Anlage zum Austausch von Energie zwischen Erdreich und einem Energieaustauscher

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzung von Erdwärme gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.

Anlagen der Eingangs genannten Art sind bekannt, so beispiels¬ weise aus der CH-PS 650 069. Bei der dort besc riebenen An¬ lage mündet die Rück lauf le i tung in den oberen Abschnitt des Bohrloches unterhalb der Erdober läche. Es fliesst dann durch die poröse Füllung bis an den Grund des Bohrloches, erwärmt sich dabei und wird mittels der Pumpe über die Vo r lauf le i tung wieder zur Wärmepumpe geführt. Nachtei lig dabei ist es, dass die Führung des Rück laufwasse rs im Rücklaufbereich unkontrol¬ liert ist, wodurch es einerseits zu Ku r z s ch lus s st römen kommen kann, die eine ausreichende Erwärmung des Rüc k lau asse rs erschweren. Andererseits besteht die Gefahr des Zusetzens der porösen Füllung, wodurch der Flieswiderstand erhöht wird und die Gefahr besteht, dass das Rück laufwasse r in das Erd¬ reich abfliesst. Es uss dann mittels der Pumpe aus dem umge¬ benden Erdreich Wasser angesaugt werden, was jedoch wegen des F liesswiderstandes im Erdreich problematisch ist. Ueberdies wird dadurch aus dem Erdreich Schwemmmaterial angesaugt, was wiederum zur Verstopfung des Ansaugbereiches am Grund des Bohrloches und zum Unwirksamwerden der Pumpe führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage der Eingangs genann¬ ten Art so auszubi lden, dass die erwähnten Nachtei le nicht mehr gegeben sind.

Die gestellte Aufgabe wird erfi ndungsgemäss durch die kenn¬ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Anordnung des Rück lauf rohres mit mehreren über seine Länge verteilten Querverschlüssen sowie den beidseits davon angeordneten Durchtrittsöffnungen wird ein definierter Rückflussweg des Rückflusswassers sichergestellt. Durch die Querverschlüsse wird das Rücklauf asse r gezwungen durch die Durchtrittsöffnungen radial nach aussen in die poröse Füllung einzutreten und damit auch mit der Wandung des Bohrloches in Berührung zu kommen und sich zu erwärmen. Nach dem Quer- verschluss kann dann das Rücklaufwasser über d e Durchtr tts¬ öffnungen wieder in das Rücklaufrohr eintreten und bis zum nächsten Querverschluss fl essen, wo es wieder zum Austritt gezwungen wird. Diese Führung des Rücklaufwassers definiert einerseits den Rücklaufweg bis an den Grund des Bohrloches und sorgt andererseits dafür, dass das Rück lauf asser stets mit der Füllung und der Boh r lochwandung in Berührung kommt und s ch so erwärmen kann. Dennoch sind die Wege so kurz, dass s ch das Rücklaufwasser wieder im nächsten Abschnitt des Rück lauf rohres sammeln kann. Das radiale Austreten des Rücklaufwassers gewährle stet auch ein Freihalten der Strö¬ mungswege entlang der porösen Füllung. Wasserverluste an die Umgebung werden durch die definierte Führung des Rücklauf¬ wassers ebenfalls vermieden. Dadurch ergibt sich eine ein¬ wandfreie Führung des Rück laufwassers bis zum Grund des Bohr¬ loches und bis zur Pumpe, sodass eine optimale Erwärmung des Rück Laufwassers und eine ausreichende Menge an Rück laufwasser durch die Pumpe sichergestellt wird. Es ergibt sich eine An¬ lage mit hohem Wirkungsgrad und einer geringen Störanfäll g¬ keit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage sind in den An¬ sprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Anlage nach Anspruch 2, da durch die Längsschlitze die Wasserführung auf einen grösseren Bereich verteilt werden kann und die geringe Breite dennoch einen kräftigen Strahl ermöglicht, der in der Lage ist, einerseits die poröse Füllung bis an die Bohrloch¬ wandung zu durchdringen und gleichzeitig etwaige Schwemmstof¬ fe aus der porösen Füllung auszuschwemmen. Dabei ist es wei¬ ter von Vorteil, wenn die Anlage nach Anspruch 3 weiterge¬ bildet ist, sodass eine gleichmassige Verteilung der Wasser¬ führung über die gesamte Länge des Rück Lauf rohres gewähr¬ leistet ist. Ein Versetzen der Durcht ri tt söffnungen benach¬ barter Reihen unterstützt die Durchspülung und Freispülung der porösen Füllung.

Als Füllung können die versc iedensten Materialien dienen, wie Schlacke, spezielle Einbauten und dergleichen. Bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung nach Anspruch 4.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass nur ein Rücklaufrohr im Rücklaufbereich angeordnet ist. Wesentlich bessere Ergebnisse lassen sich jedoch durch eine Ausbildung nach Anspruch 5 er¬ zielen, da dann alle Bereiche des Bohrloches gleichmässig erfasst und ausgenutzt werden können.

Zur Vermeidung von Korrosion ist eine Ausgestaltung der An¬ lage nach Anspruch 6 besonders vorteilhaft. Die aus Kunst¬ stoff bestehenden Rohre haben eine hohe Lebensdauer und ver¬ meiden die Ablagerung von Korrosionsrückständen. Dadurch be¬ sitzt einerseits die Anlage eine hohe Lebensdauer und geringe Störanfä 11 i gkei t -und..überdi es wird das das Bohrloch umgeben¬ de Grundwasser nicht nachtei lig beeinflusst.

Die Anlage ermöglicht insbesondere auch die Ausgestaltung nach Anspruch 7, wodurch eine etwaige Verstopfung mittels Rückspülwasser beseitigt werden kann.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

F i gur 1 : eine Anlage in schemat scher Darstellung im Vertikalschn tt und

F gur 2: den Grundbereich des Bohrloches n grösse- rem Massstab.

Die Figur 1 zeigt eine Anlage zur Nutzung der Erdwärme, bei¬ spielsweise zur mindestens teilweisen Heizung eines Hauses 2. Hierzu enthält das Haus einen Energietauscher, der als Wärmepumpe 4 ausgebildet ist, die in einem Medienkreislauf 6 einen Verdampfer 8, einen Verdichter 10, einen Verflüssiger 12 und ein Drosselvent l 14 enthält. Solche Wärmepumpen 4 s nd bekannt .

An dem Verflüssiger 12 ist in bekannter Weise eine Heizungs¬ anlage 16 mit einem Heizungsvorlauf 18, der eine Umwälzpumpe 20 enthält, und mit einem Wärmeverbraucher 22 angeschlossen. Von letzterem stellt ein Hei zungsrück Lauf 24 die Verbindung zum Verflüssiger 12 wieder her.

Am Verdampfer 8 ist eine Vorlauf lei tung 26 angesc lossen, die zu einer Pumpe 28 verläuft, welche vorzugsweise am Grund 30 eines Bohrloches 32 angeordnet ist. Die Vor Lauf lei tung 26 und die Pumpe 28 sind von einem Schutzrohr 34 umgeben, an dass sich radial nach aussen bis zur BohrLochwandung 36 ein Rück-

laufbereich 38 anschliesst. In diesem Rücklaufbereich 38 sind mehrere im Umfang verteilte Rück laufröhre 40 angeordnet, die in einer gemeinsamen Rück lauf lei tung 42 zusammengefasst sind, welche am Verdampfer 8 angeschlossen ist.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, reicht jedes Rücklaufrohr 40 bis annähernd an den Grund 30 des Bohrloches 32 und enthält mehre¬ re über seine Länge verteilte Querverschlüsse 44. Beidseits solcher Quervers ch Lüsse 44 sind Dur cht ri tt soffnungen 46 ange¬ ordnet, die zunächst ein Austreten des Rück Lauf assers in die poröse Füllung 48 ermöglicht, welches die Rü k lauf roh re 40 umgibt, und die Rüc lau bereich 38 ausfüllt. Die Durch¬ trittsöffnungen sind vorzugs eise Längsschlitze, die eine Breite von 1 mm und eine Länge von 150 mm aufweisen können. Das Rücklaufrohr enthält über seine Länge verteilt mehrere

Reihen 50 solcher Durchtrittsöffnungen 46, wobe bei- spielsweise pro Reihe vier Durchtrittsöffnungen über den Um¬ fang des Rück Lauf roh res 40 vertei lt sein können. Die Durch¬ trittsoffnungen 46 benachbarter Reihen sind vorzugsweise in Umfangsri chtung versetzt zueinander angeordnet.

Die den Rücklaufbere ch 38 um die Rück lauf rohre 40 ausfüllen¬ de poröse Füllung 48 besteht zweckmässigerweise aus Kies mit einer Körnung von 0,8 bis 8 mm. Der Rücklaufbereich 38 steht im Bereich des Grundes 30 des Bohrloches 32 über Durchgangs¬ öffnungen 52 im Schutzrohr 34 mit dem Inneren des Schutzroh¬ res 34 in Verbindung. Am oberen Ende des Schutzrohres 34 ist eine Spülpumpe 54 angeschlossen zur Einleitung von Rückspül¬ wasser in das Schutzrohr 34 und durch die Durchgangsöffnungen 42 in den Rücklaufbere ch 38, um eine etwaige Verschlammung der porösen Füllung 34 zu beseitigen.

Eine spezielle Ausführungsform der Anlage kann beispielsweise folgende Werte aufweisen:

Bohrloch Durchmesser 500 bis 1000 mm Bohrloch Tiefe 100 bis 2000 mm und tiefer Vorlauf Lei tung Druchmesser 50 bis 90 mm Rücklaufrohr Durchmesser 40 bis 50 mm

Schutzrohr Durchmesser 120 bis 160 mm Wasserrück Lauftemperatur grosser 6 C Wasserumlaufmenge 1,5 b s 10 m ³ /h Le stung 30 KW bei 250 m Tiefe

50 KW bei 350 m Tiefe.

Die isolierende Vorlaufleitung, das Rücklaufrohr bestehen zweckmässi gerwei se aus Kunststoff, vorzugsweise Polyvinyl¬ chlorid. Das Bohrloch selbst kann gegebenenfalls je nach den geologischen Bedingungen mindestens abschnittweise mit einem Stahlrohr ausgekleidet sein.

Der hier berwendete Begriff Energ etauscher sei in allge¬ meinster Form verstanden und kann einen direkten Verbraucher wie Heizschlangen in Fussböden, Verkehrswegen ⁽ z.B. Brücken, Auffahrten usw.) oder Hei zungsradi atoren und dergleichen be¬ deuten, aber auch Wärmetauscher und insbesondere Wärmepumpen beinhalten. In der Regel wird der Energietauscher zur zur Abgabe von Energie, d.h. zu Heizungszwecken ausgebildet sein, Der Energietauscher kann aber auch zur Wärmeaufnahme dienen, sodass die Anlage zur Kühlung verwendet werden kann.