Erdwärmesonden und Grenzabstände

Transkript

1 Erdwärmesonden und Grenzabstände Markus Kübert, Simone Walker-Hertkorn Peter Bayer, Philipp Blum, Stefanie Hähnlein Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG) en Bergrecht am Beispiel Hessen: Keine Erdwärmegewinnung ist aber nach Abs. Nr. BBergG die Erdwärmeentnahme in einem Grundstück aus Anlass oder im Zusammenhang mit dessen ( ) Nutzung (Leitfaden Erdwärmenutzung in Hessen,. Auflage) Bei einer Erdwärmeentnahme im Rahmen dieser Ausnahmeregelung darf Grundstücken keine Erdwärme entzogen werden. (Leitfaden Erdwärmenutzung in Hessen,. Auflage) Zur Verwaltungsvereinfachung wird davon ausgegangen (bei < kw), dass die Wärmeentnahme auf dem Grundstück verbleibt, wenn ein Abstand von, m zwischen Erdwärmesonde und Grundstücksgrenze eingehalten wird (Leitfaden Erdwärmenutzung in Hessen,. Auflage) (Quelle: Leitfaden Erdwärmenutzung in Hessen,. Auflage)

2 en Bergrecht am Beispiel Niedersachsen und Schleswig-Holstein: (Zitat aus dem Leitfaden Erdwärmenutzung in Niedersachsen) en Bundesländern wie Berlin, Hessen, Rheinland-Pfalz, Saarland, Thüringen ( ) und einzelne Landratsämter in Baden-Württemberg fordern Abstände zwischen den Erdwärmesondenbohrungen und den Flurstücksgrenzen. Ä Verhinderung/Verminderung der thermischen Beeinflussung zwischen Erdwärmesondenanlagen Zitat aus dem Leitfaden Erdwärmenutzung in Berlin: Um Grundstücksanliegern eine möglichst gering beeinflusste Wärmenutzung aus dem Grundwasser (Untergrund) zu ermöglichen, dürfen die Abstände der Erdwärmesonden zu den umliegenden Grundstücksgrenzen Meter nicht unterschreiten.

3 en Virtuelle RealitÄt Schwierigkeiten und Konflikte Ç GrenzabstÅnde kénnen aufgrund der FlurstÄcksgrÉÑe nicht eingehalten werden (Neubau) Ç Bebauung auf GrundstÄcken låsst eine Einhaltung der GrenzabstÅnde nicht zu Ö Bohrpunkt im Bereich von Zufahrten (Sanierung) Ç erhéhte Schwierigkeiten bei Begrenzung der Bohrtiefe aufgrund hydrogeologischer Gegebenheiten PlanungsbÄro fär ErdwÅrmesysteme Zentrum fär Angewandte Geowissenschaften (ZAG) Virtuelle RealitÄt en Ü Inwiefern kénnen vorgegebene GrenzabstÅnde zu einer méglichst geringen thermischen Beeinflussung der ErdwÅrmesondenanlagen auf FlurstÄcken beitragen? ) wenige benachbarte ) starke geothermische Nutzung in einem Wohngebiet Ü Kann bei einer Standardauslegung der ErdwÅrmesondenanlagen nach VDI, Blatt (Tabelle ) der gegenseitigen Beeinflussung der Sonden durch einen Grenzabstand Rechnung getragen werden? Ü Welchen Einfluss nehmen die geothermischen Eigenschaften des Untergrundes bzw. die gebåudetechnischen Parameter? Å Modellhafte Betrachtung dieser en Ç virtuelle Realität PlanungsbÄro fär ErdwÅrmesysteme Zentrum fär Angewandte Geowissenschaften (ZAG)

4 Thermische Simulation von ErdwÅrmesondenanlagen mit dem Programmen SBM (Superposition Borehole Model; Eskilson (98); HellstrÉm (989)) y- Richtung [m] A Ü Visualisierung der Temperaturausbreitung um das ErdwÅrmesondenfeld Temperaturisolinien Schnitte durch das Temperaturfeld Sonden im Zentrum des Feldes A' Ü Zeitlicher Verlauf der Temperaturen des WÅrmetrÅgermediums in den einzelnen Untergrundtemperatur [ác] FlurstÄcksgrenzen Sondenbohrungen, m, m, m T in [ác] Ti n [ C ] PlanungsbÄro fär ErdwÅrmesysteme Betriebsdauer [Monate] Zeit Zentrum fär Angewandte Geowissenschaften (ZAG) spezifische Parameter: Sondentyp: Doppel-U-Sonde, mal,9 mm WÅrmetrÅgermedium: Wasser-Glykol-Gemisch VerfÄllmaterial: Bentonit-Zement Thermischer Bohrlochwiderstand: R b =, (m K)/W GebÅudeparameter: Heizleistung WÅrmepumpe: kw Jahresarbeitszahl:, Laufzeiten:. h/a,.8 h/a,. h/a Ü jedem Einfamilienhaus (GrundstÄck) liegt die gleiche dimension (Heizleistung WÅrmepumpe, Anzahl/Tiefe der Bohrungen) zugrunde Ü Auslegung der mit einer spezifischen Entzugsleistung von W/m (VDI, Blatt ) PlanungsbÄro fär ErdwÅrmesysteme Zentrum fär Angewandte Geowissenschaften (ZAG)

5 Geothermische Parameter (typische Ergebnisse aus Thermal Respone Test bzw. Erfahrungswerte) Geologische Einheit Quartär/Tertiär (Ton/Schluff) Schichtstufenland (Keuper, Muschelkalk, Buntsandstein) Grundgebirge (Granit, Gneis) typische thermische/hydrogeologische Parameter Ä =, W/(m K) Ä =, W/(m K) Ä =, W/(m K) ungestörte Untergrundtemperatur: T =, C Exkurs: Dimensionierung der Erdwärmesonden VDI, Blatt, Tabelle Å bei < kw

6 Exkurs: Einflussparameter bei der Dimensionierung Beispiel: ungestörte Erdreichtemperatur: C Å Temperatur im Wärmeträgermedium soll nicht Thermischer unter C fallen Bohrlochwiderstand Geothermische und hydrogeologische Parameter Lastprofile [-] Heizen Kühlen Eigenschaften des Wärmeträgermediums. Heiz-/Kühlleistungen,. Heiz-/Kühlenergien,. Temperaturvorgaben Lastprofileder VDI :. Klima. (Jahresdurchschnittstemperaturen) Grundlastbetrieb den Grenzbereich von ± K Die Temperatur im Wärmeträgermedium soll im. gegenüber der ungestörten Erdreichtemperatur nicht Monate überschreiten (Spitzenlastbetrieb: ± 7 k). Å nach dieser Vorgabe ist die Erdwärmesondenanlage zu dimensionieren Sondenkonfiguration Verpressmaterial Verfüllrohr Bohrloch Sonde Vergleich Einhaltung vs. Nichteinhaltung des Grenzabstandes bei ( Flurstücke) Auslegung der mittels einer spezifischen Entzugsleistung von W/m Ç Bohrungen á 7, m Wärmeleitfähigkeit Ä =, W/(m K); Laufzeit der Wärmepumpe:.8 h/a Einhaltung des Grenzabstandes Nichteinhaltung des Grenzabstandes m auf dem Flurstück m zur Anlage Generell m Abstand y-richtung [m] m m y-richtung [m] m m

7 Mittlere Mediumstemperatur [C] Å zeitlicher Verlauf der mittleren Temperatur im Wärmeträgermedium (für das zentrale Flurstück) 8 - Zeit [Monate] Januar. Betriebsjahr Betrachtung der mittleren Temperaturen im Wärmeträgermedium für den Monat Januar des. Betriebsjahres Einhaltung des Grenzabstandes: Nichteinhaltung des Grenzabstandes: T med Ñ, ÉC T med Ñ, ÉC ÖT Ñ, K Å Auswirkung auf die Effektivität der Anlage Leistungsdiagramm einer Wärmepumpe: Verringerung der Wärmequellentemperatur um, K: Å Verringerung der Heizleistung um ca., kw Å Erhöhung der Stromkosten um ca. % (oder im Jahr) Fazit: Bei wenigen (Gesamtheizleistung = kw) hat eine Nichteinhaltung des Grenzabstandes von m keine wesentlichen negativen Auswirkungen auf die geothermische Leistungsfähigkeit. 7

8 Å Einfluss der geothermischen Parameter Laufzeit der Wärmepumpe:.8 h/a ungestörte Untergrundtemperatur: C Mittlere Mediumstemperatur [ C] Temperatur im Wärmeträgermedium Januar. Betriebsjahr Einhaltung Nichteinhaltung Wärmeleitfähigkeit Untergrund [W/(m K)] Å Einfluss der Laufzeit der Wärmepumpe Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes Ä =, W/(m K) ungestörte Untergrundtemperatur: C Mittlere Mediumstemperatur [ C] Temperatur im Wärmeträgermedium Januar. Betriebsjahr. Einhaltung Nichteinhaltung Laufzeit der Wärmepumpe [h/a] 8

9 9 Vergleich Einhaltung vs. Nichteinhaltung des Grenzabstandes bei 9 ( Flurstücke) Auslegung der mittels einer spezifischen Entzugsleistung von W/m (gängige Praxis!!!) Ç 8 Bohrungen á 7, m Wärmeleitfähigkeit Ä =, W/(m K); Laufzeit der Wärmepumpe:.8 h/a y-richtung [m] - Einhaltung des Grenzabstandes - m auf dem Flurstück m zur Anlage m m y-richtung [m] Nichteinhaltung des Grenzabstandes Generell m Abstand m m Mittlere Mediumstemperatur [C] Å zeitlicher Verlauf der mittleren Temperatur im Wärmeträgermedium (für das zentrale Flurstück) Zeit [Monate] Betrachtung der mittleren Temperaturen im Wärmeträgermedium für den Monat Januar des. Betriebsjahres Einhaltung des Grenzabstandes: T med Ñ Ü, 9ÉC Januar. Betriebsjahr Nichteinhaltung des Grenzabstandes: T med Ñ Ü, 9ÉC 9

10 9 Gesamtheizleistung der 9 : 9 kw Auslegung der mittels einer spezifischen Entzugsleistung von W/m Ç 8 Bohrungen á 7, m Betrachtung der mittleren Temperaturen im Wärmeträgermedium für den Monat Januar des. Betriebsjahres Einhaltung des Grenzabstandes: Nichteinhaltung des Grenzabstandes: T med Ñ Ü, 9ÉC T med Ñ Ü, 9ÉC Å kein VDI konformer Betrieb der gegeben Å der Unterschied ob Einhaltung oder Nichteinhaltung von Grenzab. beträgt K und ist daher vernachlässigbar Ç durch Festlegung eines Grenzabstandes kann der gegenseitigen thermischen Beeinflussung nicht Rechnung getragen werden Ç Planung / Konzeption der Gesamtanlagen erforderlich Wohngebiet Munzingen 9 bis Einfamilienhäuser, kw Verdampferleistung.8 h/a Laufzeit der Wärmepumpe VDI, Blatt konforme Auslegung (Temperaturvorgaben): Bohrung á, m bzw. Bohrungen á 7, m, m Mindestabstand zwischen den einzelnen Sonden

11 - Ganghofer Siedlung Regensburg Ç EinfamilienhÅuser Ç ca., MW Gesamtheizleistung Ç passive KÄhlung Å ErdwÅrmesondenfeld mit ca. Bohrungen zwischen und 9 m Tiefe Temperaturverteilung im Untergrund fär den Monat Januar im. Betriebsjahr: y-richtung [m] Basis Reinhausener Schichten, 8 h/a PlanungsbÄro fär ErdwÅrmesysteme Zentrum fär Angewandte Geowissenschaften (ZAG) Bei wenigen (Gesamtheizleistung à kw) hat eine Nichteinhaltung des Grenzabstandes von m keine wesentlichen negativen Auswirkungen auf die geothermische LeistungsfÅhigkeit. Bei einer Auslegung einer Vielzahl von ErdwÅrmesondenanlagen (Gesamtheizleistung >> kw) mit Hilfe der spezifischen Entzugsleistungen der VDI, Blatt kénnen GrenzabstÅnde nicht zu einer Verminderung der thermischen Beeinflussung beitragen. Ü benachbarte ErdwÅrmesondenanlagen in Wohngebieten sind als ErdwÅrmesondenfelder (Gesamtheizleistung >> kw) zu betrachten und entsprechend zu dimensionieren Geothermische Eigenschaften und gebåutechnische Anforderungen (Heizleistung und Laufzeit der WÅrmepumpe) spielen eine nicht unerhebliche Rolle. PlanungsbÄro fär ErdwÅrmesysteme Zentrum fär Angewandte Geowissenschaften (ZAG)

12 Vielen Dank! Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG)