Fachgerechte Planung von Erdwärmeanlagen

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1 Fachgerechte Planung von Erdwärmeanlagen Dr. Verena Herrmann GMP Geotechnik GmbH & Co. KG, Würzburg Erdwärme mit Wärmpumpen im Neubau und Bestand Hallstadt

2 - Beratende Ingenieure und Geologen (Geographen & Umweltingenieure) - Eines der größten Ingenieurbüros für Geotechnik in Bayern - Seit über 50 Jahren am Markt - 36 Mitarbeiter - Interdisziplinäre Beratung privater und öffentlicher Auftraggeber in den Fachbereichen Geotechnik, Umwelttechnik (Altlasten und Abfallverwertung), Hydrogeologie und Geothermie - Eigenes Baustofflabor Zum Unternehmen - Ausbildungsbetrieb für 2 Baustoffprüfer und 2 Bürokauffrauen - Eigene Erkundungsteams mit ausgebildeten Baustoffprüfern und fachkundigen Probenehmern - Sachverständige für Geotechnik und 18 BBodSchG - Sachkundige gem. TRGS 519 (Asbest) und TRGS 521 (KMF)

3 Energieverbrauch im Privathaushalt Quelle: UBA, 2013

4 Oberflächennahe und tiefe Geothermie ~ 100 m Wärmebereitstellung > 3000 m Stromerzeugung

5 Fragen & Antworten zum Thema Funktioniert das auch auf meinem Grundstück? Standortabfrage in Informationssystemen Wie lange hält eine Erdwärmeheizung? Regenerative Energie?! Welche Kosten? Angebote von Fachfirmen & BAFA-Förderung Kühlt der Boden nicht aus? Fachgerechte Planung Wie funktionieren diese Systeme? Was muss beachtet werden? Wärmepumpe und Wärmequelle Fachgerechte Ausführung Brauche ich eine Genehmigung? Bohranzeige & Wasserrechtsantrag

6 Vorteile der Erdwärmenutzung Keine Verwendung von teuren, endlichen fossilen Energieträgern Grundlastfähig Ökologische Aspekte (umweltfreundlich durch CO 2 - Einsparung und geringeren Energieverbrauch) Vorteile bei Genehmigungsanforderungen hinsichtlich Energieeffizienz von Gebäuden Geringe Betriebskosten Für Heizen und Kühlen

7 Wärmepumpen im Neubau

8 Wärmepumpe Jahresarbeitszahl Jahres arbeits ß = zahl W (nutzbare Wärmeenergie in kwh) W (zugeführte elekt. Leistung in kwh) Quelle: Zugriff Beträgt die Jahreszahl 4,0 bedeutet dies, dass das 4-fache der eingesetzten elektrischen Arbeitsleistung in Wärmeenergie umgesetzt wird.

9 Vergleich Heizsysteme Mit dem derzeitigen Strom-Mix spart eine Wärmepumpe im Vergleich zu einem hocheffizienten Gas-Brennwertkessel ab einer JAZ von 2,2 Primärenergie und verbraucht bei einer JAZ von 4,5 weniger als die Hälfte.

10 Reduzierung CO 2 -Ausstoß Die JAZ und der Strom-Mix sind entscheidend für den tatsächlichen CO 2 - Ausstoß durch eine Wärmepumpen-Heizungsanlage. CO2-Emissionen in g/kwh Wärme Spezifische CO 2 -Emissionen unterschiedlicher Heizsysteme für das Jahr ,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Jahresarbeitszahl CO 2 -Ausstoß: - Ölheizkessel ca. 340 g/kwh - Gasheizkessel ca. 260 g/kwh - Wärmepumpe (JAZ 2,5) ca. 200 g/kwh (JAZ 4,5) ca. 160 g/kwh Öl Brennwert Gas Brennwert Wärmepumpe

11 Wärmepumpe im Gesamtsystem Heizkreislauf ~ 35 C ~ 10 C Wärmequellenkreislauf Wärmepumpenkreislauf

12 Wärmepumpe: Funktionsweise Niedriger Druck Hoher Druck Kompressor Wärme quelle Heat source Wärme nutzung Use of Heat Verdampfung Verflüssigung Expansionsventil

13 Verlauf Jahrestemperatur im Untergrund

14 Wärmequellensysteme Indirekte Nutzung (geschlossene Systeme) Erdwärmekollektoren Erdwärmesonden Erdberührte Bauteile Quelle:

15 Wärmequellensysteme Direkte Nutzung (offene Systeme) Grundwasserbrunnen Quelle: Sonderformen: Energetisch aktivierte Bauteile Energiepfähle Direktverdampfung (CO 2 -Sonden) Gruben-/Tunnelwassernutzung Energierückgewinnung aus Abwasserkanälen

16 Wärmequellensysteme: Kollektoren Horizontal verlegte Rohrschlangen Tiefe: ~ 1,5 m Sonderformen: Energiekörbe Spiralsonden (Helix) Quelle: VDI-Richtlinie 4640: Thermische Nutzung des Untergrundes

17 Vor- und Nachteile Kollektoren + Geringe Verlegungstiefe Einbau unkompliziert Niedrigere Investitionskosten Kein Wartungsaufwand (keine Genehmigung) Große Freiflächen erforderlich Niedriges Temperaturniveau Höhere Betriebskosten

18 Wärmequellensysteme: Erdwärmesonden Vertikale U-Rohre Tiefe: ~ 100 m (bis 200 m) Quelle: VDI-Richtlinie 4640: Thermische Nutzung des Untergrundes

19 Vor- und Nachteile Erdwärmesonden + + Geringer Platzbedarf + Höhere Quellentemperaturen (Effizienz!) + Niedrigere Betriebskosten + Kein Wartungsaufwand Höhere Investitionskosten Höherer Planungsaufwand Genehmigung

20 Wärmequellensysteme: Grundwasserbrunnen Zwei Brunnen zur Förderung (= Entnahmebrunnen) und Versickerung (= Schluckbrunnen) von Grundwasser Tiefe: je nach Grundwasserstand, einige Meter Quelle: VDI-Richtlinie 4640: Thermische Nutzung des Untergrundes

21 Vor- und Nachteile: Grundwasserbrunnen + + Hohe Quellentemperaturen + Große Effizienz + Große Einsparpotentiale Grundwasserverhältnisse geeignet Höhere Investitionskosten Wartungsaufwand Genehmigung

22 Geschlossene Systeme: Sonderformen - GRD

23 Geschlossene Systeme: Sonderformen Körbe, Spiralsonden/-kollektoren Quelle: Quelle: Quelle:

24 Erdgekoppelte Wärmepumpen: Heizen & Kühlen Heat pump Kühlbetrieb Heizbetrieb

25 Wahl der Wärmequelle Standorteignung (Geologie, Hydrogeologie) Platzangebot Nutzeranforderungen Investitionskosten und Einsparpotentiale Genehmigungsfähigkeit

26 Der Weg zur Erdwärmenutzung BERATUNG PLANUNG & GENEHMIGUNG BAU DER ANLAGE

27 Planung Erdwärmenutzung: Geodaten

28 Planung Erdwärmenutzung: Standorteignung

29 Planung Erdwärmenutzung: Geodaten

30 Planung Erdwärmenutzung: Geodaten

31 Planung Erdwärmenutzung: Geodaten

32 Planung Erdwärmenutzung: Geodaten

33 Planung Erdwärmenutzung: Geodaten

34 Planung Erdwärmesonden Mögliche spezifische Entzugsleistungen für Erdwärmesonden (Doppel-U-Rohrsonden) nach VDI 4640 Thermische Nutzung des Untergrundes, Blatt 2 (2001) Tabelle VDI 4640 als Richtwerte zur Planung

35 Planung Erdwärmesonden

36 Private Sachverständige in der Wasserwirtschaft (PSW)

37 Genehmigung Erdwärmesonden

38 Genehmigung Erdwärmesonden

39 Genehmigung Erdwärmesonden

40 Berechnung Erdwärmesondenanlage Mit der Wärmebedarfsberechnung und den geologischen Bodenverhältnissen wird die Sondenlänge ermittelt Beispiel: 180 m² Wohnfläche mit einem Wärmebedarf von 8,0 KW Wärmepumpe 8,2 kw mit 2,0 kw Leistungsaufnahme Verdampferleistung 6,2 KW mögliche Entzugsleistung des Untergrundes * 50 W/m ^ Verdampferleistung = Wärmeleistung der Wärmepumpe Leistungsaufnahme Verdampferleistung 6,2 kw Sondenlänge = = = 124 m Spez. Entzugsleistung Untergrund * 50 W/m => Es wird eine Erdwärmesonde mit 124 m Länge benötigt um den Wärmebedarf zu decken.. *abhängig von den geologischen Bedingungen

41 Kosten Erdwärmesondenanlage Berechnungen (BWP): 8-9 kw, 180 m² beheizte Fläche, Neubau ca. 40 W/qm, (inkl. Regelung, Pufferspeicher, Umwälzpumpe, ohne Wärmequelle u. -verteilung) Luft/Wasser-Wärmepumpe Wärmequellenerschließung: Wärmepumpe: Sole/Wasser-Wärmepumpe Wärmequellenerschließung: Wärmepumpe: ca Euro inkl. MwSt. (unabhängig von der Heizleistung) ca Euro inkl. MwSt. Erdwärmesonden ca Euro inkl. MwSt. (je kw Heizleistung) Erdwärmekollektoren ca Euro inkl. MwSt (je kw Heizleistung) ca Euro inkl. MwSt. Wasser/Wasser Wärmepumpe Wärmequellenerschließung: Brunnenanlage mit 2 Brunnen je 15 m ca Euro inkl. MwSt. Wärmepumpe: ca Euro inkl. MwSt.

42 Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Marktanreizprogramm (MAP)

43 Neue gesetzliche Regelungen: StandAG Gesetz zur Suche und Auswahl eines Standortes für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle (Standortauswahlgesetz - StandAG) Standortprüfung bei Bohrungen > 100 m Tiefe Bundesamt für kerntechnische Entsorgungssicherheit holt Stellungnahme beim Geologischen Dienst des Bundeslandes ein Verlängerung der Bearbeitungszeiten für wasserrechtliche Genehmigungen

44 Umsetzung Erdwärmesondenanlage Genehmigungsbescheid liegt vor Bohrfirma und Privater Sachverständiger beauftragt Bau Erdwärmesonden Bau Horizontalanbindungen und Verteilerschacht Fertigstellung Dokumentation und Schlussabnahme

45 Projektbeispiel: DB Schenker, Logistikterminal Ilsfeld

46 Projektbeispiel: DB Schenker, Logistikterminal Ilsfeld

47 Quelle: Tewag Auslegung Erdwärmesondenfeld

48 Quelle: Tewag Auslegung Erdwärmesondenfeld

49 Projektbeispiel: DB Schenker, Logistikterminal Ilsfeld - 60 Bohrungen bis 99 m Tiefe - Bohrabstände: 8 m - Bohrverfahren: Imlochhammerbohrung mit Luftspülung

50 Projektbeispiel: DB Schenker, Logistikterminal Ilsfeld

51 Projektbeispiel: DB Schenker, Logistikterminal Ilsfeld

52 Umsetzung Erdwärmesondenanlage

53 Projektbeispiel: DB Schenker, Logistikterminal Ilsfeld

54 Projektbeispiel: DB Schenker, Logistikterminal Ilsfeld - Verbindung der Rohre mit jeweils einer Vor- und Rücklaufleitung zum Soleverteiler - Wärmeträger: hier: Trinkwasser bzw. Wasser-Alkohol-Gemisch (Ethylenglykol)

55 Projektbeispiel: DB Schenker, Logistikterminal Ilsfeld

56 Verbände / Links Erdwärmegemeinschaft Bayern e.v. Bundesverband Geothermie Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.v., München Bayerisches Landesamt für Umwelt, Umweltatlas Bayern

57 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Noch Fragen? Dr. Verena Herrmann