inhaus-forum 2008 Duisburg 6. November 2008 Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden und wirtschaftlichen Energieversorgung

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1 inhaus-forum 2008 Duisburg 6. November 2008 Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden und wirtschaftlichen Energieversorgung Dipl.-Ing. Fritz Nüßle Geschäftsführer ZENT-FRENGER GmbH Heppenheim fritz.nuessle@zent-frenger.de 1

2 Gliederung Geothermische Wärme- und Kälteversorgung Oberflächennahe Geothermische Quellen Jahresenergiebilanz Ausführungsbeispiele -Wirtschaftlichkeit Energienutzung im Gebäude Zusammenfassung 2

3 Kühl- und Heizbedarf haben sich signifikant verändert und gleichen sich tendenziell an! Typisches Bauobjekt Jährliche Vollbenutzungsstunden Flächenbez. Wärme-/ Kühlbedarf Jahres- Wärme-/ Kühlarbeit W = Wärme K = Kälte h/a W/m² kwh/m²a 1988 Bürogebäude W Bürogebäude K Bürogebäude W Bürogebäude K

4 Geothermische Wärme- und Kälteversorgung Bauteilaktivierung Kühl/- Heizdecken Energienutzung Energiebereitstellung Wärmepumpe Energiegewinnung aus oberflächennaher Geothermie Erdwärmesonden 4

5 Bodengutachten / geothermisches Gutachten Architektur Bauplanung Überschlägige Ermittlung Heiz- Kühlbedarf Gründungskonzept Geotechnik / Statik Geothermische Simulation Baugrund Thermische Gebäudesimulatio n (bei Bedarf) Erstellung TGA - Konzept TGA - Planung Erschließung Geothermie Energieverteilung Nutzenübergabe Flächensysteme MSR - Konzept 5

6 Geothermische Energie aus Erdwärmesonden 6

7 Geothermische Energie aus erdberührten Betonfundamenten Das Erdreich wird mit Hilfe einer Bohrschnecke gefördert, nach Einbringen des mit Kunststoffrohren bestückten Bewehrungskorb wird der Hohlraum mit Beton verfüllt und verdichtet. 7

8 Flachkollektor unterhalb der Sohlplatte als thermische Energiequelle - Samsung Korea - 8

9 Der Baugrund als saisonaler Thermospeicher 9

10 Geothermische Wärmepumpe Heiz- und Kühlbetrieb Wärme- und Kältemengen, Temperaturen Heizbetrieb mit WP, Kühlbetrieb direkte Kühlung [MWh] Wärme- und Kältemengen zum Gebäude Wärmebedarf Wärmeangebot Kältebedarf Kälteangebot Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec t [ C] tin/out Geothermie + VL-Temp. Gebäude [h] Tfout [ C] Geothermie T_VL [ C] Gebäude Tfin [ C] Geothermie 10

11 Geothermische Wärmepumpe Heiz- und Kühlbetrieb Wärme- und Kältemengen, Temperaturen Heizbetrieb mit WP, Kühlbetrieb direkte Kühlung + mech. Kühlung [MWh] 100 Wärme- und Kältemengen zum Gebäude t [ C] 35 tin/out Geothermie + VL-Temp. Gebäude Tfout [ C] Geothermie T_VL [ C] Gebäude Tfin [ C] Geothermie Wärmebedarf Wärmeangebot Kältebedarf Kälteangebot Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec [h] 11

12 M M M M Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, TWW- Bereiter 25 % Elektroenergie 100 % Wärme und Kälte Kondensator 2 Scroll-Verdichter R407 C Kondensator 1 Verdampfer PUS M PUS Einfüllrohr Distanzhalter Vor- und Rücklauf Gewicht 75 % Geothermie Erdwärmesonden universa-haus Freiburg Bürofläche 3600 m² Heizleistung 117 kw Heizarbeit 221 MWh/a Kühlleistung 120 kw Kühlarbeit 180 MWh/a Energiequelle 15 St Erdsonden 12

13 Ettlingen, LVM Münster Ausführungsbeispiele HNF m² thermoaktive Betondecken Gründungspfähle 118 St Geothermische Wärmepumpe HNF m² thermoaktive Betondecken Gründungspfähle 144 St Geothermische Wärmepumpe Düsseldorf, Kaistr

14 Ausführungsbeispiele Kreissparkasse Tübingen Bürogebäude m² BGF bivalente Energieversorgung über 169 St. Energiepfähle geothermische Wärmepumpe Betonkerntemperierung, Kühldecken mechanische Raumlüftungsanlage Heizleistung 225 kw Kühlleistung 170 kw Bezug März 2005 Drees & Sommer Stuttgart Bürogebäude 3550 m² BGF monovalente Energieversorgung 18 Erdwärmesonden, Wärmepumpe Betonkerntemperierung, Kühldecken mechanische Raumlüftungsanlage Bezug März

15 Ausführungsbeispiel Rathaus Weilheim / Teck Bürogebäude m² BGF monovalente Energieversorgung 19 St. Erdwärmesonden geothermische Wärmepumpe Betonkerntemperierung, Kühldecken Heizleistung 100 kw Kühlleistung 60 kw Bezug März

16 Industriehalle 16

17 Geothermische Energiezentrale GEOZENT Hydraulisch umschaltbare Wärmepumpen zum Heizen Naturalkühlen maschinelles Kühlen, Parallelbetrieb Heizen und Kühlen integriertes Hydraulikmodul, MSR in SPS-Technik internetbasierte Prozessvisualisierung Fernwartung. 17

18 technische Daten - inhaus 2 Technische Daten GEOZENT Heizleistung kw Kühlleistung kw elektr. Leistung max 18,6 kw Heiz COP (ohne UP) 4,7 Kühl COP (ohne UP) 5,6 COP Naturales Kühlen 20 Kältemittel R407c Alle Pumpen Klasse 1 Erdwärmesondenanlage 12 St. Erdwärmesonden Teufe 120 m Bohrdurchmesser 160 mm Doppel-U-Rohrsonden Umwälzvolumen 14 m³/h 18

19 Temperaturaufzeichnungen aus der Messbohrung inhaus2 19

20 Berechnungsbeispiel Wirtschaftlichkeit Nutzfläche: m² Beheizte / gekühlte HNF: m² Technische Daten Geothermische Wärmepumpe Heizbetrieb Nachts (BKT) Kühlbetrieb Nachts (BKT) Heizleistung der BKT 118 kw Kühlleistung der BKT 80 kw El. Leistungsaufnahme WP 27,0 kw El. Leistungsaufnahme WP 19,7 kw Heizbetrieb Tags (RSE) Kühlbetrieb Tags (RSE) Heizleistung der RSE 74 kw Kühlleistung der RSE 23 kw El. Leistungsaufnahme WP 27,0 kw El. Leistungsaufnahme WP 4,9 kw Mittlerer COP ohne Pumpen 3,98 Mittlerer COP ohne Pumpen 4,7 COP bei direkter Kühlung 18 Wärmesenke - Kühlfall 180 MWh / a Entzugsarbeit - Heizfall 221 MWh / a 20

21 Energiekostenvergleich mit Preisen von 2002 Variante A Variante B Variante C Variante D mit Kältemaschine mit Kühlung Kosten Gas-Brennwertkessel Gas-Brennwertkessel Erdsonden-Wärmepumpe Erdsonden-Wärmepumpe Kapital Betrieb Energie Jahreskostenvergleich Kosten in /a Energie Betrieb Kapital Gas- Brennwertkessel Gas- Brennwertkessel Erdsonden- Wärmepumpe Erdsonden- Wärmepumpe mit Kältemaschine mit Kühlung Variante A Variante B Variante C Variante D nur heizen 21 nur heizen

22 Ökobilanz Primärenergieverbrauch CO 2 -Äquivalent [g/kwh] Einsparung Ökobilanz Gas - Geo WP Gas Geo WP Gas Geo WP von bis Heizen (Jahr) kwh t/a Kühlen (Jahr) kwh t/a Gesamt kwh t/a CO 2-Einsparung [t/a] 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0, Strommix Ökobilanz Variante D gegenüber B Regenerativ Gaskessel Geo-WP-Sole: Strommix Geo-WP-Sole: Regenerativ Kühlen (Jahr) Heizen (Jahr) Variante B: Gas-Brennwertkessel zentrale Heizungs-/ Wasserversorgung Niedertemperatursystem mit Kühlung Variante D: Erdsonden-Wärmepumpe zentrale Heizungs-/ Wasserversorgung TAD-System mit Kühlung 22

23 Berechnungsbeispiel Bürogebäude 500 m² Nutzfläche nur Heizbetrieb Preise 2008 relative Energieverbrauchskosten - Basis aktuelle Bezugspreise 100% 80% 60% 40% 20% Ölheizung Gasheizung Fernwärme Geo Wärmepumpe 0% 23

24 Oberflächennahe Geothermie heute steigende Nachfrage nach ganzheitlichen Konzepten für Heizen + Kühlen mit erneuerbarer Energie bei Baufachleuten noch weitgehend unbekannte Technik fehlende interdisziplinäre Zusammenarbeit komplizierte förderale Förderpolitik vermutete behördliche Auflagen schrecken ab 24

25 Geothermie in der Gebäudetechnik für Niedertemperatur Flächenheizung / -kühlung mit umschaltbarer Wärmepumpe naturale Gebäudekühlung naturale Luftvorkühlung Wärmesenke für Kühlprozesse Luftvorwärmung mit/ohne Wärmepumpe Trinkwasser Erwärmung (bis ca. 55 C) 25

26 Energienutzung im Gebäude Niedertemperaturflächenheizsysteme (kleine Temperaturunterschiede zwischen Wärmeträgermedium und Raum) Kühl-/Heizdecken lichtreflektierend schallabsorbierend schnell reagierend Betonkerntemperierung speicherbasierend selbstregelnd 26

27 Zusammenfassung Geothermie ist die sichere Basis zur wirtschaftlichen Versorgung von Gebäuden mit Heiz- und Kühlenergie CO 2 Vermeidung ist nachhaltiger Klimaschutz mit Geothermie gelingt Ausstieg aus der Kostenfalle für Heizung und Kühlung ganzheitliche Systemtechnik ist Voraussetzung für den Erfolg Interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Planungsparteien ermöglicht noch viele Anwendungen 27

28 Auszug Referenzen Kai 13 Düsseldorf 144 Energiepfähle universa Haus Freiburg 15 Erdwärmesonden DreesSommer Stuttgart 18 Erdwärmesonden Skyper Frankfurt Energiepfähle Entory AG Ettlingen 114 Energiepfähle 8 Jahre Erfahrung - bundesweit > 80 Objekte Buhlmann Bremen Energiepfähle T.I.M.E. Port Bremen Energiepfähle VGH Lüneburg Energiepfähle Polizeidirektion Mettmann Energiepfähle KSK Tübingen Energiepfähle Südleasing Stuttgart Energiepfähle Rosenparkresidenz Stuttgart Erdwärmesonden Fraunhofer Duisburg Erdwärmesonden Zusätzl. mit Geozent Wärmepumpe - ZF Flächensysteme - Heiz-/ Kühldecken 28

29 Vielen Dank