Erdwärme nachhaltig wirtschaftliche Energieversorgung aus einer Quelle, die nie versiegt Dipl.-Kfm. Dirk Schaumburg

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1 Erdwärme nachhaltig wirtschaftliche Energieversorgung aus einer Quelle, die nie versiegt Dipl.-Kfm. Dirk Schaumburg Rohrnetz-Technik Schaumburg GmbH Fabrikstr Bielefeld Fon Fax

2 RTS Firmenportrait Versorgungstechnik aus einer Hand Tätigkeitsbereiche und Referenzen 2

3 Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Das Kühlschrankprinzip 1 Kältekreis im Kühlschrank 3

4 Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Das Kühlschrankprinzip 2 75 % Umweltenergie + 25 % Strom = 100 % Heizenergie verflüssigen verdichten Wärmetauscher Wärmetauscher verdampfen entspannen Mit der Wasser-Sole Wärmepumpe Umweltwärme aus dem eigenen Garten nutzen 4

5 Erdwärme Untergrundtemperaturen und jahreszeitliche Verteilung Quelle: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.v. Quelle: Viessmann 5

6 Erdwärme: Vorteile und Entzugsmöglichkeiten Erdwärme ist im Erdreich gespeicherte Wärmeenergie, welche laufend durch Sonne und Wärme aus dem Erdinneren erneuert wird Erdwärme steht jederzeit und überall zur Verfügung Erdwärme ist äußerst zuverlässig, beständig und konstant Erdwärme ist bei fachgerechter Auslegung der Wärmepumpenanlage unerschöpflich Erdwärme kann im Winter zum Heizen und im Sommer zum Kühlen verwendet werden die Nutzung erfolgt über Wärmepumpen oder auch Wärmetauscher die Entzugsmöglichkeiten der Erdwärme sind möglich über: 1. Flächenkollektoren 2. Grundwasserwärmepumpe 3. Tiefenbohrung mit Erdsonde 6

7 Möglichkeit der externen Wärmegewinnung: 1. Flächenkollektoren Spezifische Entzugsleistungen von Flächenkollektoren Bodenart Entzugsleistung bei 1800 Jahresbetriebsstunden nicht-bindiger Boden, trocken bindiger Boden, feucht Sand, Kies wassergesättigt ~ 10 W / m² ~ W / m² ~ 40 W / m² Quelle: Bundesverband Wärme Pumpe (BWP) e.v. Bei Jahresbetriebsstunden (incl. Warmwassererzeugung) ist die Anlage mit einer ca. 20 % geringeren Entzugsleistung zu bemessen 7

8 Flächenkollektoren: Bemessungsgrundlagen und Besonderheiten Beispiel: EFH, Neubau Heizleistung der Heizungsanlage: 8 kw Kälteleistung bei einer Leistungszahl von 4,0: 6,0 kw Bei einem feuchten, bindigen Boden mit einer Entzugsleistung von 25 W/m 2 benötigt man also: 6000 W: 25 W/m 2 = 240 m 2 Kollektorfläche (240 m 2 x 1,50 m Tiefe = 360 m 3 Bodenbewegung, getrennt in Oberboden und Boden) Diese Fläche darf nicht versiegelt oder überbaut werden, um die Regeneration des Bodens durch den Wärmeeintrag durch Sonne und Regenwasser sicherzustellen. Sonst droht Permafrost! Es sollten keine tiefwurzelnden Bäume oder Sträucher gepflanzt werden, um eine mechanische Beschädigung der Kollektoren zu verhindern Die Vegetation beginnt mit einer Verspätung von ca. 4 Wochen und der Wuchs ist durch die niedrigen Temperaturen eingeschränkt 8

9 Möglichkeit der externen Wärmegewinnung: 2. Grundwasser Entnahme von Grundwasser aus einem Förderbrunnen im Grundwasserleiter Durchleitung durch den Verdampfer der Wärmepumpe und Abkühlung um ca. 3-4 K Abführen des Grundwassers über einen Schluckbrunnen stromabwärts im gleichen GWL hydrogeologische Lage und Abstände sind wichtig, um einen hydraulischen und thermischen Kurzschluss zu verhindern Durchsatz ca. 0,3 m³/kw je Std. Quelle: Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.v. 9

10 Grundwasserwärmepumpe: Bemessungsgrundlagen und Besonderheiten Beispiel: EFH, Neubau Heizleistung der Heizungsanlage: 8 kw Kälteleistung bei einer Leistungszahl von 4,0: 6,0 kw 0,3 m 3 x 6 kw entspricht einer dauerhaften, minimalen Brunnenleistung von1,8 m 3 /h Da sich der hohe elektrische Pumpenstrom der Förderpumpe nachteilig auf die Jahresleistungszahl auswirkt, ist eine möglichst geringe Förderhöhe anzustreben Die Qualität des Grundwassers und des GWL ist von ausschlaggebender Bedeutung - Gefahr der Verockerung (Oxidation von Eisen und Mangan) Versinterung (Ausfall von Calciumcarbonat-Verbindungen) Verschleimung (Massenauftreten von Bakterien, häufig im Uferfiltrat) Versandung In innerstädtischen Lagen ist eine genaue Betrachtung von Altlasten nötig 10

11 Möglichkeit der externen Wärmegewinnung : 3. Erdsonden geschlossenes System mit einer PE-HD Sonde als Wärmetauscher Sonden werden in Bohrlöcher von m Tiefe eingebracht nahezu in jeder Lage und Geologie möglich die Anzahl der Bohrungen kann in Abhängigkeit der örtlichen Verhältnisse und Geologie variiert werden die Bohrtiefe kann u.u. in Wasseroder Heilquellenschutzgebieten beschränkt werden Quelle: Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.v. Jahresleistungszahlen von 4,3-4,6 und besser 11

12 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Bemessungsgrundlagen und Besonderheiten Ermittlung des Wärmebedarfes und Festlegung des Anlagentyps durch den Installateur oder Energieberater Ermittlung der Gesamtsondenlänge und Festlegung der Bohrtiefe(n) durch Bohrunternehmer (zugelassen und zertifiziert nach DVGW Arbeitsblatt W 120) Beantragung der Bohrung bei der zuständigen Genehmigungsbehörde: Untere Wasserbehörde und ggf. Bergamt bei Bohrungen > 100 m Endteufe durch den Bauherren ggf. über den Bohrunternehmer als Entwurfsverfasser 12

13 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Geothermische Potentiale 13

14 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Geothermische Ergiebigkeit bei 1800 Std. und einer angenommenen Bohrtiefe von 80 m: 103 kwh/m: 1.800h = 0,057 kw/m das entspricht: 57 W/ m Geologischer Dienst NRW *) kwh / ma = Kilowattstunde pro Meter und Jahr 14

15 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Ermittlung der Sondenlänge Beispiel: EFH, Neubau Heizleistung der Heizungsanlage: 8 kw Kälteleistung (=Heizleistung abzgl. elektr. Leistungsaufnahme der Wärmepumpe) bei einer Leistungszahl von 4: 6 kw => 6 KW Wärmeleistung müssen also aus dem Erdreich entzogen werden: => W: 57 W/m = 105,26 mendteufe Über eine Gesamtlänge von 106 m ist das anstehende Erdreich mit einer Doppel-U Sonde d32 in der Lage, dauerhaft 6 KW Wärmeleistung zu liefern. In Abhängigkeit der Geologie, der Bausituation und ggf. von Schutzgebieten wird überprüft, ob 1 Bohrung à 105 m oder 2 Bohrungen je 53 m abgeteuft werden. 15

16 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Bohrtechnik- Historie Die Bohrtechnik entwickelt sich aus dem frühen Brunnenbau seit dem Mittelalter stetig weiter. die Förderung des Bohrgutes erfolgt heutzutage durch Wasser oder eine Bohrsuspension, die dann in Spülgruben eingeleitet werden Von dort wird das Wasser wieder entnommen und dem Bohrgerät zugeführt Spülgruben (ca. 2m x 3m x 1,5m) werden in der Nähe zur Bohrung mittels Bagger ausgehoben die Entsorgung des Bohrgutes und die Wiederherstellung des Geländes obliegt in den meisten Fällen dem Bauherren und gestaltet sich bei dieser Vorgehensweise insbesondere im Bau-Bestand sehr problematisch... Technik von gestern: Spülgruben in einem bestehenden Garten 16

17 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Bohrtechnik Entsorgung des Bohrklein Zeitgemäße flurschonende Entsorgung des Bohrklein mittels Spülmulden 17

18 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Bohrtechnik Anlagen für Geothermie Hütte HBR 205 GT: Geothermal Rig Breite: 2,50 m Länge: 5,76 m Gewicht: 17 to Geschw.: 1,8 km/h auf Ke e mit Kunststoffbesatz für größtmögliche Bewegungsfreiheit auf Wegen und Zufahrten aller Art 19

19 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Bohrtechnik Einsatzmöglichkeiten Schutz von Oberflächen mittels Stahlplatten und Bohlen Sondenleitungen nach Beendigung der Bohrarbeiten, hier könnte man schon wieder Rasen mähen! 24

20 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Industrieobjekte 1 Neubaudes Hellmann LogistikCentersam Kanalhafenin Osnabrückin Bohrungená 120 m 25

21 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Industrieobjekte 2 Goldbeck West GmbH, Bielefeld Ummeln, Bohrungen = 20 x 120m Tuxhorn GmbH & Co. KG, Bielefeld Senne, Bohrungen 12 x 100m Heiler GmbH, Bielefeld- Senne, Bohrungen =10 x 100m Polipol GmbH, Diepenau, Bohrungen = 34 x 145m (Heizleistung 180 KW) Heckmann GmbH, Hamm, Bohrungen = 20 x 100m 26

22 Bohrungen für Erdwärme-Sonden Industrieobjekte m² Neubau des Wahl Schwentker Logistik Centers in Bielefeld-Sennestadt im Sommer 2012: 44 Bohrungen á 120 m = Bohrmeter gesamt Heizleistung der WP: 340 KW Kühlleistung: 260 KW 27

23 Betriebskostenvergleich Öl- und Gasheizung Wasser-Sole Wärmepumpe Annahme: Betriebsstunden Heizung / Warmwasser[ h] Energieversorger: Stadtwerke Bielefeld GmbH 8,00 Wärmebedarf [ kw ] alle Preise incl. MwSt. Wärmebedarf [kw] x Betriebsstunden [h] = Jahresenergiebedarf kl. EFH 8,00 x = kwh Ölheizung: Gasheizung: Wärmepumpe: Durchschnittl. Wirkungsgrad der Gesamtanlage Durchschnittl. Wirkungsgrad der Gesamtanlage Durchschnittl. Jahresarbeitszahl: η = 90 % DIN EN η = 92 % DIN EN η = 4,00 ( Wasser-Sole) Ölpreis: 0,95 / l (aktueller Ø-Preis Gaspreis: 0,64 / m³ (Tarif EnerBest Strompreis: 0,17 / kwh Tag 100 % Bundesgebiet) ab bei (Schwachlasttarif 0,00 / kwh Nacht 0 % Ölverbrauch: Gasverbrauch: einem Verbrauch SWB GmbH) bis kwh/a) Stromverbrauch: Heizwert: 10,68 kwh/l Heizwert: 10,40 kwh/m³ Jahresenergiebedarf Heizwert x Nutzungsgrad Jahresenergiebedarf Jahresenergiebedarf = Verbrauch Heizwert x Nutzungsgrad = Verbrauch Jahresarbeitszahl = Verbrauch Heizwert x Nutzungsgrad = l/a Heizwert x Nutzungsgrad = m³/a 4,00 = kwh Ölkosten pro Jahr: Gaskosten pro Jahr: Stromkosten pro Jahr: * 0,95 = 1.897, * 0,64 = 1.284, * 0,17 * 1,00 = 816, * 0,00 * 0,00 = 0,00 Nebenkosten pro Jahr: Nebenkosten pro Jahr: Nebenkosten pro Jahr: Schornsteinfeger: 70,00 Schornsteinfeger: 35,00 Wartungskosten: 100,00 Wartungskosten: 70,00 Jahresgrund-/Messpreise: 163,00 Zählergrundgebühren: 65,00 sonstige Kosten: Strom 30,00 sonstige Kosten: Strom 30,00 sonstige Kosten: ( Wartung etc. ) 0,00 Jahresbetriebskosten: 2.097,63 Jahresbetriebskosten: 1.582,28 Jahresbetriebskosten: 881,00 Die aufgeführten Betriebswerte sind EDV- gestützt ermittelt, vermittelt und unverbindlich. 44

24 Kostenvergleich zwischen fossilen und erneuerbarer Energien bei EFH Neubau Netto Investitionskosten (bei 8 kw Heizleistung und 140 m²) Bohrung und die betriebsfertige SondenanlageBodenklasse 1-6 bis in den HWR inkl. aller Nebenarbeiten ca. 1000,- je kw Heizleistung der Anlage 8.000,- Wärmepumpe, betriebsbereit ca. 800,- je kw Heizleistung der Anlage 6.400,- Euro Ersparnis durch Wegfall Gas-Hausanschluss / Heizöllager ca , ,- Ersparnis durch Wegfall Schornstein / Rauchzug / Feuerschutzmaßnahmen ca , ,-./ ,-./ ,- Ersparnis Schornsteinfeger / Wartung ca. 50,--100,-/ Jahr (in 10 Jahren)./. 700,- Ersparnis Investition Gasbrennwerttherme / Ölbrenner ~ 4.000,-./ ,- Ersparnis durch Wegfall von Investitionen gem. EEWärmeG (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz) ca ,-(für Solarthermie, ca. 6m² Flachkollektoren)./ ,- Investitionskosten Saldo gegenüber Heiztechnik mit fossilen Brennstoffen (Ergebnis= fast gleicher Preis!!) # ca../. 300,- 45

25 Aktuelle Förderbedingungen kleine Wärmepumpen Basis- und Bonusförderung ab dem

26 Die Zeit ist reif die Technik auch Energieversorgung ohne Öl und Gas Wasser-Sole Wärmepumpe Solarthermie Photovoltaik = Null Energie Gebäude 51

27 Eine Vision wird Wirklichkeit: Das Nullenergiehaus Drei Komponenten ein Konzept: 1. Die Wasser-Sole Wärmepumpe wandelt Wärme aus dem Erdreich in Heizenergie um, wodurch alleine ca. 50% der Energiekosten eingespart werden 2. Die Solarthermie-Anlage nutzt Sonnenenergie zur Warmwasserbereitung und zur Heizungsunterstützung, Überschüsse sorgen zudem über eine Wärme- Rückführung für die aktive Erdreichregenration 3. Die PV-Anlage produziert die Strommenge, welche in der Jahresbilanz für den Betrieb der Wärmepumpe benötigt wird Beispielrechnung: 52

28 Zum guten Schluss... besser Wärme günstig pumpen als Heizöl / Gas / Pellets teuer kaufen!! Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 53

29 Kurzfilm: Erstellung einer EWS