Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Gewinnung von
Erdwärme für Heizungs- und Brauchwasser im
Niedrigtemperaturbereich von etwa 20 bis 35°C mittels
Wärmetauschern.The invention relates to a plant for the extraction of
Geothermal energy for heating and domestic water in
Low temperature range of about 20 to 35 ° C by means of
Heat exchangers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Alternativen zur
Gewinnung insbesondere von Heizenergie für Heizungs- und
Brauchwasser zu ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird
eine Anlage zur Gewinnung von Erdwärme gemäß Patentanspruch 1
vorgeschlagen. Die Erfindung ermöglicht die direkte Gewinnung
der Erdwärme zur Lieferung von sogenannter Fernwärme für
Heizungs- und Brauchwasser, insbesondere für den Wohnbereich.The invention has for its object alternatives to
Obtaining heating energy for heating and
To enable process water. To solve this problem
a plant for the extraction of geothermal energy according to claim 1
suggested. The invention enables direct extraction
of geothermal energy for the supply of so-called district heating for
Heating and industrial water, especially for the living area.
Die Erfindung benutzt hierbei das Gesetz der kommunizierenden
Röhren, wobei ein Rohr durch einen Schacht in die Erdtiefe
geführt ist und eine kalte Flüssigkeit, z. B. Wasser, in die
Tiefe transportiert. Die Druckfestigkeit der Rohre kann durch
entsprechende Materialauswahl, die Sicherheit durch
entsprechende Absperrorgane erreicht werden. Für den Fall, daß
die Erdwärme aus sehr großen Tiefen gewonnen wird, kann es
zweckmäßig sein, die Erwärmung stufenweise vorzunehmen, d. h.
zwei Wärmetauscheranlagen in unterschiedlicher Tiefe, von der
Erdoberfläche angerechnet, in Reihe zu schalten, wobei die
erdtiefste Wärmetauscheranlage die darüberliegende
Wärmetauscheranlage im Kreislauf speist und die höherliegende
Wärmetauscheranlage wiederum bis an die Erdoberfläche geführt
ist mit kaltem Zufluß und Rückleitung der erwärmten Flüssigkeit
an das Verbrauchernetz. Da die Erdtemperatur mit größer
werdender Erdtiefe zunimmt, sind die Wärmetauscheranlagen und
die Zu- und Rückleitungen in eine solche Tiefe zu legen, in der
die gewünschte Erwärmungstemperatur erreichbar ist. Die
Wärmetauschanlagen werden dann in der Erdtiefe in Stollen oder
Hohlkammern oder auch in parallelen Anordnungen verlegt, d. h.
mehrere Wärmetauscheranlagen in einem Querstollen nebeneinander
und auch mehrere Querstollen in einer Ebene mit entsprechenden
Wärmetauschanlagen. Wärmetauscher zum Erwärmen von kalten
Flüssigkeiten im Niedrigtemperaturbereich sind hinreichend
bekannt, beispielsweise bei der Rückgewinnung von Wärme aus
Abwassern. Die in den Wärmetauschern, die beispielsweise in
Form von Schlangenleitungen geführt sind, erwärmte Flüssigkeit
wird dann über wärmeisolierte Rohre wieder an die Erdoberfläche
zurückgeführt und dann hier über ein Verteilernetz dem
Verbraucher zugeführt. Da die warmen Flüssigkeiten leichter
sind als kalte, ist ein Rückfluß der erwärmten Flüssigkeit im
Prinzip automatisch gegeben, jedoch wird es vorteilhaft sein,
zur Beschleunigung des Durchflusses und Rückflusses zusätzlich
Pumpen insbesondere in der Rückleitung vorzusehen. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind den kennzeichnenden
Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 entnehmbar.The invention uses the law of communicating
Tubes, one pipe through a shaft into the depth of the earth
is performed and a cold liquid, e.g. B. water in the
Transported depth. The pressure resistance of the pipes can be reduced by
appropriate material selection, the security through
appropriate shut-off devices can be reached. In case that
geothermal energy is obtained from very great depths, it can
be expedient to carry out the heating in stages, d. H.
two heat exchanger systems at different depths, from the
Earth surface credited to connect in series, the
deepest heat exchanger system the one above
Heat exchanger system feeds in the circuit and the higher one
Heat exchanger system in turn led to the surface of the earth
is with cold inflow and return of the heated liquid
to the consumer network. Because the earth temperature with greater
As the depth of the earth increases, the heat exchanger systems and
to lay the feed and return lines at such a depth in which
the desired heating temperature can be reached. The
Heat exchangers are then buried in tunnels or at depth
Hollow chambers or laid in parallel arrangements, d. H.
several heat exchanger systems side by side in a cross gallery
and also several cross tunnels in one level with corresponding ones
Heat exchange systems. Heat exchanger for heating cold
Liquids in the low temperature range are sufficient
known, for example in the recovery of heat from
Sewage. The in the heat exchangers, for example in
Form of serpentine leads, heated liquid
is then brought back to the earth's surface via heat-insulated pipes
returned and then here via a distribution network
Fed to consumers. Because the warm liquids are lighter
are considered cold, is a reflux of the heated liquid in the
Principle given automatically, but it will be advantageous
to accelerate the flow and backflow additionally
Provide pumps in particular in the return line. Beneficial
Embodiments of the invention are the characteristic
Features of claims 2 to 4 can be removed.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in Fig. 1 schematisch
dargestellt. Von der Erdoberfläche 0 aus ist der Schacht 2
beispielsweise in einer Arbeitstiefe von 1000 m ins Erdinnere
getrieben. Am tiefsten Punkt des Schachtes 2 zweigen
Querstollen 10, 11 ab, in denen Kammern 6a, 6b usw. ausgebildet
sind, in denen die Wärmetauschanlagen 10a, 10b usw.
untergebracht sind. Durch den Schacht 2 führt das Rohr 1 in
Pfeilrichtung P1 ins Erdinnere, durch dieses Rohr 1 wird kalte
Flüssigkeit, z. B. Wasser, nach unten geleitet. Durch die im
Bereich der Kammern 6a, 6b herrschende höhere Temperatur auf
Grund der Erdwärme erfolgt die Erwärmung der durch den
Wärmetauscher 10a geleiteten Flüssigkeit und diese kann dann
durch das Rohr 4 der Rückleitung wieder in Pfeilrichtung P2
aufsteigen. Die Rohre 4 der Rückleitung sind mit einer
Wärmeisolierung 5 umgeben. Heizsysteme können bereits mit
Niedrigtemperaturen von ca. 30 bis 35°C arbeiten, so daß die
Arbeitstiefe für die Wärmetauschanlagen 10a, 10b und die
Schachtanlagen bei etwa 1000 m liegen könnte. Für erste
Versuche eignen sich stillgelegte Bergbauanlagen. Zum Erreichen
einer ausreichenden Menge an erwärmter Flüssigkeit für eine
Dauerversorgung sind in Stollenbauweise mit Querstollen 13, 14
mehrere Wärmeaustauschanlagen zu kombinieren, die auch
alternierend in Funktion treten können, Regulationssystem. Für
die Wintermonate mit erhöhtem Energiebedarf ist es möglich, die
Anlage zur Gewinnung von Erdwärme durch Speicher zu ergänzen,
die in den Sommermonaten Wärme speichern und im Winter
eventuell unter Nutzung von Wärmepumpen diese Energie wieder
abgeben, um den entsprechenden Mehrbedarf zu decken. In die
Rohrleitungen sind des weiteren Absperrorgane 9 an geeigneten
Stellen eingebaut, insbesondere um die einzelnen parallel
geschalteten Wärmetauschanlagen 10a, 10b im Bereich der
Querstollen 13, 14 nach Bedarf zu- und abschalten zu können.The invention is shown schematically in the drawing in Fig. 1. From the surface 0 of the earth, the shaft 2 is driven into the interior of the earth, for example, at a working depth of 1000 m. At the lowest point of the shaft 2 branch cross tunnels 10 , 11 , in which chambers 6 a, 6 b etc. are formed, in which the heat exchange systems 10 a, 10 b etc. are housed. Through the shaft 2 , the tube 1 leads in the direction of arrow P1 into the interior of the earth, through this tube 1 cold liquid, for. B. water, directed downwards. Due to the higher temperature in the area of the chambers 6 a, 6 b due to the geothermal heat, the liquid passed through the heat exchanger 10 a is heated and this can then rise again through the pipe 4 of the return line in the direction of arrow P2. The pipes 4 of the return line are surrounded by thermal insulation 5 . Heating systems can already work at low temperatures of approx. 30 to 35 ° C, so that the working depth for the heat exchange systems 10 a, 10 b and the shaft systems could be around 1000 m. Decommissioned mining facilities are suitable for initial attempts. In order to achieve a sufficient quantity of heated liquid for a permanent supply, several heat exchange systems which can also function alternately are to be combined in a tunnel construction with transverse tunnels 13 , 14 , regulation system. For the winter months with increased energy requirements, it is possible to supplement the geothermal energy system with storage facilities that store heat in the summer months and, in winter, may use heat pumps to release this energy to cover the corresponding additional demand. Shut-off devices 9 are also installed in the pipelines at suitable points, in particular in order to be able to switch the individual heat exchange systems 10 a, 10 b in the region of the cross tunnels 13 , 14 on and off as required.
Bei mehreren Wärmetauschanlagen 10a, 10b sind entsprechende
Rohrabzweigungen 1a von der Zufuhrleitung und 4a von der
Rückführleitung vorzusehen.In the case of several heat exchange systems 10 a, 10 b, corresponding pipe branches 1 a from the supply line and 4 a from the return line are to be provided.
Es ist auch möglich, mehrere kommunizierende Wärmetauschanlagen
in unterschiedlicher Tiefe in Schächten übereinander anzuordnen
und miteinander zu kombinieren, um beispielsweise Probleme der
Druckfestigkeit von Rohrleitungen zu überbrücken. Eine solche
Zwischenstation Z mit einer Wärmetauschanlage 11 ist
schematisch in der Fig. 1 angedeutet. In die Wärmetauschanlage
11 führt von der Erdoberfläche 0 eine Rohrleitung 110, in der
kalte Flüssigkeit zum Wärmetauscher 11 transportiert wird und
die im Wärmetauscher 11 erwärmte Flüssigkeit über die
Rohrleitung 114, die mit der Wärmeisolierung 115 versehen ist,
wieder zurück an die Erdoberfläche. Die Rohrleitungen sind
beispielsweise in dem Schacht 12 angeordnet. Der Wärmetauscher
11 hingegen wird von einem tiefer gelegenen Wärmetauscher
gespeist, der nicht dargestellt ist, wobei dieser tiefer
gelegene Wärmetauscher über die Rohrleitung 120 mit dem
abgekühlten Medium aus der Wärmetauschanlage 11 gespeist wird,
die in dem tiefer im Erdreich gelegenen Wärmetauscher mittels
der umgebenden Erdwärme erwärmt und über die Rohrleitung 124,
die isoliert ist, wieder in die Wärmetauschanlage 11
zurückgeführt wird.It is also possible to arrange several communicating heat exchange systems at different depths in shafts one above the other and to combine them with one another, for example in order to bridge problems with the pressure resistance of pipelines. Such an intermediate station Z with a heat exchange system 11 is indicated schematically in FIG. 1. A pipe 110 leads from the surface 0 of the earth into the heat exchange system 11 , in which cold liquid is transported to the heat exchanger 11 and the liquid heated in the heat exchanger 11 via the pipe 114 , which is provided with the thermal insulation 115 , back to the surface of the earth. The pipes are arranged in the shaft 12 , for example. The heat exchanger 11, on the other hand, is fed by a lower-lying heat exchanger, which is not shown, this lower-lying heat exchanger being fed via the pipeline 120 with the cooled medium from the heat exchange system 11 , which heats up in the heat exchanger located deeper in the ground by means of the surrounding geothermal energy and is returned to the heat exchange system 11 via the pipeline 124 , which is insulated.
Die Wärmetauschanlagen werden in entsprechenden Stollensystemen
und Schächten untergebracht, die auch gewartet werden können.
Im übrigen können und sollten die Wärmetauschanlagen so
ausgeführt sein, daß sie robust und über lange Jahre hinweg
wartungsfrei sind.The heat exchange systems are in appropriate gallery systems
and shafts that can also be serviced.
Otherwise, the heat exchange systems can and should
be designed to be sturdy and long lasting
are maintenance-free.