FWS-Tagung Neuentwicklungen bei Erdwärmesonden

Transkript

1 Neuentwicklungen bei Erdwärmesonden

2 Überblick Gründe für tiefere Erdwärmesonden Entwicklung der Erdwärmesonden Bohrtiefen-Entwicklung in CH Entwicklung der Erdwärmesonden Technische / Wirtschaftliche Anforderungen Erdwärmesonden PN 20 Erdwärmesonden GEROtherm -Flux Generelle Qualitätsanforderungen Fazit / Aussichten Seite 2

3 Gründe für tiefere Erdwärmesonden Platzverhältnisse in den Agglomerationen Nutzung der höheren Temperaturen aus der Tiefe Seite 3

4 Bohrtiefen-Entwicklung in CH Durchschnittswerte in m / Erdwärmesonde Zunahme in 10 Jahren: +33% Seite 4

5 Entwicklung der Erdwärmesonden Materialqualität - PE 80 - PE PE 100-RC (resistant to crack) - PE 100-RT (rised temperature) bis 95 C Materialstärke / Druckstufe -PN 16 -PN 20 Optimierung Druckverlust / Druckbelastung - GEROtherm -Flux Seite / AE

6 Technische / Wirtschaftliche Anforderungen Technische Anforderungen kleiner Bohrlochwiderstand (Geologie, Verpressung) tiefer hydraulischer Druckabfall (Doppel-U, Rohrdurchmesser) lange Lebensdauer (Dimensionierung, Qualität) erhöhte Innendruckstabilität erhöhte Aussendruckbeständigkeit für schwereres Verpressmaterial (thermisch verbessert) Wirtschaftliche Anforderungen günstige Verpressung (thermische Leitfähigkeit) kurze Bohrungen (Kosten) Sondenrohre mit kleinem Durchmesser oder Einfach-U gutes Preis / Leistungsverhältnis Einfacher Transport und Einbau Seite 6

7 GEROtherm Erdwärmesonde PN 20 PN 16 PN 20 Druckfestigkeit: 20 bar Rohrdimensionen: 40mm x 4.5mm Standard-Längen: 200m 300m Seite 7

8 Vergleich der thermischen Leistungsfähigkeit von PN20 vs. PN16 Erdwärmesonden Berechnung von tewag vom 23. Juli 2012 Beispiel: Sondeneinbautiefe: 195m, spez. Entzugsleistung: 43W/m Solevolumenstrom: 2.5 m 3 /h Wärmeträgermedium: 25% Ethylenglykol-Wasser Thermischer Bohrlochwiderstand bei optimaler Lager der Sondenrohre Hinweis: Rohre gebündelt wesentlich schlechter Rohre an der Bohrwand entlang wesentlich besser Temperaturdifferenzen zwischen Vor- und Rücklauf bei einer Entzugsleistung von 43W/m PN 16 PN (mK/W) (mk/w) 4.3K 4.0K COP der Wärmepumpe Druckverlust für eine Sonde 473mbar 601mbar Die mittlere Jahresarbeitszahl reduziert sich unter Berücksichtigung des etwas höheren Stromverbrauch der Umwälzpumpe Seite 8

9 Vergleich der Erdwärmesonden PN16 / PN20 Kriterien PN 16 PN 20 Innendruckbeständigkeit 16 bar (Fuss 20 bar) 20 bar Beuldruckverhalten bei 20ºC und 24h 14,1 bar 27.2 bar Durchflussquerschnitt 834mm 2 754mm 2 Dimensionen Fuss / Diagonaldurchmesser für Dopple-U 40er Erdwärmsonden 112mm 112mm Rollenabmessungen / Verpackung identisch identisch Kompatibel mit GEROtherm System (Hosenstücke, Elektroschweissmuffen, GEROtherm -Push, etc.) Werkzeugnis nach EN für den Werkstoff PE 100-RC ja weisse Etikette ja hellblaue Etikette GeoTherm Offenburg 2013 Seite 9

10 Einbau von Sonden in Winterhur 42 Stk. 305m DE 40mm / PN 20 Seite 10

11 GEROtherm -Flux Beschreibung Doppel-U Sonde für den Tiefenbereich von 200m 320m. Innendruckstabil bis 32 bar. Geometrie des Fusses gleich wie Doppel-U Sonden DE 40 Aussendurchmesser der Rohre DE 43mm Ø121mm Max. Durchmesser 121mm Seite 11

12 GEROtherm -Flux Technische Merkmale Der Bohrlochwiderstand ist für die Sonden PN 20 und die GEROtherm -Flux vergleichbar Für die Dimensionierung der Erdwärmesondenanlagen kann mit den marktüblichen Simulationsmodellen ohne Anpassungen gerechnet werden. Für die Hydraulikberechnungen muss der konische Innendurchmesser berücksichtigt werden. KVS-Werte (Durchflusskoeffizient) gemäss Grafik. Durch die konische Bauweise ist die GEROtherm -Flux resistenter für hohe Druckdifferenzen, die sich bei Einbauten in trockenen Bohrlöchern oder bei schweren Hinterfüllungen ergeben. Seite 12

13 TRT-Vergleich der Erwärmesonden PN 20, GEROtherm -Flux Sonde 40mm, 300m PN 20 Sonde 294m GEROtherm -Flux Messung am gleichen Einbauort und damit unter gleichen geologischen Verhältnissen Seite 13

14 GEROtherm -Flux Vergl. KVS für PN 16 / PN 20 / -Flux GEROtherm -Flux Seite 14

15 GEROtherm -Flux konische Bauweise Ø 43 mm Ø 36.6 mm Wandstärke 3.2mm Resistenter bei hohen Druckdifferenzen m: 10 bar -160m: 16 bar -200m: 20 bar Wandstärke 6.4mm -320m: 32 bar Ø 30.2 mm Seite 15

16 Doppel-U GEROtherm -Flux Einbau / Anschluss Anschluss mit Elektroschweissmuffen DE 43mm / 40mm Seite 16

17 Qualitätsanforderungen Mitteltiefe Erdwärmesonden stellen hohe Anforderungen an die Bohrtechnik, den Einbau und das Material. Die Sonden sind während dem Einbau und später beim Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt. Hohe Qualität der Erdwärmesonden ist eine Bedingung. Bei Erdwärmesonden ist deshalb zu beachten: - 100% Kontrolle vom Rohmaterial bis zum Endprodukt - Durchgängige Prüfung / Zertifizierung aller Teile (Rohre, Fuss, Schweisstechnik, etc.) Dokumentationen für Kunden / Behörden: - Werkzeugnis - Einbauzertifikat Nach dem Einbau Druckprüfung / Durchflussprüfung mit Dokumentation Seite 17

18 Fazit / Aussichten Die Entwicklung geht weiter Richtung tieferen Sonden Die Kombination Heizung und Speicherung auf einem höheren Temperaturniveau ergibt effizientere Anlagen und eine bessere JAZ (Jahresarbeitszahl) kann erreicht werden Bohrgeräte und Erdwärmesonden werden für die tieferen Erdwärmesonden entwickelt Die Erfolgsstory der Erdwärmesonde zusammen mit der Wärmepumpe wird weitergehen. Vor allem bei grösseren Anlagen kann viel Energie gespart werden und die Lösungen sind wirtschaftlich. Seite 18

19 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit