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1 Einführung in die Oberflächennahe Geothermie Dr.-Ing. Timo Krüger Ingenieurgesellschaft Heidt + Peters mbh

2 Gliederung 1. Grundlagen 2. Projektphasen 3. Bemessung und Auslegung von Sondenfeldern 4. Mehrwert durch Regeneration 5. Fazit

3 1. Grundlagen

4 Geothermie Erdwärme Temperatur an der Erdoberfläche variabel Jahreszeitliche Beeinflussung bis ca m Geothermischer Gradient ca. 3 C/100 m Wärmetransport im Untergrund über Wärmeleitfähigkeit des Gesteins Abhängig von Gesteinsart und Wassersättigung Grundwasserstrom Quelle: Nutzung von Erdwärme in Brandenburg, ETI Quelle: Geoberichte 24, LBEG

5 Definition Oberflächennahe Geothermie m Temperaturen zwischen 10 C und 20 C Wärmepumpe erforderlich Mitteltiefe Geothermie 400 bis m Temperaturen von rund 20 bis 50 C Direkte Nutzung zu Heizzwecken Tiefe Geothermie > m Temperaturen über 200 C möglich Stromerzeugung möglich

6 Erschließung oberflächennaher Geothermie Erdsonde

7 Erschließung oberflächennaher Geothermie Erdsonde Weiter Möglichkeiten der Erschließung ist die geothermische Aktivierung der Gründung oder erdberührender Bauteile Energiepfähle Schlitzwände Spundwände Schachtbauwerke Tunnel

8 Sondenfelder Durch die Kombination mehrerer Sonden wird die Leistungsfähigkeit erhöht Die Anordnung bestimmt dabei die Funktion Offene, gestreckte Anordnung erhöht den Wärmetransport Kompakte Anordnung erhöht die Wärmespeicherung Sondenfelder können überbaut werden offene, gestreckte Anordnung Kompakte Anordnung

9 2. Projektphasen

10 Projektphasen Bedarfsplanung Detailplanung Ausführung I. Machbarkeit II. Auslegung III. Ausführung Standortbeurteilung Vordimensionierung Variantenentwicklung GRT Modellsimulation Konkrete Dimensionierung Ausschreibung Bauüberwachung Fachtechnische Abnahme Wirtschaftlichkeit Genehmigungsfähigkeit Genehmigungsreife Planung Kostenberechnung Funktionierendes Bauwerk Gründliche Vorerkundung Konkrete Messungen (Pumpversuch, Geothermal Response Test) Gewissenhafte Dimensionierung Fachkundige Ausschreibung und Bauüberwachung sind elementare Bausteine für eine wirtschaftliche Projektabwicklung

11 3. Bemessung und Auslegung von Sondenfeldern

12 Bemessungsverfahren abhängig von der Leistung Kleine Anlagen bis 30 kw, reiner Wärmeentzug Bemessung nach standardisierten Richtwerten, z.b. VDI 4640 Maßgeblich ist die spezifische Entzugsleistung des Untergrundes in W/m Mittelgroße Anlagen 30 bis 100 kw, Heizen und Kühlen Bis Gesamtsondenmeter bzw. <20 m³/h Geothermal Response Test sinnvoll Temperaturentwicklung durch Simulationsrechnung keine Berücksichtigung des Grundwasserströmung Große Anlagen ab 100 KW, Heizen und Kühlen Geothermal Response Test erforderlich Bemessung durch numerische Simulation Direkte Berücksichtigung des Grundwasserstroms

13 Auslegung von Sondenfeldern Kollektoren meist bei kleineren Heizleistungen kostengünstiger, haben jedoch einen hohen Flächenbedarf (keine Überbauung/Verschattung) Erdwärmesonden erschließen tiefere Erdschichten und haben einen geringeren Flächenbedarf Regeneration entscheidend: Während der Heizperiode kühlen die Sondenfelder den Untergrund aus Außerhalb der Heizperiode regeneriert sich der Untergrund durch Zustrom aus den umliegenden Erdschichten passive Regeneration Die Größe des Erdsondenfeldes wird nicht direkt vom Wärmeentzug, sondern vom "Nachströmen" der Wärme bestimmt. Das Sondenfeld darf über die Jahre nicht auskühlen Aktive Regeneration, d.h. Einleitung von Wärme reduziert die Größe des Sondenfeldes und damit die Investitionskosten

14 4. Mehrwert durch Regeneration

15 Aktive Regeneration Speicherung von Wärme im Sondenfeld Regeneration des Sondenfeldes über Solarabsorber Speicherung von Sonnenenergie für die Heizperiode Günstige Variante zur Reduzierung der Größe des Sondenfeldes Kein Nutzungsvorteil Regeneration des Sondenfeldes durch Gebäudekühlung Nutzung der kühlen Sole zur passiven, energiesparenden Gebäudekühlung oder IT-Kühlung Speicherung der zur Kühlung entzogenen Energie für die Heizperiode Vorteil der energie- und kostenoptimierten Klimatisierung Regeneration des Sondenfeldes aus anderen Quellen z.b. BHKW Kühlung Kombination der Energielieferanten BHKW und Geothermie Speicherung der Überschusswärme des BHKW im Sommer

16 Auslegung von Sondenfeldern Simulation des Temperaturverlaufs über 20 bis 30 Jahre schafft Investitionssicherheit und eine Optimierung der Investitionskosten Vergleich zweier identischer Sondenfelder mit unterschiedlicher Nutzung Simulation über 30 Jahre nur Heizen Simulation über 30 Jahre Heizen + Kühlen

17 5. Fazit

18 Fazit Geothermie ist umweltfreundlich, nachhaltig und sicher Die Einsatzmöglichkeiten für Geothermie sind vielfältig Eine gute Konzeption ergibt wirtschaftliche Lösungen Kompetente Planung sichert die Investitionskosten Zusammenspiel verschiedener Fachplaner erforderlich

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr.-Ing. Timo Krüger Ingenieurgesellschaft Heidt + Peters mbh

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