elektrotechnik-held.de - Erdkollektoren

Einführung

Das im folgenden näher beschriebene Grabenkollektorsystem wurde vom Ing. Büro H. Gerbert entwickelt und seit 1976 im praktischen Betrieb getestet. Die Entwicklungsaufgabe war, ein Erdkollektorsystem zu entwickeln, das folgende charakteristischen Merkmale aufweist:

Erdgrundfläche so klein als möglich

Erdbewegungskosten so klein als möglich

Natürliche Regeneration während der Sommermonate

Monovalentes Erdkollektorsystem mit Solewärmepumpe ohne Zweitenergie

Beschreibung

Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass beim Grabenkollektor die Rohre parallel übereinander in einem stehenden Register angeordnet werden. Dies entspricht physikalisch einer Platte, deren Oberfläche 25% größer ist als eine glatte Platte. Dabei ist es wichtig, die Rohre in einer Tiefe zu verlegen, die ganzährig ein genügend hohes Temperaturpotential besitzt.
Über 400, von 1976 bis heute, installierte Anlagen in Deutschland, Österreich und der Schweiz und ein wissenschaftlich begleiteter Langzeitversuch im Forschungszentrum Obdach, bilden eine breite Erfahrungsbasis. Aus dieser können exakte Aussagen und Bedingungen abgeleitet werden.
Als solche ergeben sich:
• Monovalent betriebenes Heizsystem mit Wärmeentzug aus dem Boden und maximaler Vorlauftemperatur von 45°C bis 55°C.
• Feuchte Erden und ihre Mischungen (ausser reiner Sand oder reiner Kies) sind für die Grabenkollektoren geeignet.

Systembeschreibung des Grabenerdkollektors

Dieser besteht aus einer Anordnung von mehreren, in geringem Abstand laufenden Kunststoffrohren (siehe Abb.1).
Der Graben: Tiefe 3 m, Breite an der Basis 1,2 m, an der Oberfläche etwa 2,5 m.
Die Kollektorrohre sind in einem vertikalen Abstand von 10 cm verlegt. Dies ergibt je Graben-Meter eine Wärmetauschfläche von etwa 2,5 m². Die Enden der Vorlaufrohre münden in ein Vorlaufverteilerrohr, in gleicher Weise die Enden der Rücklaufrohre in ein Rücklaufverteilerrohr.

Abb. 1: Rohrverlegung und Grabenausbildung beim OKD-Grabenkollektor

Betriebserfahrungen

Bei den seit 1976 bis heute in Betrieb genommenen Grabenkollektor- Wärmepumpenanlagen, die alle mit automatischen, aussentemperaturabhängigen Regelungen ausgerüstet sind, konnten keine besonderen Störungen registriert werden.
Die meisten der installierten Anlagen wurden durch den Kundendienst jährlich kontrolliert, so dass ein umfangreiches Material zur Beurteilung der Anlagen vorliegt. Die Auswertung ergibt, dass die Anlagen mit Soleeingangstemperaturen die zwischen +10°C bei Beginn der Heizperiode liegen und je nach bautechnischer Güte des Objekts und Erdbeschaffenheit niedrigste Werte mit 4° bis -5°C während der Wintermonate erreichen können. Ab Ende Februar haben die Temperaturen den Tiefstpunkt überschritten und beginnen wieder zu steigen. Dabei kann man davon ausgehen, dass die natürliche Regeneration bis Ende August erfolgt ist und die neue Heizperiode mit der gleichen Anfangstemperatur beginnt.
Die Vegetation zeigt über dem Grabenkollektor gegenüber den nicht belegten Flächen keinen Unterschied.
Die dem Wärmepumpensystem zugeortneten Fussbodenheizungen die mit einer maximalen Vorlauftemperatur von =< 40°C arbeiten, garantieren eine gute Leistungsziffer die bei 4,0 bis 4,8 liegt. Die spezifischen Verbrauchswerte liegen bei Wohnhäusern zwischen qspez = 20 bis 55 kWh/m²a.

Ausführungsmöglichkeiten

Für die erreichbare Wärmepumpenleistung ist in erster Linie die Grabenlänge massgebend. Die Form des Grabens ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Der Graben kann geradlinig gestreckt, in L-Form oder in U-Form ausgelegt werden (siehe Abb.2).
Die besten Ergebnisse haben sich mit Erdmaterialien ergeben, die wasserdurchlässig sind, weil mit diesen Materialien eine optimale Regenerierbarkeit erreicht wird. Die Grabenkollektoren sind zum Einsatz in monovalenten Anlagen geeignet. Die besten Ergebnisse lassen sich als Kombination „Grabenkollektor, Solewärmepumpe, Fussbodenheizung“ erzielen. Für die Herstellung eines Grabens von 25 m Länge werden für das Ausheben und Wiederanfüllen ca. 10 Maschinenstunden mit einem Bagger mit einer 1 m breiten Baggerschaufel benötigt. Daraus ergibt sich, dass die Kosten für die notwendigen Erdbewegungen wesentlich niedriger liegen als beim Flächenkollektor.

Graben-Erdkollektoren für Heizwärmepumpen
Einführung Das im folgenden näher beschriebene Grabenkollektorsystem wurde vom Ing. Büro H. Gerbert entwickelt und seit 1976 im praktischen Betrieb getestet. Die Entwicklungsaufgabe war, ein Erdkollektorsystem zu entwickeln, das folgende charakteristischen Merkmale aufweist:

Erdgrundfläche so klein als möglich	Erdbewegungskosten so klein als möglich	Natürliche Regeneration während der Sommermonate	Monovalentes Erdkollektorsystem mit Solewärmepumpe ohne Zweitenergie
Beschreibung Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass beim Grabenkollektor die Rohre parallel übereinander in einem stehenden Register angeordnet werden. Dies entspricht physikalisch einer Platte, deren Oberfläche 25% größer ist als eine glatte Platte. Dabei ist es wichtig, die Rohre in einer Tiefe zu verlegen, die ganzährig ein genügend hohes Temperaturpotential besitzt. Über 400, von 1976 bis heute, installierte Anlagen in Deutschland, Österreich und der Schweiz und ein wissenschaftlich begleiteter Langzeitversuch im Forschungszentrum Obdach, bilden eine breite Erfahrungsbasis. Aus dieser können exakte Aussagen und Bedingungen abgeleitet werden. Als solche ergeben sich: • Monovalent betriebenes Heizsystem mit Wärmeentzug aus dem Boden und maximaler Vorlauftemperatur von 45°C bis 55°C. • Feuchte Erden und ihre Mischungen (ausser reiner Sand oder reiner Kies) sind für die Grabenkollektoren geeignet.
Systembeschreibung des Grabenerdkollektors Dieser besteht aus einer Anordnung von mehreren, in geringem Abstand laufenden Kunststoffrohren (siehe Abb.1). Der Graben: Tiefe 3 m, Breite an der Basis 1,2 m, an der Oberfläche etwa 2,5 m. Die Kollektorrohre sind in einem vertikalen Abstand von 10 cm verlegt. Dies ergibt je Graben-Meter eine Wärmetauschfläche von etwa 2,5 m². Die Enden der Vorlaufrohre münden in ein Vorlaufverteilerrohr, in gleicher Weise die Enden der Rücklaufrohre in ein Rücklaufverteilerrohr.
Abb. 1: Rohrverlegung und Grabenausbildung beim OKD-Grabenkollektor
Betriebserfahrungen Bei den seit 1976 bis heute in Betrieb genommenen Grabenkollektor- Wärmepumpenanlagen, die alle mit automatischen, aussentemperaturabhängigen Regelungen ausgerüstet sind, konnten keine besonderen Störungen registriert werden. Die meisten der installierten Anlagen wurden durch den Kundendienst jährlich kontrolliert, so dass ein umfangreiches Material zur Beurteilung der Anlagen vorliegt. Die Auswertung ergibt, dass die Anlagen mit Soleeingangstemperaturen die zwischen +10°C bei Beginn der Heizperiode liegen und je nach bautechnischer Güte des Objekts und Erdbeschaffenheit niedrigste Werte mit 4° bis -5°C während der Wintermonate erreichen können. Ab Ende Februar haben die Temperaturen den Tiefstpunkt überschritten und beginnen wieder zu steigen. Dabei kann man davon ausgehen, dass die natürliche Regeneration bis Ende August erfolgt ist und die neue Heizperiode mit der gleichen Anfangstemperatur beginnt. Die Vegetation zeigt über dem Grabenkollektor gegenüber den nicht belegten Flächen keinen Unterschied. Die dem Wärmepumpensystem zugeortneten Fussbodenheizungen die mit einer maximalen Vorlauftemperatur von =< 40°C arbeiten, garantieren eine gute Leistungsziffer die bei 4,0 bis 4,8 liegt. Die spezifischen Verbrauchswerte liegen bei Wohnhäusern zwischen qspez = 20 bis 55 kWh/m²a.		Ausführungsmöglichkeiten Für die erreichbare Wärmepumpenleistung ist in erster Linie die Grabenlänge massgebend. Die Form des Grabens ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Der Graben kann geradlinig gestreckt, in L-Form oder in U-Form ausgelegt werden (siehe Abb.2). Die besten Ergebnisse haben sich mit Erdmaterialien ergeben, die wasserdurchlässig sind, weil mit diesen Materialien eine optimale Regenerierbarkeit erreicht wird. Die Grabenkollektoren sind zum Einsatz in monovalenten Anlagen geeignet. Die besten Ergebnisse lassen sich als Kombination „Grabenkollektor, Solewärmepumpe, Fussbodenheizung“ erzielen. Für die Herstellung eines Grabens von 25 m Länge werden für das Ausheben und Wiederanfüllen ca. 10 Maschinenstunden mit einem Bagger mit einer 1 m breiten Baggerschaufel benötigt. Daraus ergibt sich, dass die Kosten für die notwendigen Erdbewegungen wesentlich niedriger liegen als beim Flächenkollektor.