GeoCollect. im Winter heizen im Sommer kühlen. GeoCollect-Erdwärme-Absorber-System. Anlagenbeschreibung

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1 im Winter heizen im Sommer kühlen GeoCollect-Erdwärme-Absorber-System Anlagenbeschreibung

2 Inhaltsverzeichnis Allgemeine Informationen zum GeoCollect-System 1. Die physikalischen Grundlagen Die Technik des Absorbers Die Dimensionierung (Auslegung) des GeoCollect-Systems Hinweise und Ideen zur kostengünstigen Montage Arbeitsschritte bei der Verlegung Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung Kombination mit anderen Energiequellen Überbauung mit versickerungsfähigem Pflaster Erfüllen von Auflagen in Trinkwasserschutzgebieten Zone 3a/b 19 2 Inhaltsverzeichnis

3 1. Die physikalischen Grundlagen 0,7 m Verlegeabstand Bitte Vorschriften nach DIN 4124 (10.02) beachten! GeoCollect-Erdwärme-Absorber-Module sammeln aus dem sie umschließenden Erdreich wertvolle Energie. Bei fachgerechter Dimensionierung wird eine zuverlässige Regenerierung des Erdreichs in der Absorptionsumgebung gewährleistet. GeoCollect-Erdwärme-Absorber-Module sind eine effektive und kostengünstige Alternative zu Erdsonden. Gegenüber herkömmlichen Flächenkollektoren benötigt dieses System deutlich weniger Fläche. Die physikalischen Grundlagen 3

4 1. Die physikalischen Grundlagen Funktion Entzugsleistung Durch die optimale Oberflächenkonzeption und die dünnschichtige & turbulente Durchströmung (low-flow-prinzip) erzielen die GeoCollect-Absorber ihre effiziente Entzugsleistung. Die senkrecht eingebauten GeoCollect-Absorber schöpfen die Energie aus einer großen Kubatur Erdreich (ca. 0,5 m horizontal und ca. 0,4 m vertikal). Diese Anordnung führt, bei einem Abstand von 0,7 m zwischen den Absorbern zum extrem geringen Flächenverbrauch bei einer Flächenentzugsleistung von 142,61 W/m². Diese gilt bei über 95 % aller Klimazonen und Bodenarten in Deutschland. Zur genauen Auslegung ist die Leistungstabelle im Anhang des Technischen Handbuches sowohl hinsichtlich der möglichen Entzugsleistung als auch der möglichen Jahresarbeit erforderlich. Bei trockenen Kiesböden sind generell zusätzliche Maßnahmen der Wasserhaltung (z.b. Regenwasserverrieslung, Folienwanne) einzuplanen. Die Ermittlung der Leistungswerte erfolgt aufgrund der durchschnittlichen Erdreich-Beschaffenheit in Deutschland: m Mittlere Geothermische Ergiebigkeit [kwh / (ma)]* >= < 55 *) berechnet für 1800 Betriebsstunden GWL Grundwasserleitung GWGL Grundwassergeringleiter 4 Die physikalischen Grundlagen

5 1. Die physikalischen Grundlagen Typischer Temperaturverlauf zu Beginn und zur Spitze der Heizperiode Zeitraum Sept. / Oktober Temperatur vor Betrieb der Wärmepumpe Temperatur nach einer halben Stunde Betrieb der Wärmepumpe Temperatur nach einer Stunde Betrieb der Wärmepumpe Temperatur nach einer Stunde Pause der Wärmepumpe Temperatur nach zwei Stunden Pause der Wärmepumpe WQA (Ausgang aus der Wärmepumpe) 12 C 8 C 7 C 10 C 11 C WQE (Eingang in die Wärmepumpe) 12 C 11 C 10 C 10 C 11 C Zeitraum Jan. / Februar Temperatur vor Betrieb der Wärmepumpe Temperatur nach einer halben Stunde Betrieb der Wärmepumpe Temperatur nach einer Stunde Betrieb der Wärmepumpe Temperatur nach einer Stunde Pause der Wärmepumpe Temperatur nach zwei Stunden Pause der Wärmepumpe WQA (Ausgang aus der Wärmepumpe) 3 C - 2 C - 4 C 1,9 C 2,5 C WQE (Eingang in die Wärmepumpe) 3 C 1 C - 1 C 2,1 C 2,6 C Dieses Beispiel zeigt, wie die im Erdreich gespeicherte Energie immer wieder zu einem energetisch wertvollen Phasenwechsel außen an den Absorberflächen führt, so dass sich das System auf dem Niveau Jan./Februar, selbst nach einem langen Winter (z.b. bis April), in den Abschaltzeiten der Wärmepumpe nahezu vollständig regeneriert. Die physikalischen Grundlagen 5

6 2. Die Technik des Absorbers Leistung Druckverlust Leistung P pro Modul Delta p pro Modul 99,83 W 96 Pa 960 Pa Geometrie Delta p pro Strang (10 Module) Flächenentzugsleistung (Grundstücksfläche) 142,61 W/m² (zwei Absorber pro 1,4 m²) Länge Breite Absorptionsfläche 0,89 m 0,35 m 2 x 0,31 m² 6 Die Technik des Absorbers

7 3. Die Dimensionierung (Auslegung) des GeoCollect-Systems Auslegung, bezogen auf die zu deckende Wärmeentzugsleistung aus dem Erdreich, bzw. Kälteleistung der zum Einsatz kommenden Sole/Wasser- Wärmepumpe. Entzugsleistung B0/W35 -> 3 kw 4 kw 5 kw 6 kw 7 kw 8 kw 9 kw 10 kw 11 kw 12 kw 13 kw 14 kw 15 kw Berechnete Modulmenge [99,83 W Modul] Anzahl der Kreisläufe [10 Module pro Kreislauf] Länge eines Einzelgrabens [m] Anzahl der Gräben à 5 m Länge, 0,7 m Breite, 1,5 m Tiefe Benötigte Grundstücksfläche [m²] Strang - Durchflussmenge [l/min] Durchflussmenge gesamt [l/h] Füllmenge Absorber [ohne WP+Verteiler] [Liter] Anteil Frostschutz 29 % [Ethylenglykol] [Liter] ,4 23,2 29,0 34,8 40,6 46,4 52, ,8 69,6 75,4 81,2 87,0 Grabenabmessung bei stehender Einbringung (T x B): 1,5 m x 0,7 m Grabenlänge (für 10 Absorber; je 5 im Vor- & Rücklauf): 5 m Idealerweise zusätzlich: + 0,5 m anschlussseitig Die theoretisch fehlenden 0,17 W pro Absorber = 1,7 W pro Strang werden durch die vorhandenen und in der Auslegung nicht weiter berücksichtigten Leitungswege im Erdreich erbracht. Die Leistungsangaben basieren auf der Spreizung Vorlauf/Rücklauf Sole von 3 K bei 5 l/min Strangdurchflussmenge. Die Dimensionierung (Auslegung) des GeoCollect-Systems 7

8 3. Die Dimensionierung (Auslegung) des GeoCollect-Systems Benötigte Fläche einer GeoCollect-Anlage: ca. 1/3 der Gebäudenutzfläche* Flächenvergleich Blau: benötigte Fläche herkömmlicher oberflächennaher Erdwärmesysteme Rot: benötigte Fläche für GeoCollect Erdwärme-Absorber-System * Das GeoCollect System benötigt oft nur 1/3 der Gebäudenutzfläche. Bei Verlegung in zwei Ebenen (untere Ebene 2,5 m Einbautiefe) kann der Flächenbedarf auf ca. 1/6 der Gebäudenutzfläche reduziert werden. 8 Die Dimensionierung (Auslegung) des GeoCollect-Systems

9 4. Hinweise und Ideen zur kostengünstigen Montage Abb. 1 Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4 Abbildungen > > > > Abb. 1: Baugruben parallel zu Hausmauern: Es werden Gräben, die parallel zu den Hausmauern verlaufen, genutzt. Dadurch wird nur eine geringe Oberfläche des Grundstücks aufgegraben. Abb. 2: Nutzbare Gräben: Bereits vorhandene Gräben und Zuleitungen rund um das Haus (wie z.b. Abwasser-, Strom-, Antennen- oder Stromleitungen) können genutzt werden. Abwasserwärme wird über Erdwärmetauscher aufgenommen. Abb. 3: Anböschungen: In Anböschungen wie Terrassen oder natürlichen Hängen können kleine Gräben gezogen und Erdwärme-Absorber- Module platziert werden. Abb. 4: Parkflächen: Parkflächen mit unversiegeltem Ökopflaster können unterirdisch durch eingelassene Absorber-Module nutzbar gemacht werden. Hinweise und Ideen zur kostengünstigen Montage 9

10 5. Arbeitsschritte bei der Verlegung 1. Aushub 0,8 m Grabenbreite (Verlegeabstand 70 cm) und 1,5 m Tiefe oder Komplettaushub. 10 Arbeitsschritte bei der Verlegung

11 5. Arbeitsschritte bei der Verlegung 2. Vormontage der GeoCollect-Absorber-Stränge á 10 Module entsprechend Verlegeschema Arbeitsschritte bei der Verlegung 11

12 bei der Verlegung Arbeitsschritte 3. Verlegen der GeoCollect-Stränge in die vorgesehenen Gräben bzw. in die ausgehobene Baugrube entsprechend Verlegeschema. Hier im Bild mit Bentonit-Sperrschicht als zusätzliche Maßnahme im Trinkwasserschutzgebiet. 4. Anbringen des Verteiler-Schachtes im Lichtschacht (Hartschaumplatte als Isolierung zum Mauerwerk bauseits), dann Anschweißen der Vor- & Rückläufe der Stränge an die PP-Steckstutzen unten am Sole-Verteiler-Schacht und Abgleich der Volumenströme der einzelnen Stränge; die Sammler-Rohre sind aus PE. Die Weiterführung in den Haustechnikraum erfolgt mit PE-Schweißmuffen. 12 Arbeitsschritte bei der Verlegung

13 5. Arbeitsschritte bei der Verlegung 5. Druckprüfung Luft 1 h mit 6 bar 6. Füllen und Spülen der GeoCollect-Anlage zunächst komplett, danach Strang für Strang, bis der Spülvorgang blasenfrei erfolgt. 7. Druckprüfung Sole 12 h mit 3 bar Arbeitsschritte bei der Verlegung 13

14 5. Arbeitsschritte bei der Verlegung 8. Verfüllen der Gräben bzw. der komplett ausgehobenen Baugrube mit bindigem Erdreich oder Schlämmsand bis 10 cm Überdeckung der Absorber, danach verfüllen mit versickerungsfähigem Aushub. 14 Arbeitsschritte bei der Verlegung

15 5. Arbeitsschritte bei der Verlegung 9. Einschlämmen der GeoCollect-Anlage bis zur Überdeckung der GeoCollect-Absorber 10. Einbringen eines Warnbandes etwa 0,5 m unter Geländeoberkante 11. Verfüllen und verdichten der Gräben. Arbeitsschritte bei der Verlegung 15

16 6. Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung Regenwasser-Verrieselung über den Absorber-Strängen (zwingend notwendig bei trockenen Kiesböden) Abwärme-Nutzung von Abwasserleitungen Ein durchschnittliches EFH gibt täglich Energie durch das Abwassersystem an die Umwelt ab. Durch Platzierung der Absorber-Module beidseitig der Abwasserleitung (Abstand 30 cm) kann ein Großteil dieser Energie zurückgewonnen werden. 16 Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung

17 7. Kombination mit anderen Energiequellen Das GeoCollect-Erdwärme-Absorber-System eignet sich ideal zur Ergänzung anderer Energiequellen für Sole/Wasser-Wärmepumpen. Dabei kann das GeoCollect-System in Abhängigkeit von der Leistung und der Dauer der Verfügbarkeit anderer Energiequellen entsprechend kleiner und damit kosten- & platzsparender ausgelegt werden. Typische Kombinationen sind: Ergänzung von Solarthermischen Anlagen und Energiedächern, deren Erträge im Winter als Quelle für die Wärmepumpe verwendet werden können (Abb. 1+2) Abwärmenutzung (z.b. Kompressor-Abwärme; sonstige Prozessabwärme) oder Kellerentfeuchtung im Altbau durch Verwendung von Rückkühlern Abwärmenutzung von Photovoltaik-Anlagen oder hinterlüfteten Fassaden SL-Absorber (geräuschlose Luft-Wärmetauscher z.b. als Energiezäune), die bei Plusgraden die Luft als Energiequelle benutzen und die Erde nur bei tiefen Lufttemperaturen. Abb. 1 Abb. 2 Arbeitsschritte Kombination mit bei anderen Verlegung Energiequellen 17

18 8. Überbauung mit versickerungsfähigem Pflaster 0,1-0,2 m 0,1-0,5 m* 0,1-0,6 m* 0,7 m versickerungsfähiges Pflaster (Versickerungswert: 270 l/s ha) offenporiger Beton (Kf-Wert > 10-4 m/s) Kies Steinfreies Verfüllmaterial (Aushub/Schlemmsand) Bei größeren GeoCollect-Anlagen werden Verteilersysteme nach Tichelmann verschaltet. Die Überbauung kann mit versickerungsfähigem Pflaster und darunter Drainbeton (entsprechend der erforderlichen Traglasten) erfolgen. 18 Überbauung mit versickerungsfähigem Pflaster

19 9. Erfüllen von Auflagen in Trinkwasserschutzgebieten Zone 3a/b Mit dem GeoCollect-System ist es oft möglich, eine Erdwärmeanlage zu errichten, selbst wenn eine Erdbohrung nicht genehmigt werden kann. Wenn in Trinkwasserschutzgebieten Zone 3a/b die grundwasserführenden Schichten einen hohen Abstand zur GeoCollect-Anlage aufweisen, gibt es meist keine besonderen Auflagen. Bei geringeren Abständen kann z.b. durch eine Bentonit- Sperrschicht die nötige Sicherheit hergestellt werden. Für den Nachweis der Dichtheit der Bentonit-Sperrschicht kann eine Grundwasserpeilstab errichtet werden. Gern sind wir bei der Planung im direkten Gespräch mit der zuständigen Behörde behilflich. Perforiertes KG-Rohr als aufnahme für den Grundwasserpeilstab Verlegung mit Bentonitsperrschicht Prinzipieller Aufbau (Querschnitt) mit Bentonitsperrschicht Erfüllen von Auflagen in Trinkwasserschutzgebieten Zone 3a/b 19

20 Kontaktdaten GeoCollect GmbH Milchstraße Hamburg Vertriebs- und Logistikzentrum Chemnitz Borssenanger Chemnitz Tel Fax Mail: vertrieb@geocollect.de Geschäftsführer: Kai-Uwe Wohlers Handelsregister: Amtsgericht Hamburg HRB: Nr USt.-ID: DE This project has received funding from the Eurpean Union s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No