HEAT PUMP INSTALLATION FOR HEAT EXTRACTION FROM THE GROUND

Abstract: 1. Heat pump system for the recovery of heat from the ground by means of a heat pump connected to a heat exchanger arranged in the ground, for heating a building arranged on a pile foundation, at least part of the pile foundation being constructed as a heat exchanger, characterised in that the flow channels for conducting the heat exchange medium and extending in the piles (3) are formed from circulation lines (8) which are constructed such that they are replaceably arranged in a jacket tube (9) which surrounds them with play and is arranged running at least partly coiled in the associated pile (3), and in that between the inside of the jacket tube (9) and the outside of the circulation line (8) arranged in the latter there is provided a heat exchanging liquid.

Description: Verfahren zur Wärmegewinnung aus dem Erdreich und Wärmepum- penanlage zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmegewinnung aus dem Erdreich mittels einer mit einem in letzterem angeordneten Wärmeaustauscher verbundenen Wärmepumpe zur Beheizung eines auf einer Pfahlgründung angeordneten Gebäudes sowie eine Wärinepumpenanlage zur Durchführung dieses Verfahrens. Es ist bereits bekannt, zur Beheizung von Gebäuden Wärmepum- penanlagen zu verwenden, bei denen zur Ausnutzung der Erdbodenwärme ein grossflächiger Wärmeaustauscher neben dem zu beheizenden Gebäude in diesen umgebenden Garten angeordnet wird. Dieses System weist die Nachteile auf, dass dazu ein relativ grosser Garten vorhanden sein muss, und relativ hohe Investitionen für den im Garten zu verlegenden Wärmeaustauscher erforderlich sind. Ausserdem ist die Versenkungstiefe des Wärmeaustauscher aus Kostengründen auf eine relativ niedrige Versenkungstiefe begrenzt. Die Ausnutzung der Luftwärme zur Beheizung von Gebäuden mittels Wärmepumpenanlagen ist insbesondere bei tiefen Aussentemperaturen ebenfalls recht problematisch. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches bei Gebäuden die infolge schlechtem Baugrund auf einer Pfahlgründung aufgebaut sind, diese obgenannten Nachteile der bisher bekannten Systeme nicht aufweist, das heisst bei dem kein Umschwung um das zu beheizende Gebäu de für den Erdboden-Wärmeaustauscher benötigt wird, und bei dem die zusätzlichen Kosten für das Verlegen des Wärmeaustauschers im Erdreich bedeutend geringer als bei den bisherigen Systemen sind. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man eine mindestens zum Teil als Wärmeaustauscher ausgebildete Pfahlgründung verwendet. Bei in Ortbeton oder vorfabriziert hergestellten BetonpEÅab- len ist es zweckmässig, wenn man das Wärmeaustauschmedium durch im Inneren der Pfähle verlaufende Strömungskanäle zirkulieren lässt. Bei Verwendung von Holzpfählen ist es vorteilhaft, wenn man das Wärmeaustauschmedium durch mindestens zum Teil längs der Aussenseite der Pfähle verlaufende Strömungskanäle zirkulieren lässt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Wär- mepumpenanlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die für das Wärmeaustauschmedium bestimmten, in den Pfählen verlaufenden Strömungskanäle durch Zirkulationsleitungen gebildet werden, welche in einem die letzteren mit Spiel umgebenden Hüllrohr auswechselbar verlaufen, und dass zwischen der Innenseite des Hüllrohrs und der Aussenseite der in letzterem angeordneten Zirkulationsleitung eine wärmeubertragende Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, vorgesehen ist. Wenn die Pfähle der Pfahlgründung aus Holz bestehen, dann ist es zweckmässig, wenn die Hüllrohre in vorzugsweise mindestens zum Teil schraubenlinienförmig längs der Aussenseite der Pfähle eingefrästen Kanälen verlaufen. Wenn die Pfähle der Pfahlgründung aus Beton bestehen, dann ist es vorteilhaft, wenn die Hüllrohre vorzugsweise mindestens zum Teil schraubenlinienförmig im Innern der Pfähle verlaufen. Zur Erzielung einer grösseren Betriebssicherheit ist es ferner zweckmässig, wenn die in den einzelnen Pfählen verlaufenden Zirkulationsleitungen gruppenweise zusammengefasst und gruppenweise an die Wärmepumpe zu- bzw. von dieser abschaltbar sind. Es ist ausserdem vorteilhaft, wenn die Vorläufe der in den einzelnen Pfählen angeordneten Wärmeaustauscheinheiten mindestens gruppenweise mit einer gemeinsamen Vorlaufzufuhrleitung und die Rückläufe der in den einzelnen Pfählen angeordneten Wärmeaustauscheinheiten mindestens gruppenweise mit einer gemeinsamen Rücklaufsammelleitung verbunden sind. Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt Fig.l in perspektivischer Ansicht schematisch eine beispiels weise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wärme pumpenanlage; Fig.2 in vergrössertem Massstab einen Schnitt längs der Li nie II-II in Fig.l; Fig.3 in vergrössertem Massstab und in perspektivischer An sicht einen einzelnen Betonpfahl der in Figur 1 darge stellten Anlage mit gestrichelt eingezeichnetem Strö mungskanalverlauf; Fig.4 einen Grundriss des in Figur 3 dargestellten Pfahls; Fig.5 in vergrössertem Massstab einen Schnitt längs der Li nie V-V in Fig. 3; Fig.6 in vergrössertem Massstab und in perspektivischer An sicht, analog zu Fig.3, einen Holzpfahl mit eingeleg ter Zirkulationsleitung; Fig.7 einen Grundriss des in Fig.6 dargestellten Pfahls; und Fig.8 in vergrössertem Massstab und in perspektivischer An sicht, analog zu Fig. 6, eine weitere beispielsweise Ausführungsform eines mit eingelegter Zirkulationslei tung versehenen Pfahles. Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird das auf schlechtem Baugrund (zum Beispiel im verlandeten Uferbereich eines Sees) zu erstellende Gebäude 1 huber einen Pfahlriegel 2 auf tief in das Erdreich eingetriebenen, vorfabrizierten Betonpfählen 3 abgestützt. Die einzelnen dabei verwendeten Betonpfähle 3 sind dabei wie aus den Fig. 2 bis 5 ersichtlich, zur Bildung eines mit der Wärmepumpe 4 verbundenen Wärmeaustauschers über die Vor- und Rücklaufleitungen 5 und 6 mit je einer Wärmeaustauschereinheit 7 verbunden. Selbstverständlich können diese einzelnen Wärmeaustauschereinheiten 7 auch gruppenweise uber die Vor- und Rücklaufleitungen 5 und 6 zusammengefasst und dadurch auch gruppenweise an die Wärmepumpe 4 zu- bzw. von dieser abgeschaltet werden, was zum Beispiel Unterhaltsarbeiten an einzelnen Gruppen ohne Unterbruch der Beheizung des Gebäudes ermöglicht. Wie aus den Figuren 3,4 und 5 ersichtlich, werden die in den einzelnen Pfählen 3 gebildeten Wärmeaustauschereinheiten 7 durch je eine mit der Wärme pumpe 4 verbundene Zirkulationsleitung 8 gebildet, welche in einem die letztere mit Spiel umgebenden Hüllrohr 9 auswechselbar verläuft. Zur Wärmeuber- tragung vom Erdreich auf das in der Zirkulationsleitung 8 durchströmende flüssige Wärmeaustauschmedium ist der Zwischenraum zwischen der Innenseite des Hüllrohres 9 und der Aussenseite des in letzterem auswechselbar angeordneten Zirkulationsleitung 8 mit einer wärmeübertragenden Flüssigkeit, z.B. Wasser, ausgefüllt. Wie aus den Figuren 2,3 und 4 ersichtlich, verläuft der im Innern des Hüllrohres 9 angeordnete Vorlauf 8 der einzelnen Wärmeaustauscheinheiten 7 zur Erhöhung der WÅarmeaustauscher- fläche schraubenlinienförmig im äusseren Bereich der mit Eisengitter 1O bewehrten Betonpfähle 3, im Innern derselben, nach unten und anschliessend als Rücklauf 8" im Innern der schraubenlinienförmigen Windungen des Vorlaufs 8' gestreckt nach oben. Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen der vom Hüllrohr 9 umgebenen Zirkulationsleitung 8 im Innern des Betonpfahles 3 möglich. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zirkulationsleitung ohne Hüllrohr 9 direkt in den Pfahl 3 einzugiessen, wobei dann die Zirkulationsleitung 8 selbstverständlich nicht mehr auswechselbar ist. Wie aus den Figuren 6 und 7 ersichtlich, können auch Holzpfähle 3' für die Pfahlgründung verwendet werden. Dabei wird das die Zirkulationsleitung 8 aufnehmende Hüllrohr 9 in einen längs der Aussenseite des Holzpfahles 3' eingefrästen Kanal 11 eingelegt, und mittels einer aus rostfreiem Stahl bestehenden, Wasser bis zum Hüllrohr 9 durchlassenden Schutzund Halteabdeckung 12 in diesem Kanal 11 fixiert. Wie aus Figur 8 ersichtlich, ist es auch möglich, die Zirkulationsleitung 8 in einer in Längsrichtung des Pfahles 3 bis in dessen unteren Endbereich sich erstreckenden Bohrung 13 anzuordnen. Dabei ist es zweckmässig, wenn die Zirkulationsleitung 8 zur Vergrösserung der Wärmeaustauschfläche mindestens über einen Teil ihrer Länge schraubenlinienförmig in der Bohrung 13 verläuft. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen von in der Bohrung 13 anordbaren Wärmeaustauschern möglich. Die Bohrung 13 kann z.B. derart gebildet werden, indem man bei der Herstellung des Pfahles 3 ein unten verschlossenes Rohr 14 im Innern des Pfahles 3 anordnet. Wenn das Rohr 14 aus wasserundurchlässigem Material besteht, dann muss die Bohrung 13 zur Uebertragung von Wärme aus dem den Pfahl 3 umgebenden Erdreich bzw. aus dem das letztere durchsetzenden Grundwasser auf die das Zirkulationsrohr 8 durchströmende Flüssigkeit mit Wasser gefüllt sein. Wenn das Rohr 14 z.B. analog einer Sickerleitung aus wasserdurchlässigem Material besteht, dann kann es zweckmässig sein, wenn man mindestens einen Teil des dieses Rohr 14 umgebenden Pfahlquerschnittes ebenfalls wasserdurchlässig ausbildet, so dass Wasser aus dem den Pfahl 3 umgebenden Erdreich in die derart gebildete, die Wärmeaustauschereinheit 7 aufnehmende Bohrung 13 strömen kann. Es ist auch denkbar, das Innere der Bohrung 13 über eine Mehrzahl von Kanälen 15 mit der Aussenseite der Pfähle 3 zu verbinden. Wenn vorfabrizierte Pfähle 3 verwendet werden, dann ist es zweckmässig, wenn diese Kanäle 15 nach aussen schräg nach oben verlaufen, um sicherzustellen, dass beim Einrammen der Pfähle 3 so wenig Erdreich wie möglich in die Kanäle 15 gepresst wird.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Wärmegewinnung aus dem Erdreich mittels einer mit einem in letzterem angeordneten Wärmeaustau scher verbundenen Wärmepumpe zur Beheizung eines auf einer Pfahlgründung angeordneten Gebäudes, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine mindestens zum Teil als Wärmeaustauscher ausgebildete Pfahlgründung verwendet. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Wärmeaustauschmedium durch im Inneren der Pfäh le verlaufende Strömungskanäle zirkulieren lässt. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Wärmeaustauschmedium durch mindestens zum Teil längs der Aussenseite der Pfähle verlaufende Strömungs kanäle zirkulieren lässt. 4. Wärmepumpenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Durch leitung des Wärmeaustauschmediums bestimmten, in den Pfählen verlaufenden Strömungskanäle durch Zirkulations leitungen (8) gebildet werden1 welche in einem die letz teren mit Spiel umgebenden Hüllrohr (9) auswechselbar verlaufen, und dass zwischen der Innenseite des Hüll rohrs (9) und der Aussenseite der in letzterem angeord neten Zirkulationsleitung (8) eine wärmeuertragende Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, vorgesehen ist. 5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfähle (3) der Pfahlgründung aus Holz bestehen und die Hüllrohre (9) in vorzugsweise mindestens zum Teil schrau benlinienförmig längs der Aussenseite der Pfähle (3') eingefrästen Kanälen (11) verlaufen. 6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfähle (3) der Pfahlgründung aus Beton bestehen und die Hüllrohre (9) vorzugsweise mindestens zum Teil schrau benlinienförmig im Innern der Pfähle (3) verlaufen. 7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die in den einzelnen Pfählen (3,3') ver laufenden Zirkulationsleitungen (8) gruppenweise zusam mengefasst und gruppenweise an die Wärmepumpe zu- bzw. von dieser abschaltbar sind. 8. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorläufe (8') der in den einzelnen Pfählen (3,3') angeordneten Wärmeaustauscheinheiten (7) mindestens gruppenweise mit einer gemeinsamen Vorlaufzu fuhrleitung (5) und die Rückläufe (8") der in den ein zelnen Pfählen (3,3') angeordneten Wärmeaustauscheinhei ten (7) mindestens gruppenweise mit einer gemeinsamen Rücklaufsammelleitung (6) verbunden sind. 9. Wärmepumpenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Durch leitung des Wärmeaustauschmediums bestimmten, in den Pfählen verlaufenden Strömungskanäle durch Zirkulations leitungen (8) gebildet werden, welche vorzugsweise min destens zum Teil schraubenlinienförmig verlaufend, in einer in Längsrichtung des Pfahles (3) sich erstrecken den Bohrung (13) angeordnet sind. 10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfähle mindestens Über einen Teil ihrer Länge aus einem wasserdurchlässigen Material bestehen, oder mit von der Bohrung (13) bis auf die Pfahlaussenseite sich erstrek kenden Kanälen (15) versehen sind.

Inventors: GUT, LEO
Applicants: GUT, LEO
Application year: 1985
Main classification: F24J3
IPC codes: E02D27, F25B30