Textile Erdsonden: «Weben ist Geometrie»

Wärmepumpen sind inzwischen hochtechnische Aggregate. Verbesserungspotenzial sahen Forschende der ETH jedoch bei Erdsonden und erarbeiteten zusammen mit einem Textilunternehmeneinen eine praxistaugliche Lösung. Der koaxialer Ansatz mit textiler Erdsonde bietet mehrere Vorteile.

Quelle: zvg

Idealerweise führen Bohrungen für Erdsonden bis in Tiefen mit wasserführenden Schichten.

Der Einsatz von Wärmepumpen verzeichnete in den letzten zwei Jahrzehnten hohe Wachstums-raten. Erdsonden ermöglichen es, Sand-, Schotter- oder wasserführende Schichten für die Produktion von Wärmeenergie anzuzapfen. Dabei können sich unterschiedliche Konstellationen von Erdsonden ergeben. Einzelne Sonden, die tief ins Erdreich dringen, oder mehrere Sonden, die weniger tief in den Boden führen. Doch das Prinzip ist bei den meisten Anlagen ähnlich. In einem Kreislauf wird Tiefenwasser zum Wärmetauscher an der Oberfläche gepumpt und in Rohren nach unten geleitet. Der Kreislauf mit Vor- und Rücklauf umfasst bei herkömmlichen Anlagen ein U-Rohr, was mit dem Nachteil eines kleineren Rohrdurchmessers und einer Hinterfüllung verbunden ist.

Koaxial und flexibler Schlauch

Vor über zehn Jahren richteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der ETH Zürich ihren Forscherblick auf die Erdsonden und erkannten Verbesserungspotenzial. Die Forscher suchten konkret nach Alternativen für die U-Rohrsonden. Die Quintessenz war, dass Erdsonden eine koaxiale Geometrie aufweisen sollten. Wie bei herkömmlichen Erdsonden muss das Bohrloch hermetisch vom Umgebungsmedium getrennt werden. Die Forscher dachten an ein flexibles und wasserdichtes Gewebe, das ins Bohrloch eingezogen werden könnte. Wird es anschliessend mit Wasser gefüllt, presst der Wasserdruck das Gewebe an die Wand des Bohrlochs. In diesem Schlauch wird dann das Förderrohr platziert.