshalter

6 Abstandsarm 10 Innenrohr

11 Längsachse

20 Außenrohr

21 Biegeabschnitt

22 Montageabschnitt

23 Mantelaußenfläche

24 Mantelinnenfläche

26 Erhebung

27 Vertiefung

28 Abstand

29 axiale Länge

30 axiale Länge

31 Außendurchmesser

32 Außendurchmesser 33 Wandstärke

34 Wandstärke

40 Sondenfuß 50 Sondenkopf

Claims

Patentansprüche

1. Erdwärmesonde (1) mit einem Außenrohr (20) und einem in dem Außenrohr (20) angeordnetem Innenrohr (10), wobei ein

Außendurchmesser des Außenrohrs mindestens 1 10 mm beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (20) an einer Mantelfläche Erhebungen (26) und Vertiefungen (27) aufweist, die sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken.

2. Erdwärmesonde (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke der Erhebungen (26) und der Vertiefungen zwischen 4 mm bis 8 mm beträgt. 3. Erdwärmesonde (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser des Innenrohrs (10) kleiner als 50 mm ist.

4. Erdwärmesonde (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (10) über die im Wesentlichen gesamte Länge eine glatte Mantelaußenfläche und eine glatte

Mantelinnenfläche aufweist.

5. Erdwärmesonde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen zwei benachbarten Erhebungen (26) 20 bis 40 mm beträgt.

6. Erdwärmesonde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (20) Biegeabschnitte (21 ) mit den Erhebungen (26) und den Vertiefungen (27) sowie Montageabschnitte (22) aufweist, die eine glatte Mantelfläche aufweisen, wobei in axialer Richtung des Außenrohrs (20) einem Biegeabschnitt (21) jeweils ein Montageabschnitt (22) folgt. Erdwärmesonde (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge eines der Biegeabschnitte (21) zwischen 40 und 100 cm beträgt.

Erdwärmesonde (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge eines der Montageabschnitte (22) zwischen 5 und 30 cm beträgt. 9. Erdwärmesonde (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke des Außenrohrs (20) im Montageabschnitt (22) größer ist als eine Wandstärke des Außenrohrs (20) im Biegeabschnitt (21 ). 10. Erdwärmesonde (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser des Montageabschnitts (22) im Wesentlichen einem Innendurchmesser des Biegeabschnitts (21) entspricht.

Erdwärmesonde (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser des Montageabschnitts (22) im Wesentlichen einem Außendurchmesser des Biegeabschnitts (21) entspricht.

Erdwärmesonde (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Zentrierung des Außenrohrs (20) in einem Bohrloch (2) wenigstens ein Abstandshalter (5) vorgesehen ist, der durch einen Formschluss mit dem Außenrohr (20) in axialer Höhe des Außenrohrs (20) fixiert ist.

13. Verfahren zur Längenanpassung einer Erdwärmesonde (1) nach

der Ansprüche 6 bis 12, wobei - eine werkseitig hergestellte Erdwärmesonde (1) aufgewickelt wird,

- in einem aufgewickelten Zustand zu einem Einsatzort transportiert wird,

- an dem Einsatzort abgewickelt und in ein Bohrloch (2) eingeführt wird, - das eingeführte Außenrohr (20) abgelängt wird, wobei die Ablängung in einem Montageabschnitt (22) des Außenrohrs (20) erfolgt.