AT406521B

AT406521B - Erdwärmekollektor für eine wärmepumpe

Info

Publication number: AT406521B
Application number: AT0144498A
Authority: AT
Original assignee: Neudorfer Johann
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-06-26
Also published as: ATA144498A

Description


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   Die Erfindung bezieht sich auf einen Erdwärmekollektor für eine Wärmepumpe mit wenigstens einer über eine vorgegebene Kollektorfläche im Erdreich verlegten Kollektorleitung für einen Wärmeträger. 



   Um die Erdwärme für Wärmepumpen nützen zu können, werden Kollektoren eingesetzt, die aus wenigstens einer über eine vorgegebene Kollektorfläche im Erdreich verlegten Kollektorleitung fur einen Wärmeträger bestehen. Über den Wärmeträger, der durch das Kältemittel der Wärmepumpe selbst oder durch ein mit diesem Kältemittel im Wärmeaustausch stehendes Medium gebildet werden kann, wird dem Erdreich Wärme entzogen, das demnach abgekühlt wird. 



  Bei einer entsprechend dichten Verlegung der Kollektorleitungen besteht daher die Gefahr, dass das Erdreich im Bereich der Kollektorfläche in schädigender Weise   unterkühlt   wird und das im Erdreich enthaltene Wasser friert, was bei grösseren Wassermengen aufgrund des entstehenden Druckes zu Rissbildungen und einem Anheben des Erdreichs führt. Um eine solche schädigende Unterkühlung des Erdreichs zu vermeiden ist daher bei gleichbleibender Leistung der Wärmepumpe entweder die Kollektorfläche zu vergrössern oder bei gleichbleibender Kollektorflache die Leistung der Wärmepumpe zu senken, wenn nicht zur Enteisung über den Wärmeträger Wärme in das Erdreich gefördert wird, was jedoch aufwendig ist und eine Unterbrechung des üblichen Wärmepumpenbetriebes erzwingt. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen   Erdwärmekollektor   der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass die Gefahr einer schädigenden Unterkühlung des Erdreichs während des Betriebes der Wärmepumpe erheblich verringert werden kann. 



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass neben der   Kollektoneitung   zumindest eine zulaufseitig vorzugsweise an einen Wärmetauscher angeschlossene, mit Drainageöffnungen versehene   Luftumlaufleitung über   die Kollektorfläche verteilt im Erdreich verlegt ist und dass die Luftumlaufleitung ein zu einem Drainageablauf abfallendes Gefälle aufweist. 



   Durch die zusätzlich vorgesehene, über die Kollektorfläche verteilt im Erdreich verlegte Luftumlaufleitung kann in einfacher Weise dem Erdreich im Bereich der   Kollektorfläche Wärme   über die durch die Luftumlaufleitung strömende Luft zugeführt werden, die zulaufseitig vorzugsweise an einen Wärmetauscher angeschlossen wird, wenn nicht eine entsprechend erwärmte Abluft beispielsweise aus Gebäuden, Ställen, Stollen, Kanalsystemen od. dgl zur Verfügung steht.

   Das zusätzliche Aufwärmen des Erdreichs im Bereich der Kollektorfläche verhindert nicht nur eine schädigende Unterkühlung des Erdreichs, sondern erlaubt auch eine Steigerung der   Wärmepumpenleistung.   In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, dass die über die Luft in das Erdreich zusätzlich eingetragene Wärmemenge vom Erdreich gespeichert und erst bei einem entsprechenden Wärmebedarf der Wärmepumpe an diese abgegeben wird, so dass eine zeitliche Versetzung zwischen der Wärmeeinbringung über die durch die Luftumlaufleitungen geförderte Luft und der Wärmeentnahme über die Wärmepumpe im praktischen Betrieb keine Rolle spielt, bei dem häufig einem höheren Wärmebedarf in den Nachtstunden ein höheres Wärmeangebot für die Lufterwärmung während der Tagesstunden gegenübersteht.

   Die Feuchtigkeit der durch die Luftumlaufleitung strömenden Luft führt zu einer Kondenswasserbildung im Bereich der Luftumlaufleitung, die deshalb mit einem zu einem Drainageablauf abfallenden Gefälle im Erdreich verlegt wird. Da die Luftumlaufleitung ausserdem mit Drainageöffnungen versehen ist, kommt es zusätzlich zu einer vorteilhaften Entwässerung des Erdreichs im Bereich der Kollektorfläche, so dass die Gefahr eines Aufbrechen des Erdreichs durch gefrierendes Wasser weiter verringert wird. 



   Um die Entwässerungswirkung der Luftumlaufleitung zu verbessern, kann die Luftumlaufleitung in einem Sand- oder Kiesbett verlegt werden. Ausserdem empfiehlt es sich, den Drainageablauf ausserhalb der Kollektorfläche vorzusehen, um ein Frieren des Ablaufwasser mit Sicherheit zu vermeiden
Wie bereits ausgeführt wurde, empfiehlt sich das Vorsehen eines Wärmetauschers auf der Zulaufseite der Luftumlaufleitung, um die fühlbare Wärme der durch die Luftumlaufleitung geführten Luft auf ein höheres   Temperatumiveau   anzuheben. Obwohl hiefür sehr unterschiedliche   Wärmequellen   eingesetzt werden können, ergeben sich im allgemeinen besondere Vorteile, wenn als Wärmetauscher ein Sonnenkollektor eingesetzt wird.

   Um bei bestehenden Wohnhäusern, die   Erdwärmekollektoren   zum Betreiben einer Wärmepumpe ausnützen, Sonnenkollektoren zur Erwärmung der Luft für die Luftumlaufleitung mit einfachen konstruktiven Mitteln zu erhalten, kann der Sonnenkollektor zwischen einer äusseren Dachhaut und einer Schalung unterhalb der Dachhaut einen Strömungskanal zum Ansaugen von Frischluft bilden, die von der Sonne über die Dachhaut erwärmt wird. Da viele Dächer aus einer Dachhaut und einer Schalung unterhalb der 

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 Dachhaut bestehen, bedarf es nur weniger baulicher Änderungen, um einen solchen Sonnenkollektor zur Erwärmung der angesaugten Frischluft für die Luftumlaufleitung des   Erdwärmekollektors   zu erhalten. 



   Die Luft aus der Luftumlaufleitung kann nach der Wärmeabgabe an das Erdreich ins Freie strömen Es ist aber auch möglich, diese abgekuhlte Luft in einem Kreislauf zu führen oder zu Kühlzwecken einzusetzen, beispielsweise dadurch, dass an die Luftumlaufleitung ablaufseitig ein entsprechender Wärmetauscher angeschlossen wird. 



   In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt Es zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemässen Erdwärmekollektor für eine Wärmepumpe in einem schematischen Vertikalschnitt und
Fig 2 diesen   Erdwärmekollektor   in einer vereinfachten, zum Teil aufgerissenen Draufsicht in einem grösseren Massstab
Der   Erdwärmekollektor   für eine herkömmliche Wärmepumpe 1 weist gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Kollektorleitungen 2 auf, die schlaufenbildend zwischen einer Verteilerleitung 3 und einer Sammelleitung 4 für einen   Wärmeträger,   beispielsweise das Kältemittel der Wärmepumpe 1, über eine in Fig.

   2 strichpunktiert angedeutete Kollektorfläche 5 im Erdreich 6 verlegt sind Die dem Erdreich 6 mit Hilfe des die Kollektorleitungen 2 durchströmenden   Wärmeträgers   entzogene Wärme wird über die Wärmepumpe 1 auf ein höheres Temperatumiveau angehoben und z B. zur Erwärmung von Brauchwasser und dem Wasser einer Warmwasserheizung eines Wohnhauses 7 verwendet. Um durch die dem Erdreich 6 entzogene Wärme eine schädigende Unterkühlung des Erdreichs 6 zu vermeiden, sind neben den Kollektorleitungen 2 für den Wärmeträger   Luftumlaufleitungen   8 über die Kollektorfläche 5 verteilt Im Erdreich 6 verlegt, wobei die Anordnung vorzugsweise so getroffen wird, dass jeder Schlaufe der Kollektorleitungen 2 ein Strang einer Schlaufe der   Luftumlaufleitungen   8 zugeordnet sind.

   Die zwischen einer gemeinsamen Zuleitung 9 und Abluftleitungen 10 schlingenbildend verlaufenden Luftumlaufleitungen 8 sind innerhalb des Erdreichs 6 in einem Sand- oder Kiesbett 11 verlegt und weisen ein zu einem Drainageablauf 12 ausserhalb der Kollektorfläche 5 abfallendes Gefälle auf, wie dies der Fig 1 entnommen werden kann. Da die Luftumlaufleitungen 8 mit Drainageöffnungen 13 versehen sind, kann nicht nur das sich in den Luftumlaufleitungen 8 bildende Kondenswasser über den Drainageablauf abgeleitet werden, sondern auch Sickerwasser aus dem die Luftumlaufleitungen 8 umgebenden Erdreich 6, so dass über die   Luftumlaufleitungen   8 eine vorteilhafte Entwässerung des Erdreiches 6 im Bereich der Kollektorfläche 5 erfolgt. 



   Die gemeinsame Zuleitung 9 für die   Luftumlaufleitungen   8 ist gemäss der Fig. 1 an einen Wärmetauscher 14 in Form eines Sonnenkollektors angeschlossen, der durch das Dach des Wohnhauses 7 gebildet wird Der sich zwischen der Dachhaut 15, beispielsweise einer Dachziegeleindeckung, und einer unterhalb der Dachhaut 15 vorgesehenen Schalung 16 ergebende Hohlraum kann in vorteilhafter Weise als Strömungskanal 17 für Frischluft 18 ausgenützt werden, die mit Hilfe eines Gebläses 19 durch die Zuleitung 9 in die   Luftumlaufleitungen   8 gefördert wird.

   Die zwischen der Dachhaut 15 und der Schalung 16 über die Sonneneinstrahlung erwärmte Frischluft 18 kann somit ihre fühlbare Wärme an das Erdreich 6 abgeben, was einerseits dazu führt, dass die dem Erdreich 6 zusätzlich zugeführte Wärme von der Wärmepumpe genützt werden kann, und anderseits die Vereisungsgefahr erheblich herabsetzt. 



  Um das Wärmeangebot der Sonneneinstrahlung vorteilhaft nützen zu können, kann das Gebläse 19 über eine Steuereinrichtung 20 in Abhängigkeit von den jeweils herrschenden Temperaturdifferenzen zwischen der Abluft 21 und der erwärmten Frischluft 18 gesteuert werden. 



  Zu diesem Zweck sind entsprechende Temperaturfühler 22 an die Steuereinrichtung 20 angeschlossen. 



   Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt, weil es lediglich darum geht, dem Erdreich im Bereich der Kollektorfläche Wärme Ober Luftumlaufleitungen zuzuführen, die zugleich Entwässerungsaufgaben   übernehmen.   Die fühlbare Wärme der durch die Luftumlaufleitungen geförderten Luft kann von sehr unterschiedlichen Wärmequellen stammen. Aus wirtschaftlichen Gründen wird die jeweils zur Verfügung stehende, kostengünstigste Wärmequelle benützt werden. Dabei bedarf es selbstverständlich keinesfalls zwingend eines Wärmetauschers, wenn entsprechend warme Abluft zur Verfügung steht

Claims

Patentansprüche : 1 Erdwärmekollektor für eine Wärmepumpe mit wenigstens einer über eine vorgegebene Kollektorfläche im Erdreich verlegten Kollektorleitung für einen Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Kollektorleitung (2) zumindest eine zulaufseitig vorzugsweise an einen Wärmetauscher (14) angeschlossene, mit Drainageöffnungen (13) versehene Luftumlaufleitung (8) über die Kollektorfläche (5) verteilt im Erdreich (6) verlegt ist und dass die Luftumlaufleitung (8) ein zu einem Drainageablauf (12) abfallendes Gefälle aufweist.
2 Erdwärmekollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftumlaufleitung (8) in einem Sand- oder Kiesbett (11) verlegt ist
3 Erdwärmekollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drainageablauf (12) ausserhalb der Kollektorfläche (5) vorgesehen ist.
4. Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Luftumlaufleitung (8) verbundene Wärmetauscher (14) aus einem Sonnenkollektor besteht, der zwischen einer äusseren Dachhaut (15) und einer Schalung (16) unterhalb der Dachhaut (15) einen Strömungskanal (17) zum Ansaugen von Frischluft (18) bildet.
5 Erdwärmekollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftumlaufleitung (8) ablaufseitig an einen Wärmetauscher angeschlossen ist.