Heizen und Kühlen mit Erdwärme

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1 Heizen und Kühlen mit Erdwärme geoenergie Konzept GmbH Heizen und Kühlen mit Erdwärme 1

2 Vorstellung Rüdiger Grimm Diplom-Geologe (TU Bergakademie Freiberg) Inhaber und GF der Fa. geoenergie Konzept GmbH 5 Mitarbeiter 250 GT-Projekte im Jahr 2007 (EFH Gießerei) Maximum: 1,5 MW Heizen + 1,2 MW Kühlen (> m) Beratung, Machbarkeit, Planung, Wirtschaftlichkeit, Testarbeiten, Monitoring Geothermie seit 1996 Heizen und Kühlen mit Erdwärme 2

3 Wofür wird Energie eingesetzt? Heizen und Kühlen mit Erdwärme 3

4 Marktsituation Wärmepumpen in Deutschland Heizen und Kühlen mit Erdwärme 4

5 Förderung laut MAP ab MAP-Förderung: 10 Euro/m² (maximal Euro) im Neubau 20 Euro/m² (maximal Euro) im Bestand Zusatzinvestitionen: induktiver Wärmemengenzähler (500 ) separater Zähler für Wärmepumpenstrom Einbau der Einrichtungen unklar/unberücksichtigt: Auslesung Wartungskosten (Eichung, Wechsel) Heizen und Kühlen mit Erdwärme 5

6 Funktionsweise Wärmepumpe Heizen und Kühlen mit Erdwärme 6

7 Erdwärmesonden Heizen und Kühlen mit Erdwärme 7

8 Temperaturverteilung über die Tiefe 0 10 m saisonal beeinflusst m neutrale Zone ab 50 m geothermische Tiefenstufe Heizen und Kühlen mit Erdwärme 8

9 Warum Erdwärme? rund um die Uhr und überall verfügbar Erneuerbare Energie wichtiger Beitrag zur täglichen Wärmebereitstellung direkte Kühlung gibt s als Extra dazu Möglichkeit der saisonalen Wärmespeicherung ABER: Ablauf beachten qualitativ hochwertig bauen Planungsrisiken Planungsgenauigkeit Planungsfehler Kosteneinsparungen Heizen und Kühlen mit Erdwärme 9

10 Welche grundsätzlichen Einflüsse sind zu beachten? Dazu 5 Thesen: Erdwärme bedeutet meist eine höhere Investition! Geringe Betriebskosten müssen dies kompensieren. Die Rolle der Fachplanung hat einen wesentlichen Einfluss auf den Bau einer optimalen Anlage. Dazu müssen eine Reihe von Annahmen getroffen und Parameter angesetzt werden, die später in der Praxis eintreten (oder auch nicht). Die Energiepreise spielen eine fundamentale Rolle bei der Bewertung. Heizen und Kühlen mit Erdwärme 10

11 Projektphasen (7 Schritte zur Erdwärme) 1 Energiebedarf ermitteln 2 Untergrund bewerten 3 Machbarkeit betrachten möglicher Abbruch, da nicht machbar 4 Anlage planen 5 Testarbeiten möglicher Abbruch, da ungünstige Untergrundbedingungen 6 Anlage errichten 7 Anlage überwachen Heizen und Kühlen mit Erdwärme 11

12 1 - Lastkurven Heizen und Kühlen mit Erdwärme 12

13 2 - Dimensionierung der Anlage Geologisches Kartenmaterial Schichtenverzeichnis Heizen und Kühlen mit Erdwärme 13

14 2 -Gesteinsspezifische Parameter Gestein Wärmeleitfähigkeit [W/m,K] volumetrische Wärmekapazität [MJ/m³,K] Minimum Maximum Richtwert Minimum Maximum Richtwert Kies, trocken 0,39 0,52 0,4 1,40 1,62 1,5 Kies, wassergesättigt 1,8 2,28 2,88 2,4 Sand, trocken 0,27 0,75 0,4 1,31 1,59 1,4 Sand, trocken, verdichtet 1,11 1,25 1,2 1,7 Sand, feucht 0,58 1,75 1,0 1,23 2,22 1,8 Sand, wassergesättigt 1,73 5,02 2,4 2,20 2,86 2,5 Sand, gefroren 1,25 2,94 2,0 1,16 1,95 1,5 Schluffstein 1,31 3,52 2,4 2,13 2,42 2,3 Tonstein 1,05 3,02 2,2 2,13 2,42 2,3 Heizen und Kühlen mit Erdwärme 14

15 2 Geothermisches Profil Heizen und Kühlen mit Erdwärme 15

16 Dimensionierung der Anlage nach VDI 4640 Blatt 2 Erdwärmesonden Auslegung nach VDI 4640 trockenes Sediment 25 W/m Festgestein oder wassergesättigtes Sediment 60 W/m Festgestein mit hoher WLF 84 W/m bei Warmwasserbereitung 20% Achtung: Unterschiede von 350%! Heizen und Kühlen mit Erdwärme 16

17 3 - Aufschlüsselung nach Kostengruppen (EFH) Investition - Kostengruppen (Beispiel EFH 10 kw) horizontale Anbindung 15% Planung/Bauüberwachung 5% Genehmigungen/Anträge 3% Bohrung/EWS/Verfüllung 77% Heizen und Kühlen mit Erdwärme 17

18 3 - Einfacher Betriebskostenvergleich EFH 7 kw, 2100 h, Preise: Oktober Erdsonde Brunnen Luft Brennwert NT-Brenner Brennwert normal Wärmepumpe Heizöl Erdgas Flüssiggas Pellets Holz Brikett Nachtstrom Heizen und Kühlen mit Erdwärme 18

19 3 Betriebskosten Energiekosten als wesentlicher Faktor Sind Energiekosten prognostizierbar? Steigen Gas und Strom in gleicher Weise? Industrietarife nicht gleich Haushaltstarife! Deutschland nicht gleich Ausland! Import von Material gravierend andere Energiepreise Inflation Messkosten für Ermittlung JAZ? Heizen und Kühlen mit Erdwärme 19

20 3 Betriebskosten fiktive WP eine Prognose Gaspreis Strompreis 0,25 0,35 0,20 0,30 0,25 /kwh 0,15 0,10 /kwh 0,20 0,15 0,10 0,05 0,05 0, , Einsparung pro Jahr /a Gas steigt um 1,5 ct/a Strom steigt um 1,0 ct/a Einsparungen nehmen deutlich zu Heizen und Kühlen mit Erdwärme 20

21 3 Betriebskosten fiktive WP eine Prognose Einsparung kumulativ 3 Jahre Jahre Jahre /a Heizen und Kühlen mit Erdwärme 21

22 3 - Kostenanalysen Heizen und Kühlen mit Erdwärme 22

23 5 Thermal Response Test smartrt zur exakten Ermittlung der Parameter ungestörte Untergrundtemperatur Bohrlochwiderstand mittlere Wärmeleitfähigkeit Heizen und Kühlen mit Erdwärme 23

24 5 Thermal Response Test Leipzig Frankfurt/M. Neuenstadt/Kocher Prag Dortmund Hemmingstedt Heizen und Kühlen mit Erdwärme 24

25 5 -Wärmeleitfähigkeit mittlere effektive Wärmeleitfähigkeit [W/m*K] 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 Literaturwert 2,90 Objekt 015 (125m) 3,36 Objekt 019 (120m) 3,82 Objekt 128 (120m) 4,44 Mittel (015, 017, 128) 3,87 Heizen und Kühlen mit Erdwärme 25

26 5 - Temperaturlog T [ C] Teufe [m] Heizen und Kühlen mit Erdwärme 26

27 5 Parameter aus Feldmessungen Ab wann lohnt sich ein TRT? / m Bohrung müssen eingespart werden 15% höhere Werte im Mittel 400 m oder 20 kw Ab wann lohnt sich ein T-Log? 300 / 50 6 m Bohrung müssen eingespart werden Untergrundtemperatur 9 C 117 m Untergrundtemperatur 10 C 107 m Untergrundtemperatur 11 C 98 m Heizen und Kühlen mit Erdwärme 27

28 3 Planung des Sondenfeldes Heizen und Kühlen mit Erdwärme 28

29 4 - EED - Simulation der Untergrundtemperaturen Fluid temperature [ºC] Base load Peak cool load Peak heat load JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC Year 25 Annual min-max fluid temp. [ºC] Peak min Peak max Base min Base max Year Heizen und Kühlen mit Erdwärme 29

30 6 - Kühlen der Gießerei ACTech GmbH in Freiberg/Sa. Heizen und Kühlen mit Erdwärme 30

31 6 - Heizen und Kühlen - Grundprinzip Nüßle & Hellmann 2006 Heizen und Kühlen mit Erdwärme 31

32 6 - Objektauswahl aus 2007 (> 50 kw) Heizen und Kühlen mit Erdwärme 32

33 6 - Bohrung im innerstädtischen Bereich Heizen und Kühlen mit Erdwärme 33

34 6 - Muster-Baustelle? Heizen und Kühlen mit Erdwärme 34

35 7 Monitoring zum Nutzen des Betreibers individuell auf das Vorhaben abzustimmen rechtzeitige Abstimmung mit Genehmigungsbehörde Beobachtung der teufenbezogenen Temperaturverhältnisse im Anstrom, Abstrom, Feldeszentrum Erfassung der tatsächlich entnommenen und eingespeisten Wärmemengen Soll-Ist-Vergleich mit der Simulation Ermittlung der Arbeitszahl der Wärmepumpe Heizen und Kühlen mit Erdwärme 35

36 Fazit Geothermie ist zur Bereitstellung von Wärme (Heizung & Warmwasser) oftmals schon wirtschaftlich sinnvoll Projektablauf Beachtung von 7 Schritten erforderlich es existieren ausreichend Planungs- und Testinstrumente Thermal Response Test Temperatur-Log Earth Energy Designer deutliche Positiveffekte bei Hinzuziehung von Kühlung saisonale Wärmespeicherung Geothermie hat enormes Potenzial für die Zukunft Heizen und Kühlen mit Erdwärme 36

37 Heizen und Kühlen mit Erdwärme 37