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Für einen zuverlässigen Betrieb - Geothermische Wärmequelle für den Wärmepumpenprozess

Die Wärmepumpe bzw. der Verdampfer der Wärmepumpe kann aus verschiedenenNiedertemperaturmedien Wärme entziehen. Diese Medien sind z.B. Luft, Wasser bzw. Wasser mit Frostschutzmittel oder auch Sole genannt. Die Eigenschaften der Sole soll hier beschrieben und deren Veränderung im Laufe der Zeit dargestellt werden.

Bild 1: Prinzipschema Erdsonde mit Verdampfer.

Bild 2: Darstellung der Isolierschicht im Sonderrohr.

Bild 3: Prinzipschema Wärmepumpen/Heizsystem mit Wärmequelle Erdsonde.

Bild 4: Temperaturverlauf an der Wärmequelle.

Bild 5: Wärmetauschflüssigkeit aus dem Wärmequellenkreis mit Membranausdehnungsgefäß (weiße Emulsion mit Gaseinschlüssen).

Bild 6: Wärmetauschflüssigkeit aus dem Wärmequellenkreis mit „AIR-SEP“ (ohne Gaseinschlüsse).

 

Die Flüssigkeit Sole nimmt in Abhängigkeit von

  • Druck,
  • Temperatur,
  • Strömungsgeschwindigkeit,
  • Turbulenzen,
  • elektrostatische Aufladung,
  • Auftrieb,
  • Zeit,

Gase auf, gibt aber auch diese wieder ab. Ein geschlossenes Rohrnetz kann nicht gasdicht sein, denn durch vier Hanfverbindungen diffundieren ebenso viele Gase wie durch 100 m Kunststoff-Bodenheizrohr.
Die Quellen der Gase sind somit bedingt durch die Untersättigung der Sole Flüssigkeit das Ausdehnungsgefäß, die Gummimembrane, Hanfverbindungen, Stopfbuchsen, Kunststoffrohre, defekter Verdampfer, und das Erdreich.
Die Gasblasen implodieren unter hohem Druck und das Wasser, abhängig vom Partialdruckgefälle, nimmt Gas auf. Somit fließt das Gas im Erdreich den Sondenrohren zu. Lange horizontale Rohre im Erdreich lassen sich bei größerem Durchmesser schlecht entlüften.
Betrachtet man den Sauerstoffgehalt im Rohrnetz, sollte dieser nicht unter 0,05 mg/l sinken, da sonst das Wasser zur Verschlammung neigt und die Magnetitschicht sich  von der Rohrwandung löst. Das Abkühlen der Sole bewirkt ebenfalls die Absorption der Gase, und es erscheint der Eindruck einer guten Entlüftbarkeit.
Die Wärmeübertragung in den Sondenrohren und im Verdampfer verringert den Wirkungsgrad, der bis auf 50% der Übertragungsleistung sinken kann (Ablagerungen von Kalk, Gasfilme, Reaktionsgase, statisch aufgeladene Gase). Aus dieser Aufzählung geht hervor, wie kompliziert solch ein System sein kann.

Funktionsbeschreibung der Wärmequelle

Wie in Bild 1 zu sehen, soll die Tiefenbohrung Wärme aus dem Erdreich aufnehmen und dem Verdampfer (1) zuführen. Die Flüssigkeit (Sole, 5a) führt dem Verdampfer im Vorlauf Wärme zu. Die Druckhaltung (4) vermeidet die Kavitation im Pumpenbereich saugseitig und soll bei min. Druck 1 bar Überdruck liegen. Der statische Druck an der Umlenkung beträgt somit statische Tiefe plus 1 bar Vordruck, z.B. statische Tiefe : 100 mWS = 10 bar Ü. plus 1 bar Vordruck = 11 bar Ü.
Die Entlüftungsmöglichkeit (10) ermöglicht eine Grobentlüftung im Pumpenstillstand. Mittels des Wärmetauschers (7) kann von einer weiteren Wärmequelle (Solar) auch Wärme zugeführt werden und die Wärme im Erdreich abfließen. Diese Wärme fließt der Sonde wieder bei Bedarf zu. Es geht keine Wärme verloren.
Im Prinzipschema (Bild 3) ist die Einbindung eines „AIR-SEP“ Gerätes von der Firma Kodex ersichtlich. Diese Geräte sollen einen optimalen Wirkungsgrad gewährleisten.

Störfaktoren

Die eingangs erwähnten Parameter verursachen die Übertragungsverluste. Beim betrachten der Rohrwandung (Bild 2) lässt sich leicht erkennen, dass weitere Isolierschichten entstehen.
In Abhängigkeit der Zeitphase entsteht eine Emulsion mit Gaseinschlüssen und der Ausbildung einer Isolierschicht. Die Übertragungstemperatur sinkt um 13,5 K (Bild 4) bei dem Laborversuch. Mit dem Entgasen von „AIR-SEP“ entstand ein homogener Volumenstrom und die Soletemperatur betrug +4,5°C (Bild 4).
Nach dem einwandfreien Entgasen (im Bild 5 ist die Emulsion dargestellt, Bild 6 zeigt die Sole ohne Gaseinschlüsse) wurde das „AIR-SEP“ Gerät wieder abgesperrt und die Druckhaltung (4) wieder geöffnet. Es zeigte sich, dass die Temperatur nach sechs Wochen um 10,5 K sank. Das Abkühlen der Sole bewirkte ein starkes Partialdruckgefälle zur Umgebung und somit strömten die Gase der Sole zu.
Das Expansionsgefäß (4) wurde daraufhin entfernt. Das „AIR-SEP“ Gerät (Bild 3) verursacht seit über drei Jahren einen einwandfreien und zuverlässigen Betrieb.

KONTAKT: Korex GmbH, 82205 Gilching, Tel. 08105 778220, Fax 08105 7782220, info@korex.de, www.korex.de

 


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