Neue Technik: Hai-Oberfläche macht Kunststoff-Rohr effektiver

OBERRIET/SCHWEIZ, 09.05.2017 – Die Jansen AG hat auf der GeoTherm eine Weltneuheit im Bereich der Kunststoffrohr-Technologie vorgestellt: „Jansen shark“ reduziert dank einer speziellen Oberflächenstruktur im Rohrinneren den hydraulischen Widerstand und so die benötigte Leistung der Umwälzpumpe.

Schnitt durchs Rohr mit Hai-Innenleben

Jansen shark: Die Struktur im Rohrinneren ist optimal an das Strömungsverhalten des zirkulierenden Solemediums angepasst und bewirkt so eine deutliche Verringerung des hydraulischen Widerstandes. | Abbildungen: Jansen AG

Die Neuentwicklung wurde für den European Geothermal Innovation Award 2017 nominiert, der jedes Jahr auf der GeoTherm verliehen wird. Jansen will mit seiner Lösung die Effizienz von Erdwärmesystemen auf ein neues Niveau anheben. Dazu hat sich der traditionsreiche Schweizer Rohrproduzent bei der Entwicklung von der Hautoberfläche des Haifisches inspirieren lassen.

Rohr mit Hai-Struktur

Der Hai gehört zu den schnellsten Schwimmern seiner Art; die besondere Struktur seiner Hautschuppen verleiht ihm diese Eigenschaft. Die Schuppen tragen scharfe Rippen, auch Riblets genannt, welche die Strömung des Wassers entlang des Körpers gezielt lenken. Feine Längsrillen vermeiden Querbewegungen in der Wasserströmung. Dadurch wird der Strömungswiderstand deutlich reduziert und das Tier gleitet beinahe mühelos und pfeilschnell durch die Meere.
Ähnliche Oberflächenstrukturen und hydro-, respektive aerodynamische Verbesserungen werden heutzutage bereits bei Schwimmanzügen von Hochleistungssportlern, im Schiffs- und Flugzeugbau oder auch bei Windrädern eingesetzt. Die Ingenieure der Jansen AG wollten diesen Effekt auch für Erdwärmesysteme nutzbar machen und haben gemeinsam mit dem Institut für Energietechnik der Hochschule Rapperswil (IET/HSR) ein Kunststoffrohr sowie die dazu gehörenden Produktionseinrichtungen und -prozesse entwickelt.

Haihaut-Struktur
Die Schuppen der Haifischhaut tragen scharfe Rippen, welche die Strömung des Wassers entlang des Körpers gezielt lenken. Die feinen Längsrillen auf den Haifischschuppen vermeiden Querbewegungen in der Wasserströmung.

Großes Einsparpotenzial

Mit Optimierungen lässt sich der Druckverlust gegenüber herkömmlichen Erdwärmesonden um bis zu 10 % reduzieren. Eine derartige Verbesserung wirkt sich unmittelbar positiv auf die benötigte Pumpleistung und damit den Stromverbrauch der Umwälzpumpe aus. Tendenziell verbessert sich zudem bei Solepumpen der Wirkungsgrad mit dem abnehmenden Druckverlust. Das heißt, dass die Pumpeffizienz entsprechend der Kennlinie unterstützend zunimmt. Insgesamt kann je nach Pumpentyp bis zu 20 % Strom gespart werden.
Von der Jansen shark-Technologie profitieren Erdwärmesonden jeder Tiefe und Ausführung sowie Zuleitungen und auch Kollektorsysteme. Der Vorteil des geringeren Druckverlustes lässt auch die Investitionskosten nachhaltig senken. Beispielsweise können Erdwärmesonden mit einem Rohrdurchmesser von 32 mm in größerer Tiefe eingesetzt werden. Der mit zunehmender Sondenlänge steigende hydraulische Widerstand wird durch die verbesserte Oberfläche unmittelbar kompensiert. Flächenkollektorsysteme können mit längeren Solekreisen ausgeführt werden. Das wiederum führt sowohl zu einem einfacheren Einbau als auch kleineren und damit kostengünstigeren Verteileranlagen.

Noch weitere Möglichkeiten

Jansen shark-Erdwärmesysteme bieten also eine höhere Rentabilität und kürzere Amortisationszeiten. Ein Blick in die Zukunft zeigt, dass die Technologie noch ausbaufähig ist und auch in anderen Anwendungen zum Einsatz kommen soll, beispielsweise in Fußbodenheizungen, Energienetzen und weiteren Systemen, die von einer hohen Effizienz bei einem geringen Rohrdurchmesser profitieren.