(57)【要約】【課題】地熱アクティベーションにひときわ適する基礎及びその製作方法を提供する。【解決手段】硬化性マスで形成された基礎要素を製作するに当たり、その硬化に先立ち少なくとも１個の熱交換器要素を挿入する。本方法では、周囲地盤に向かい遷移領域を設け、その基礎要素を、硬化性懸濁液と共に周囲地盤の破砕地盤材で形成する。基礎要素がより良好に、熱を周囲地盤に放出し又は周囲地盤から熱を吸収することが可能になる。明確な分離層が欠如しているため熱伝達がほとんど邪魔されない。秀逸な熱伝達が可能となる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中にあり、硬化性マスで形成されており、その硬化に先立ち少なくとも１個の熱交換器要素が挿入されている基礎要素であって、
周囲地盤に向かい遷移領域が設けられており、その基礎要素が硬化性懸濁液と共に周囲地盤の破砕地盤材で形成されている基礎要素。
【請求項２】
請求項１記載の基礎要素であって、
上記遷移領域のうち少なくとも３０％、好ましくは４０％〜８０％が破砕周囲地盤材で組成されている基礎要素。
【請求項３】
請求項１記載の基礎要素であって、
破砕地盤材の比率が外側に向かい高まっている基礎要素。
【請求項４】
請求項１記載の基礎要素であって、
基礎要素の中央領域内に少なくとも１個の金属製補強要素が挿入されている基礎要素。
【請求項５】
請求項４記載の基礎要素であって、
上記少なくとも１個の金属製補強要素が上記少なくとも１個の熱交換器要素と接触している基礎要素。
【請求項６】
請求項１記載の基礎要素であって、
上記遷移領域が上記基礎要素の壁厚の少なくとも１０％に達している基礎要素。
【請求項７】
請求項１記載の基礎要素であって、
上記遷移領域が、上記基礎要素の壁厚の２０％〜５０％に達している基礎要素。
【請求項８】
請求項１記載の基礎要素であって、
上記硬化性懸濁液がセメントペースト又はセメント懸濁液を含む基礎要素。
【請求項９】
請求項１記載の基礎要素であって、
上記熱交換器要素が、上記基礎要素に沿い上側から下側へ且つ再び上側へと延びるホースライン又はパイプラインを有する基礎要素。
【請求項１０】
請求項１記載の基礎要素であって、
上記熱交換器要素の下側ループ状端部領域側に少なくとも１枚のカバープレートが配されている基礎要素。
【請求項１１】
請求項１記載の基礎要素を製作する方法であって、
地中に孔を製作し、その中に硬化性マスで基礎要素を形成し、そのマスの硬化に先立ち少なくとも１個の熱交換器要素を挿入する方法において、
上記基礎要素が周囲地盤に向かう遷移領域付で設計され、その基礎要素が破砕地盤材及び硬化性懸濁液により形成される方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、
上記孔が穿孔又は切削を通じ製作される方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法であって、
上記少なくとも１個の熱交換器要素が少なくとも１個の補強要素上に固定され、それらが共に上記孔内に挿入される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地中の基礎要素に関し、特に、硬化性マスで形成され硬化に先立ち少なくとも１個の熱交換器要素が挿入されている、請求項１の前提部分に係る基礎要素に関する。
【０００２】
本発明は更に基礎要素製作方法に関し、特に、地中に孔を製作し、その中に硬化性マスで基礎要素を形成し、そのマスの硬化に先立ち少なくとも１個の熱交換器要素を挿入する、請求項１１の前提部分に係る方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
建物を建築する際には、地盤条件にもよるが、その構造に特化した基礎形成策を提供することが必要になりうる。例えば、構造的負荷をより深部の地盤層へと伝達させるためボアパイルを設けることが必要になりうる。
【０００４】
更に、基礎要素の製作に加え地中への擁壁又は止水壁の製作をも行う基礎形成策がありうる。こうした基礎要素は、例えばボアパイル壁又はダイアフラム壁として実現することができる。
【０００５】
広く知られている通り、その種の基礎要素は地熱によってアクティベートされる。この目的に鑑み、熱交換要素を基礎要素にビルトインすることで、地盤の熱ポテンシャルをヒートポンプにより地熱加熱向けに利用することが可能となる。基礎要素内のその熱交換要素を利用することで、逆に、地中に余熱を逃がし建物の空気調和を図ることもできる。
【０００６】
特に建物の冷却に関しては、環境的側面を踏まえ且つとりわけノイズ放出をも考慮に入れれば、明らかに、地中への余熱放出の方が外気への余熱放出よりも長じている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の基礎にある目的は、地中の基礎要素及びその基礎要素を製作する方法であって、地熱アクティベーションにひときわ適するものを、提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、一方では請求項１記載の特徴を有する基礎要素により達成され、他方では請求項１１記載の特徴を有する方法により達成される。各従属形式請求項には本発明の好適な諸実施形態が記述されている。
【０００９】
本発明に係る基礎要素の特徴は、周囲地盤に向かい遷移領域が設けられており、その基礎要素が硬化性懸濁液と共に周囲地盤の破砕地盤材で形成されていることにある。
【００１０】
本発明が依拠している知見は、地熱アクティベーションのための基礎要素の効率的利用が基礎要素・周囲地盤間熱伝達に顕著に依存する、というものである。この点に関しては、一方の基礎要素と他方の周囲地盤との間での遷移が明確であると効率的熱伝達が助長されないことが明らかである。本発明は、これとは逆に、特有な遷移領域を基礎要素・周囲地盤間に設け、そこでは基礎要素を硬化性懸濁液と共に周囲地盤の破砕地盤材で形成することに、実質的に依拠している。これは、いわば、円滑又は不明確な基礎要素・周囲地盤間遷移である。特に熱的観点からすると、このことには、基礎要素がより良好な体裁で周囲地盤中に埋入(embed)される、という効果がある。これにより、基礎要素がより良好に、熱を周囲地盤に放出し又は周囲地盤から熱を吸収することが可能になる。明確な分離層が欠如しているため熱伝達がほとんど邪魔されない。これについての受入可能な説明は、基礎要素が広い内表面を伴い地中に埋入されるという事実から看取することができる。これによって秀逸な熱伝達が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のある好適実施形態の所在は、遷移領域のうち少なくとも３０％、好ましくは４０％〜８０％を破砕周囲地盤材で組成することにある。
【００１２】
本発明の更なる実施形態バリエーションによれば、破砕地盤材の比率を外側に向かい増加させることでひときわ良好な熱埋入(thermal embedding)が実現される。これにより、一方ではコア領域における基礎要素の高い堅固性及び外側に向けた良好な熱結合が実現される。
【００１３】
本発明の更なる実施形態バリエーションでは、有益なことに、少なくとも１個の金属製補強要素が基礎要素の中央領域内に挿入される。その補強要素は、構造用鋼からなる補強籠とすることも、やはり構造用鋼で形成するのが望ましいのであるが梁とすることもできる。これにより、基礎要素の高い安定性及び堅固性が更に確実になる。
【００１４】
本発明の更なる発展形態によれば、有益なことに、上記少なくとも１個の金属製補強要素を上記少なくとも１個の熱交換器要素に接触させる。好ましくは、熱交換器要素、好ましくは伝熱流体用パイプライン又はホースラインを補強要素上にしっかり配置する。このようにすると、熱交換器要素から基礎要素への熱の伝達を金属製補強要素により助けることができる。
【００１５】
本発明のもう一つの好適実施形態の所在は、遷移領域が基礎要素の壁厚の少なくとも１０％に達することにある。基礎要素の残りたるコア領域では、基礎要素を在来のコンクリートマスで製作することができる。基本的には、基礎要素全体を、破砕地盤材を使用することにより形成することができる。
【００１６】
本発明によれば、遷移領域が基礎要素の壁厚の２０％〜５０％に達していることが特に望ましい。この場合、壁厚を、ボアパイルの直径又は擁壁若しくはダイアフラム壁の壁厚とすることができる。これは、複数のボアパイルが部分的に重なり合うボアパイル壁として形成すること或いは方形断面を有するダイアフラムパネル複数で形成することができる。
【００１７】
本発明のもう一つの好適実施形態の所在は、硬化性懸濁液がセメントペースト又はセメント懸濁液を含むことにある。そのため、まず穿孔具又はダイアフラム壁カッタにより地中に孔を製作し、除去された破砕地盤材をその孔内に少なくとも部分的に残留させる。好ましくは、ボアホールの製作中に、硬化性懸濁液とりわけセメントペーストを加えてそれを破砕地盤材に混合させることにより、少なくとも孔の外殻領域内に又はその孔の断面全体に亘り下地モルタルを製作する。基本的には、その器具、より具体的には穿孔具の後退中に、先に製作されている下地モルタルとは異なるコンクリートマスを、例えば中空コアパイプ経由で基礎要素の中央領域内に送り込むことができる。このようにすることで、その断面に沿い素材不均一性を呈するように基礎要素を形成することができる。
【００１８】
本発明の更なる発展形態によれば、有益なことに、熱交換器要素が、基礎要素に沿い上側から下側へ且つ再び上側へと延びるホースライン又はパイプラインを有する。このようにすると、基礎要素の上側で熱交換器要素を暖房及び／又は空気調和システムの加熱又は冷却回路につなぐことができる。この場合、好ましいことに、本システムにヒートポンプを具備させそれにより熱伝達向けの大きな温度差をセットすることができる。
【００１９】
そのホースライン又はパイプラインに、基礎要素下部領域内単独ループ又はヘリカルラインリードを具有させることにより、接触面を広くすることができる。このラインは、低コストなプラスチックライン又はより高い熱伝導係数を有する金属製パイプラインとして設計することができる。
【００２０】
熱交換器要素は、基本的には、任意に選ばれた好適な時点にて基礎要素内に導入することができる。特に有益なのは、基礎要素の製作後且つ硬化前に、未だ流動可能なその基礎要素のマス中に熱交換器要素を導入することである。この導入は、金属製補強要素例えば補強籠又は鋼製梁の導入とは別々に実行することも同時に実行することもできる。
【００２１】
本発明の更なる発展形態によれば、ひときわ有益なことに、少なくとも１枚のカバープレートが熱交換器要素の下側ループ状端部領域上に配される。カバープレートを角度付の形態で曲げて下方に向けることで、未硬化の基礎要素中への熱交換器要素のより良好な導入が可能になる。このようにすれば、カバープレートにより、基礎要素のマス中の破砕地盤材に対する保護が提供される。
【００２２】
本発明に係る方法の特徴は、基礎要素が周囲地盤に向かい遷移領域付で設計され、その基礎要素が破砕地盤材及び硬化性懸濁液で形成されることにある。
【００２３】
本方法により前述の基礎要素を好適に製作することができる。従って、先に説明した効果を得ることができる。
【００２４】
基本的には、基礎要素を形成するための孔は、任意に選択された手法で製作することができる。本発明のある実施形態によれば、ひときわ有益なことに、その孔が穿孔又は切削を通じ製作される。この目的に鑑み、相応な穿孔装置又はダイアフラム壁カッタを採用し、その場にある（インサイチューな）地盤材を破砕することができる。この破砕地盤材は、まずはその孔から放出させることができ、また硬化性マスの形成後には少なくとも部分的に孔内に再送給して硬化させ基礎要素にすることができる。或いは、穿孔又は切削中に破砕された地盤材を少なくとも部分的にボアホール内に残留させること、また硬化性懸濁液の送給を通じその地盤材を現場で下地モルタルと混合し然る後にその下地モルタルを硬化させて基礎要素にすることができる。
【００２５】
もう一つの好適な方法バリエーションの所在は、上記少なくとも１個の熱交換器要素を少なくとも１個の補強要素上に固定しそれらを一緒にその孔内に挿入することにある。このようにすることで、熱交換器要素を、位置的に精密な形態で導入することができる。更に、その金属製補強要素により、熱交換器要素と基礎要素の下地モルタルマスとの間の熱伝達向上に寄与することができる。