Ruhende und fließende Gewässer
Das maxloidlverfahren mit Schutzrohr kann in Flüssen, Kanälen, Meeren, Seen, Bergbauseen und in der letzten Stufe von Kläranlagen auch bei leicht verschmutztem Wasser angewendet werden.
Sollten bisher Wärmetauscher mit Wasser aus stehenden Gewässern durchflossen werden, so musste dabei stets eine sehr große Wasser- oder Solemenge entsprechend weit und hoch zum Wärmetauscher gepumpt werden.
Anders ist es beim m a x l o i d l v e r f a h r e n, bei dessen Anwendung in stehenden Gewässern vereinfacht ausgedrückt gilt:
Wasser aus der Tiefe eines stehenden Gewässers strömt durch ein genügend weites unten offenes Rohr, das sich vertikal und durch Auftriebskörper schwebend im Wasser befindet, von unten nach oben, streicht dabei an im Rohr befindlichen Wärmetauscherflächen entlang und gibt dabei Wärme ab.
Da Wasser seine größte Dichte bei rund 4°C besitzt, befindet sich in genügend tiefen stehenden Gewässern, bei fehlender Durchmischung, in der Tiefe Wasser von 4°C. Pumpt man daher an der Wasseroberfläche eines senkrecht im Wasser stehenden, genügend langen und genügend weiten unten mit einem Gitter versehenen Rohres Wasser ab und pumpt es seitlich knapp oberhalb der Wasseroberfläche verlaufend wieder in das stehende Gewässer zurück, so strömt das 4°C warme Wasser aus der Tiefe wegen des größeren hydrostatischen Druckes im Rohr von unten nach oben. Werden in diesem Rohr von unten nach oben verlaufende Wärmetauscherrohre, Rohrbündel oder Wärmetauscherplatten angebracht, so kann das von unten nach oben an den Wärmetauscherflächen entlang streichende 4°C warme Wasser Wärme an den Wärmetauscher abgeben. Das im Wärmetauscher erwärmte Wärmetauschermedium (Wasser oder Wasser-Kältemittel-Gemisch, oder auch Direktverdampfung) wird in einem geschlossenen Kreislauf durch gut isolierte flexible Rohre an das Ufer geleitet und dort einer Wärmepumpenanlage zugeführt, die Wärme in Wärmenetze (auch für „Kalte Nahwärme“) eingespeist.
Beispielsweise benötigt man für das Herauspumpen von 150 Liter Wasser pro Sekunde aus einem solchen Rohr zur Überwindung einer Höhendifferenz von ca. 0,5 m nur eine Pumpenleistung von rund 1 kW. Andererseits kann die dabei im Rohr von unten nach oben fließende Wassermenge von 150 Liter bei einer Abkühlung um rund 2 K an im Rohr angebrachte Wärmetauscher Wärme mit einer Leistung von rund 1.200 kW abgeben.
Wird dabei das im Wärmetauscherkreis fließende Medium z. B. ein Wasser-Kältemittel-Gemisch von -3°C auf +2°C, also um rund 5 K erwärmt, so muss zur Erbringung einer Wärmeleistung von 1.200 kW dann dazu statt 150 Liter Wasser je Sekunde in einem offenen Kreislauf, lediglich eine Solemenge von rund 60 Liter je Sekunde in einem geschlossenen Kreislauf zu einer höher gelegenen Wärmepumpenanlage gepumpt werden.
Zudem muss auf Grund des geschlossenen Kreislaufs die Umwälzpumpe dazu lediglich nur die auch bei einem offenen System immer vorhanden Reibungswiderstände im Rohrkreislauf überwinden. Da das Medium Sole vom Wärmetauscher kommend (Vorlauf) zur Wärmepumpe hoch gepumpt wird und nach dem Durchlaufen der Wärmepumpe wieder nach unten zum Wärmetauscher „fällt“ (Rücklauf), spielt beim geschlossenen m a x l o i d l v e r f a h r e n der geodätische Höhenunterschied keine Rolle und es entfällt daher die Pumparbeit zur Überwindung des Höhenunterschieds.
Vergleichsweise müssten also ohne das m a x l o i d l v e r f a h r e n für eine Wärmeleistung von 1.200 kW bei Abkühlung des aus einem Gewässer gepumpten Wassers um 2 K statt 60 Liter rund 150 Liter je Sekunde zu einer höher gelegenen Wärmepumpenanlage gepumpt werden. Wobei dadurch in diesem Fall ein 2,5facher Aufwand sowohl für die Überwindung der Reibungskräfte im Rohr und zusätzlich auch für die Überwindung des Höhenunterschiedes erforderlich ist.
Die erforderliche Pumpenleistung kann somit durch das m a x l o i d l v e r f a h r e n enorm verringert werden, was besonders bei Wärmepumpen im höheren Leistungsbereich erhebliche Einsparungen erbringt.
Durch die Anordnung mehrerer solcher Rohre, die sich bei patentgemäßer Verwendung in ihrer Wärme-Kälte-Leistung auch bei geringem Abstand gegenseitig nicht beeinflussen, oder auch durch die Erhöhung der Fließgeschwindigkeit des im Rohr von unten nach oben die Wärmeaustauschplatten umströmenden Wassers, kann die Wärmeleistung vervielfacht werden. Dadurch können am Meer und an Seen, Kanälen und größeren Flüssen gelegene Ortschaften krisensicher mit Wärme oder Kälte versorgt werden. (Siehe auch das maxloidlverfahren für fließende Gewässer!)
Bei Stromversorgung der Wärmepumpenanlage durch ein nahegelegenes Wasserkraftwerk, Windkraftwerk, Solaranlage oder durch ein mit regenerativen Rohstoffen beheiztes Blockheizkraftwerk kann völlig unabhängig von fossilen Brennstoffen eine krisenfeste Versorgung mit Wärme sichergestellt werden.
Von besonderer Bedeutung ist auch, dass sich für den Wasserhaushalt eines natürlichen Gewässers keine negativen Veränderungen ergeben. Der Wärmetauscherkreislauf bildet ein geschlossenes System, es wird dabei kein Wasser aus oder in das Gewässer gepumpt, so dass keine aggressiven Stoffe in das System oder in das Gewässer gelangen können.
Beispiel für die Wärmeleistung des m a x l o i d l v e r f a h r e n s bei einer Anlage mit 1 MW:
Durchmesser des Schutzrohres 3,50 m; (Es sind aber auch andere Schutzrohrdurchmesser möglich!)
Ra = 1,75 m ; Ri = 0,50 m ; L = 2,5 m
Breite eines Wärmetauscherelementes = 1,25 m
Beidseitig umflossene Fläche eines WT-Elementes = 6,25 m²
Dicke eines Wärmetauscherelementes = 0,02 m;
Anzahl der WT-Elemente ≈ 60
Wärmeaustauschfläche ≈ 375 m²
Bei einer angenommenen Wärme-Kälte-Leistung der Wärmeaustauschplatten von 2,6 kW / m² erhält man dabei eine Wärmeleistung dieses Wärmetauschers von rund 1 MW.
Seebelüftung durch das m a x l o i d l v e r f a h r e n
Zudem könnte man durch das Verfahren, bei entsprechender Länge des vertikal im See „versenkten“ Rohres, zusätzlich noch eine sanfte Umwälzung des Tiefenwassers erreichen, da das Wasser aus der Tiefe über die Kante des rund 0,5 m über die Wasseroberfläche ragenden Rohres in einem kleinen Wasserfall wieder sauerstoffangereicht dem See zugeführt wird.
Pumpt man fortwährend aus einem solchen mit oder ohne Wärmetauschern bestückten Rohr durch den hydrostatischen Druck hochsteigendes Tiefenwasser ab, so benötigt man zum Herauspumpen einer Wassermenge von z. B. rund 1000 Liter/s um eine Höhe von 0,5 m nur eine Pumpenleistung von rund 7 kW (bei einem angenommenen Wirkungsgrad der Pumpe von rund 70 %), was eine sehr preisgünstige Belüftung eines Sees möglich macht.
Wegen der nicht genügend kalten Winter gab es in den letzten Jahren bei vielen Seen nur eine sehr schwache ökologisch wichtige Frühjahrszirkulation, also fast keine Durchmischung von Tiefenwasser und Oberflächenwasser.
Je nach Einsatz des Rohres im See könnte sich dabei der kleine Wasserfall neben dem ökologischen Aspekt auch optisch gut darstellen.
