Grundlagen Oberflächennahe Geothermie Energiemanager IHK

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1 Grundlagen Oberflächennahe Geothermie Energiemanager IHK Dipl.-Ing. Hans-Joachim Lohr Dipl.-Ing. Markus Sommer

2 1 Formen der Erdwärmenutzung 2 Geothermische Ergiebigkeit 3 Wärme- Leitfähigkeit 10 Energiepfähle 4 Eintrag und Entzug Grundlagen Geothermie 9 Schächte Verteiler 5 Erdwärmesonden 8 Erdsondenfelder 7 Verpressung von Erdsonden 6 Bohrverfahren

3 Formen der Erdwärmenutzung

4 Formen der Erdwärmenutzung In dem Vortrag wird ausschließlich die Nutzung der oberflächennahen Geothermie behandelt

5 Temperaturverlauf im Erdreich Oberflächennahe Geothermie (Definition nach VDI 4640) bis zu einer Tiefe von 400 m Einflussbereiche des solaren und terrestrischen Wärmestroms auf die Temperatur im Untergrund Temperaturanstieg ca. 3 C pro 100 m Tiefe (geothermischer Gradient) Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche ca W/m² Wärmestrom aus dem Erdinneren 0,05 bis 0,12 W/m²

6 Temperatur im Erdreich

7 Geothermische Ergiebigkeit

8 Wärmequellen Horizontalkollektoren Wärmeentzug Wärmeeintrag W/m² 5 20 W/m² Verlegeabstand cm Verlegetiefe 1,5...1,7 m Der Kollektor wird aus PE-HD Rohren 25 x 2,3 mm hergestellt. PE-Rohre werden in handelsüblichen Längen von 100 m je Kreislauf verlegt. Die Kreise werden auf einen Verteiler zusammengeführt

9 Horizontalkollektor in Baugrube Rohrleitungen aus PEx Material

10 Wärmequellen Erdsonden zum heizen + kühlen Heizen Wärmeentzug W/m Ergiebigkeit kwh/m a Kühlen Wärmeeintrag W/m Ergiebigkeit kwh/m a Sonden werden in der Regel bis zu einer Tiefe von 150 m abgeteuft. Material: PE-HD-Rohre mit 180 -Sondenfuß in den Dimensionen 25 x 2,3 oder 32 x 3,0 mm

11 Wasser-Wasser-Wärmepumpe mit Brunnenanlage Wassertemperatur C Saug- und Schluckbrunnen

12 Wärmeleitfähigkeit

13 Wärmequellen (Anlagen < 30 kw) VDI

14 Eintrag + Entzug

15 Wärmeeintrag-Wärmeentzug RL VL WÄRME ENTZUG WÄRME EINTRAG kwh/ma kwh/ma

16 Erdwärmesonden

17 System Erdsonde

18 Einbauskizze und Bohrprofil

19 Geothermische Ergiebigkeit Angaben in kwh/m a

20 CO2-Erdwärmesonde

21 Wärmequellen Erdsondentechnik SONDENBAUFORMEN Rohr-in-Rohr-System Diese Sondenbauform findet im praktischen Einsatz kaum Anwendung. Doppel-U-Rohr-Sonde Doppelsonden dieser Bauform werden in den Dimensionen 25 x 2,3 mm und 32 x 3,0 mm am häufigsten eingesetzt

22 Wärmequellen Aufbau einer Duplex-Sonde Dimension 32 x 2,9 mm PEHD 100 SDR 11 Teufe von 100 m Injektionsrohr 25 x 2,3 mm für die Verpressung der Sonde mit Suspension im Contactor- Verfahren

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25 Bohrverfahren

26 Wärmequellen Bohrgeräte für Erdsondenbohrungen

27 Bohrverfahren für Erdsondenbohrungen Spülbohrung Imlochhammerbohrung Schneckenbohrung

28 Wärmequellen Schneckenbohr Verfahren Bei dem Schneckenbohrverfahren handelt sich um Trockenbohrverfahren. Über die Schnecke wird das Bohrgut verdrängt. Möglich bis zu Teufen von ca. 50 m im lockeren Boden. Anwendung bei kleineren Anlagen oder sandigen Böden

29 Wärmequellen Bohrtechnik für Sondenanlagen Hohlschnecken-Bohrung Bohrungen für Erdsonden in Lockergestein bis ca. 50m

30 Wärmequellen Einbau einer Sonde Sondeneinbringung in die Hohlbohrschnecke. Nach Einbringung der Sonde wird die Schnecke linksläufig herausgedreht. Die Schnecke besteht aus Einzelelementen á 1,00 m. Bohrtiefe (Sondenlänge) bei diesem Bauvorhaben 30,00 m

31 Wärmequellen Rotary-Bohrtechnik (Spülbohrverfahren) Bei dem Spülbohr- Verfahren wird das Bohrgut über Wasser aus dem Bohrloch ausgetragen und in eine Spülwanne gepumpt in der sich das Bohrgut absetzen kann. Bohrtiefen über 100 m möglich

32 Wärmequellen Rotary-Bohrtechnik (spülbohren)

33 Rotary-Spülbohr-Verfahren Über das Bohrgestänge wird Spülwasser in das Bohrloch gepresst und damit das Bohrgut aus dem Bohrloch gefördert. Das Bohrgut lagert sich in der Spülwanne, Zweikammersystem ab. Das Wasser wird wieder verwendet

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35 Wärmequellen Bohrtechnik Erdwärmesondenbohrung im Spülbohrverfahren

36 Imlochhammer Verfahren Über das Bohrgestänge wird Druckluft in das Bohrloch gepresst und damit das Bohrgut aus dem Bohrloch gefördert. Das Bohrgut wird in einem Container gesammelt und später entsorgt

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38 Wärmequellen Raupenbohrgerät Für Imlochhammer- Bohrverfahren. Das Bohrgut wird über Pressluft ausgetragen. Einsatz für Teufen bis ca. 150 m

39 Bohrmeisel und Bohrgestänge

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41 geojetting Neues Bohrverfahren von Vaillant Rotierender Bohrkopf mit 6 Wasserdüsen, die mit bis zu bar Wasserdruck arbeiten. Wasserverbrauch ca. 26 Liter pro Minute. Entwicklung GZB (Geozentrum Bochum + Vaillant)

42 geojetting Neues Bohrverfahren von Vaillant Darstellung Raupenbohrgerät mit geojetting-bohrvorrichtung

43 geojetting Neues Bohrverfahren von Vaillant Ansicht Bohrkopf mit Hydaulik

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47 Verpressung

48 Verpresspumpe für Erdsonden Verpresspumpe 4,2 kw Zwangsmischvorrichtung max. 40 bar Förderhöhe max 2,0 m³/h Föderleistung Suspensionsverpressung 140 l Trommelvolumen 80 l Mischvolumen Komplette betriebsfertige Einrichtung mit Wasser- und Stromanschluß

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51 Erdsondenfelder

52 Erdsondenanlage Büro- und Verwaltungsgebäude Essen Erdsondenfeld mit 10 Soden á 100m. Jeweils 5 Sonden werden über einen Tichelmann-Ring miteinander verbunden und einem zugehörigem Sammelschacht zugeführt und von dort mit der Anlagentechnik in dem Gebäude verbunden

53 Erdsondenanlage je Schacht 7 Sonden á 150 m (je Sonde 2,2 m³/h) 7 x 2,2 m³/h = 15,4 m³/h

54 7,0 m Erdsondenanlage 10 Sonden 7,0 m Sondenfeld 7 x 10 = 70 Sonden á 150 m = m Feldgröße 42 x 63 m 7 Sonden

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56 Schächte Verteiler

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58 PEHD-Fertigteilschacht mit integriertem Verteiler Zunehmend werde Fertigteilschächte aus PEHD-Material eingesetzt. Die Schächte sind mit den Vor- und Rücklaufverteilern, Absperr- und Entlüftungsventilen sowie den Strangregulierventilen ausgestattet

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62 Erdsondenanlage VERTEILER- UND SAMMEL- SCHACHT EINER ERDSONDEN-ANLAGE Verteiler- und Sammel- Schacht einer Erdsonden- Anlage. Beton - (Norm) - Schacht mit eingeführten PE-Anschlussleitungen der Sonden. Die Anschluss- Leitungen werden auf einen Sammler bzw. Verteiler zusammengeführt

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66 Energiepfähle

67 Schlitzwand für Baugrubenverbau AUS EIN PEHD-Rohre Stahlarmierung Beton

68 Armierungskorb mit PEHD-Rohr

69 Massivabsorber Bewehrung von Schlitzwänden mit eingesetzten Wärmetauschern aus PE-HD Rohren Schlitzwände werden zur Absicherung von Baugruben eingesetzt und können zusätzlich zur Nutzung als erdberührtes Bauteil zur Energiegewinnung genutzt werden

70 Massivabsorber DER ENERGIEPFAHL Statische Funktion Thermische Funktion Wärmeentzug (Heizbetrieb) ca kwh/ma ca W/m Wärmeeintrag (Kühlbetrieb) ca kwh/ma ca W/m

71 Energiepfahl Abwicklung eines Energiepfahles mit einem Durchmesser von 0,7 m Gesamtbaulänge 15,0 m Rohre PE-HD 32 x 2,9 mm Entzugsleistung ca. 100 W/m Bestückung mit 140 m Rohr

72 Massivabsorber mit Registern aus PEx Material

73 Energiepfahl 800 mm

74 Energiepfahl mit PEx-Rohr-Register Austritt der Anschlussleitungen aus dem betonierten Pfahl. Die PEx Rohrregister sind auf die Armierungskörbe vor der Einbringung aufgebunden worden

75 Energiepfahl mit PEHD-Rohr-Register Anbindung der Energiepfähle an die Horizontalverteilung

76 Energiepfahl 800 mm Durchmesser

77 Massivabsorber Ramm- Hohl- Pfahl

78 Massivabsorber Ramm- Hohl- Pfahl

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