19.1.015, Hamburg Technische Regelwerke für Geothermieanlagen in Deutschland, Aus- und Fortbildungsmöglichkeiten für Anlagenbauer Dr. Burkhard Sanner VDI, Gießen (European Geothermal Energy Council, Brüssel) Erdgekoppelte Wärmepumpen in Europa EU-Ziele für 00: Erdgekoppelte Wärmepumpen liefern mit aktuell über 1, Mio Einheiten (in EU-8) und einer Produktion von rund Mio t RÖE einen sichtbaren 4,5 Beitrag zu den Zielen für 00 4,088 für erneuerbare Energie 4,0 Die weitere Entwicklung nach 00 3,5 wäre jedoch durch ein niedriges 3,0 EU-Ziel von 7 % Erneuerbare Stand 013 Energie für 030 gefährdet,5 Mio t RÖE,0 Summe der Angaben zu erdgekoppelten Wärmepumpen in den nationalen Aktionsplänen für Erneuerbare Energie (NREAP) gemäß EU-Richtlinie 009/8/EG 1,5 1,0 0,5 0,0 1,155 0,40 005 010 00
Rahmenbedingungen Heizungsmarkt In vielen Ländern, besonders in Südeuropa, gab es im Bausektor einen Boom, der aber 007/008 zusammengebrochen ist. In anderen Ländern wie z.b. Deutschland stagniert der Neubausektor oder geht sogar langsam zurück. Index des Baugewerbes, Bau von Gebäuden (nach Daten von Eurostat, 010 = 100) Index Baugewerbe - Gebäude (010 = 100) 300 50 00 150 100 50 0 EU-8 Deutschland Frankreich Großbritannien Griechenland Österreich Portugal Rumänien Spanien 004 005 006 007 008 009 010 011 01 013 Marktentwicklung erdgekoppelte Wärmepumpen Markt EU-weit stagnierend, weiter steigende installierte Leistung (nach Daten von Eurobserv ER, Vergleichswerte WGC/EGC) 10000 4000 100000 0000 Anzahl Neuanlagen pro Jahr 80000 60000 40000 WGC 010 EGC 013 Neuanlagen im Jahr insgesamt installierte Leistung 16000 1000 8000 Installierte Leistung (MW th ) 0000 4000 0 007 008 009 010 011 01 0
Marktentwicklung erdgekoppelte Wärmepumpen Marktentwicklung in Deutschland: - Boom 1980 und 006 jeweils durch Weltpolitik ausgelöst - Steigender Anteil Wärmequelle Luft - seit Anfang der 1990er Jahre erste Richtlinien 70 100 Anzahl verkaufte WP (*1000) 60 50 40 30 0 10 Luft Geothermie % erdgek. WP AWP T1 (CH) VDI 4640 (DE) 90 80 70 60 50 40 30 0 10 Anteil Geothermie (%) 0 0 1978 1980 198 1984 1986 1988 1990 199 1994 1996 1998 000 00 004 006 008 010 01 014 Marktentwicklung erdgekoppelte Wärmepumpen Probleme für erdgekoppelte Wärmepumpen ergeben sich vor allem aus höheren Kosten und restriktiver Genehmigungspraxis Standortkarte HLUG 01 Standortkarte HLUG 014
Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Bedeutung der unterschiedlichen Ebenen: Europäische Normen (European Standards, EN) EN sind generell normativ, d.h. sie sind grundsätzlich zu befolgen Andere Internationale Normen (ISO) ISO sind nicht normativ, sollten jedoch den Stand der Technik darstellen und daher befolgt werden Nationale Regeln Bedeutung je nach Land unterschiedlich; in Deutschland gilt: - DIN sind normativ - Andere Regeln und Richtlinien (VDI, VDE, DVGW etc.) stellen den Stand der Technik dar und sollten befolgt werden (Bei Widersprüchen sollte daher im Zweifel einer DIN gefolgt werden; idealerweise legt jedoch DIN unbedingt einzuhaltende Maße, Verfahrensweisen usw. fest, während Richtlinien dazu mehr Details und Ausführungshinweise geben.) Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Stand der Regelsetzung: Für die Wärmepumpen an sich gibt es umfassende und (auf europäischer Ebene, d.h. EU + CH, NO, IS) harmonisierte Normen als EN, z.b. für Leistungsangaben, Sicherheit, Einbindung in das Heizsystem etc. Beispiel: EN 378 Kälteanlagen und Wärmepumpen - Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen
AT BE BG CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LT LU LV MT NL PL PT RO SE SI SK CH ÖNORM EN 378 NBN EN 378 EN 378 CYS EN 378 SN EN 378 DIN EN 378 DS/EN 378 EVS-EN 378 UNE-EN 378 SFS-EN 378 NF EN 378 BS EN 378 378 MSZ EN 378 I.S. EN 378 UNI EN 378 LST EN 378 SEE EN 378 LVS EN 378 MSA EN 378 NEN-EN 378 PN EN 378 NP EN 378 SR EN 378 SS-EN 378 SIST EN 378 STN EN 378 SN EN 378 Kälteanlagen und Wärmepumpen - Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen Systèmes de réfrigération et pompes à chaleur - Exigences de sécurité et d'environnement n/a - Chladicí za ízení a tepelná erpadla - Bezpe nostní a environmentální požadavky Kälteanlagen und Wärmepumpen - Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen Kølesystemer og varmepumper - Sikkerheds- og miljøkrav Külmetussüsteemid ja soojapumbad. Ohutus- ja keskkonnanõuded Sistemas de refrigeración y bombas de calor. Requisitos de seguridad y medioambientales Kylmäkoneistot ja lämpöpumput. Turva- ja ympäristövaatimukset Systèmes de réfrigération et pompes à chaleur - Exigences de sécurité et d'environnement Refrigerating systems and heat pumps - Safety and environmental requirements - H t rendszerek és h szivattyúk. Biztonsági és környezetvédelmi követelmények Refrigerating systems and heat pumps - Safety and environmental requirements Impianti di refrigerazione e pompe di calore - Requisiti di sicurezza ed ambientali- Šaldymo sistemos ir šilumos siurbliai. Saugos ir aplinkosauginiai reikalavimai Systemes de refrigeration et pompes a chaleur - Exigences de securite et d'environnement Partie Sald šanas sist mas un siltums k i -Droš ba un vides pras bas Refrigerating systems and heat pumps - Safety and environmental requirements Koelsystemen en warmtepompen - Veiligheids- en milieu-eisen Instalacje zi bnicze i pompy ciep a -- Wymagania dotycz ce bezpiecze stwa i ochrony rodowiska Sistemas frigoríficos e bombas de calor. Requisitos de segurança e protecção ambiental Sisteme de r cire i pompe de c ldur. Condi ii de securitate i de mediu Kyl- och värmeutrustning - Kylteknik och värmepumpsteknik - Säkerhetsregler och miljökrav Hladilni sistemi in toplotne rpalke Varnostnotehni ne in okoljevarstvene zahteve Chladicí za ízení a tepelná erpadla - Bezpe nostní a environmentální požadavky Kälteanlagen und Wärmepumpen - Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen EN 378 in verschiedenen Ländern IS ÍST EN 378 Kælikerfi og varmadælur - Kröfur er varða öryggi og umhverfi Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Grundlegende europaweite Norm für Wärmepumpenheizungen: EN 15450: Heating systems in buildings - Design of heat pump heating systems Deutsche Version: DIN EN 15450: Heizungsanlagen in Gebäuden Planung von Heizungsanlagen mit Wärme- Pumpen Darin Anhang A. (informativ) zu Wärmequelle Erdreich (passt nur für Situation Mitteleuropa, auch weitgehend technisch überholt)
Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen EN 15450 macht auch die grundsätzlichen Probleme geothermischer Normen auf europäischer Ebene deutlich: Die klimatischen Bedingungen innerhalb Europas variieren sehr stark, mit entsprechenden Unterschieden in Heiz- und Kühlbedarf Die geologischen Bedingungen variieren ebenfalls sehr stark, von Regionen mit vorwiegend Lockergesteinen zu solchen mit sehr harten, kristallinen Gesteinen Auch die Traditionen bei Heiz- und Kühltechnik unterscheiden sich EN 15450 kann daher nur einen Mindestrahmen für Planung und Installation festlegen, während viele Einzelheiten lokal oder regional bestimmt werden müssen Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Stand der Regelsetzung: Für die Wärmepumpen an sich gibt es umfassende und (auf europäischer Ebene, d.h. EU + CH, NO, IS) harmonisierte Normen als EN, z.b. für Leistungsangaben, Sicherheit, Einbindung in das Heizsystem etc. Für den Untergrund gibt es EN nur für die Sicherheit von Bohrgeräten (EN 791), sowie einige aus der Ölindustrie für tiefere Bohrungen; daneben Normen für Felduntersuchungen aus der Geotechnik (z.b. EN ISO 475) Für oberflächennahe Geothermie gibt es technische Regeln nur in Ländern, wo sich bereits ein Markt entwickelt hat, wie AT, CH, DE und SE (und jüngst in SP und UK) Zertifizierungen für Installateure und Bohrunternehmen gibt es ebenso nur in Ländern mit entwickeltem Markt
Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Erste nationale Regel war das Merkblatt T1 der Arbeitsgemein- Schaft Wärmepumpen (AWP) in der Schweiz, Oktober 199 Hierin wird bereits die Verpressung von Erdwärmesondenbohrungen gefordert Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Es existieren inzwischen verschiedene nationale Dokumente AT ÖWAV Regelblatt 07 Thermische Nutzung des Grundwassers und des Untergrunds, Heizen und Kühlen 009 CH AWP T1 Heizsysteme mit Wärmepumpen 007 CH SIA D 0190 Nutzung der Erdwärme durch Energiepfähle etc. 005 CH SIA 384/6 (SN 565) Erdwärmesonden für Heizen und Kühlen 009 DE VDI 4640 Blatt 1-4 Thermische Nutzung des Untergrunds, Blatt 1-4 000-010 SE Normbrunn-07 Bohrungen für Grundwasserbrunnen und Energie 008 SP UNE 100715-1 Planung, Bau und Überwachung von Anlagen der Oberflächennahen Geothermie, Teil 1: neu! Geschlossene, vertikale Systeme 014 UK MIS 3005-3.0 Anforderungen Wärmepumpensysteme Dazu MCS 0: Auslegungstabellen für Erdreich- Wärmetauschersysteme 011
Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen VDI 4640 Thermische Nutzung des Untergrunds Blatt 1: Allgemeines / Genehmigungen / Umwelt, Stand 010-04 Blatt : Erdgekoppelte Wärmepumpen, Stand 001, Entwurf der Neuauflage 015 erwartet Blatt 3: Thermische Untergrundspeicher / UTES, Stand 00 Blatt 4: Direkte Nutzungen, Stand 004 Blatt 5: Thermischer Responsetest (Entwurf 015 erwartet) Sehr umfassend, Richtlinienausschuss konstituiert im Jahr 1995 auf eine Initiative der GtV hin VDI 4640 hat die oberflächennahe Geothermie vom Status der experimentellen Bastelei zu dem eines industriellen Produkts gebracht Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Auslegung kleiner Anlagen nach Tabelle in VDI 4640, Bl. (Stand 001) spezifische Entzugsleistung Allgemeine Richtwerte: Schlechter Untergrund (trockene Lockergesteine) Normales Festgestein und wassergesättige Lockergesteine Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit Einzelne Gesteine: Kies, Sand, trocken Kies, Sand, wasserführend Ton, Lehm, feucht Kalkstein (massiv) Sandstein saure Magmatite (z.b. Granit) basische Magmatite (z.b. Basalt) Gneis für 1800 h/a 5 W/m 60 W/m 84 W/m <5 W/m 65-80 W/m 35-50 W/m 55-70 W/m 65-80 W/m 65-85 W/m 40-65 W/m 70-85 W/m für 400 h/a 0 W/m 50 W/m 70 W/m <0 W/m 55-65 W/m 30-40 W/m 45-60 W/m 55-65 W/m 55-70 W/m 35-55 W/m 60-70 W/m
Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Grenzen der Auslegung kleiner Anlagen nach Tabelle in VDI 4640, Bl. (Stand 001) 70 60 Einfamilienhaus, 10 kw Wärmebedarf mit Grundwasserfluß 50 40 30 ohne Grundwasserfluß 0 10 0 Daten nach VDI 4640 Erdwärmesonden 1 1.5.5 3 3.5 4 Wärmeleitfähigkeit [W/m/K] Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Vergleich der Auslegung einer kleinen Erdwärmesonden-Anlage nach verschiedenen Normen und Vergleich mit EED (Anlagengrößen bis 30 kw oder 4 EWS, je nach Dokument) Beispiel: Wohnhaus auf einem Sandsteinuntergrund mit einem Wärmebedarf von 1 kw nach DIN 4701 Die Wärmepumpe soll etwa 1800 Stunden im Jahr laufen und eine Fußbodenheizung mit T vorlauf 30-35 C versorgen Damit kann eine Arbeitszahl von = 3,8 erwartet werden Es ergibt sich eine mittlere Wärmepumpen-Verdampferleistung (bzw. Erdwärmesonden-Entzugsleistung) von 8,8 kw Nach VDI 4640 Bl., Stand 001, können die Tabellenwerte für einzelne Gesteine wie auch für mittlere Wärmeleitfähigkeit angewandt werden.
Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Vergleich der Auslegung einer kleinen Erdwärmesonden-Anlage nach verschiedenen Normen und Vergleich mit EED (Anlagengrößen bis 30 kw oder 4 EWS, je nach Dokument) Ansatz in SIA 384/6: Kurve für Doppel-U 3 bzw. 40 mm, andere Kurven zur Korrektur auf Sondenanzahl, Abstand, Betriebsstunden, etc. Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Vergleich der Auslegung einer kleinen Erdwärmesonden-Anlage nach verschiedenen Normen und Vergleich mit EED (Anlagengrößen bis 30 kw oder 4 EWS, je nach Dokument) Ansatz in MIS 3005, Issue 3.0 von 011, in Verbindung mit MCS 0 Ground Heat Exchanger lookup tables hier Beispielwerte aus MCS 0
Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Vergleich der Auslegung einer kleinen Erdwärmesonden-Anlage nach verschiedenen Normen und Vergleich mit EED Berechnung mit EED, Temperaturen in Erdwärmesonden über 5 Jahre berechnet Fluid temperature [ C] 14 1 10 8 6 4 0 - -4 JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC Year 5 Fluid temperature Peak cool load Peak heat load 14 Annual min-max fluid temp. [ C] 1 10 8 6 4 0 - Peak min Peak max Base min Base max -4 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 13 14 Year 15 16 17 18 19 0 1 3 4 5 Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Vergleich der Auslegung einer kleinen Erdwärmesonden-Anlage nach verschiedenen Normen und Vergleich mit EED Methode Anzahl EWS Länge EWS Länge gesamt VDI 4640, allgemein 73,4 m 147 m VDI 4640, Gestein 55-68 m 110-136 m SIA 384/6 (SN 546) 13 m 46 m MIS 3005 + MCS 0 110 m 0 m EED 110 m 0 m
Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Vergleich der Auslegung einer kleinen Erdwärmesonden-Anlage nach verschiedenen Normen und Vergleich mit EED Methode Anzahl EWS Länge EWS Länge gesamt Die Auslegung nach den Tabellen in der Neuauflage VDI 4640- VDI 4640, allgemein 73,4 m 147 m werden näher an den EED-Werten liegen, da diese Tabellen auf VDI EED-Berechnungen 4640, Gestein basieren; es werden Tabellen 55-68 mfür verschiedene Minimaltemperaturen (-5 C, -3 C, 0 C) vorgelegt werden. 110-136 m SIA 384/6 (SN 546) 13 m 46 m MIS 3005 + MCS 0 110 m 0 m EED 110 m 0 m Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen VDI 4640 Bl. (Stand 001) behandelt folgende Techniken: Grundwasserbrunnen Erdwärmekollektoren Erdwärmesonden Erdwärmekollektoren mit Direktverdampfung Spezielle Formen (Spiralen, Energiepfähle, Koaxialbrunnen) Die Neuauflage wird dies wesentlich beibehalten, einige Erweiterungen im Detail und erhebliche Verbesserung der Auslegungsvorgaben
Regeln für erdgekoppelte Wärmepumpen Weitere Dokumente: Informationsblatt des BDH und BWP zu Erdwärmekollektoren VBI-Leitfaden "Oberflächennahe Geothermie" (3. Aufl. 01) DGG / DGGT Empfehlung Oberflächennahe Geothermie (Verlag Ernst & Sohn, 015) Zertifizierung bei erdgekoppelten Wärmepumpen Es gibt zwei wesentliche Bereiche für Zertifizierung: Installation der Wärmepumpe (z.b. EUCert-HP) Installation der Erdwärmequelle (werden auch in Art. 14 der EU-EE-Richtlinie 009/8/EG unterschieden)
Zertifizierung bei erdgekoppelten Wärmepumpen Zertifizierung für Installation der Erdwärmequelle in Deutschland Bohrarbeiten, Installation Brunnen bzw. Erdwärmesonde Zertifikate für Firmen: DVGW W 10-1 (von 01, vorwiegend Brunnen) DVGW W 10- (von 013, oberfl. Geothermie / Erdwärmesonden) Jeweils für verschiedene Tiefenbereiche Zertifikate für Personen: DGGT/DGG-Fachkraft Bohrungen für geothermische Zwecke und Einbau von geschlossenen Wärmeüberträger-Systemen (Erdwärmesonden) Weitere Zertifikate, z.b. Schweissen von Kunststoffleitungen (nach DVS 07 bzw DVS 08) Ausbildung Oberflächennahe Geothermie Die europäische Initiative GEOTRAINET (hervorgegangen aus einem EU- Projekt 008-011) wurde im November 013 als Rechtsperson (Verein) gegründet und im Februar 014 in Brüssel als aisbl eingetragen. Ziel ist die Sicherstellung vergleichbarer Ausbildung auf EU-Ebene Erste Kurse Ende 014 in Lissabon und Madrid EFG EGEC BWP BRGM GSHPA ANIG-HP AGP RGS SGC GEOPLAT HHPA Mitglieder Europa Europa Deutschland Frankreich Großbritannien Italien Portugal Rumänien Schweden Spanien Ungarn
Ausbildung Oberflächennahe Geothermie Angebote in Deutschland z.b. durch BDG, einzelne Hochschulen und Ausbildungsstätten (nach eigenen Curricula, oder z.b. nach Vorgabe DGGT/DGG) Sowohl einzelne (Kurz-)Kurse als auch Kurse mit mehreren Modulen Daneben heute Teil der klassischen Ausbildung Bohrmeister etc. sowie der universitären Ausbildung Geologie und Ingenieurwissenschaften Es exisitiert ein deutsches National Training Board für Geotrainet, das aktuell von BWP koordiniert wird und dem Organisationen wie BDG angehören. Ziel ist es, deutsche Ausbildungsstandards auf EU-Ebene vergleichbar zu halten. Nach EU-EE-Richtlinie 009/8/EG muss die Zertifizierung in einem Land in anderen EU-Staaten anerkannt werden! Genehmigungen für Erdgek. Wärmepumpen Sowohl auf europäischer, nationaler, regionaler und teilweise lokaler Ebene gibt es Gesetzgebung, die den Einsatz erdgekoppelter Wärmepumpen beeinflusst. Mehr Informationen im Dokument REGEOCITIES D. (auch auf deutsch erhältlich) und den nationalen Berichten, alle als PDF zum Download verfügbar unter http://regeocities.eu/results/ Beteiligte Länder: Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Griechenland, Irland, Italien, Niederlande, Schweden, Spanien
Genehmigungen für Erdgek. Wärmepumpen Nach einer Liste aus dem REGEOCITIES-Projekt: (REGEOCITIES Partnerländer) Horiz.-Kollektor Erdwärmesonden Grundwasser Keine Regelung FR, GR, IR, NL, RO, SP IR, NL - Genehmigung oder Anzeige* - BE, FR, IT, SE BE, FR, SE Genehmigung BE, DE, DK, SE DE, DK, GR, RO, SP DE, DK, GR, IR, IT, NL, RO, SP Anzeige IT *entsprechend technischer Kriterien - - Horizontal: Regelung nur in 45 % der Länder Erdwärmesonden: Regelung in den meisten Fällen Grundwasser: Regelung exisitiert (meist Genehmigung) Beispiele für Raumplanung Geothermie Schweden: Hohe Dichte von Erdwärmesonden in Stockholm (Ende 013 über 15.000 Anlagen im Stadtgebiet) Karte: Pia Winbladh Högfors, Stadt Stockholm
Beispiele für Raumplanung Geothermie Elektronische Beantragung für Genehmigung in Stockholm In Schweden müssen Erdwärmesonden i.d.r. nur angezeigt werden, in Stockholm ist aber eine Genehmigung nötig. Als Regel gilt ein Abstand von 0 m zwischen Bohrungen auf benachbarten Grundstücken. http://varmepumpar.stockholm.se/ Beispiele für Raumplanung Geothermie Beispiel für das elektronische Beantragungssystem Bohrung zu nahe an vorhandener Bohrung geplant http://varmepumpar.stockholm.se/
Beispiele für Raumplanung Geothermie Beispiel für das elektronische Beantragungssystem Bohrung korrekt geplant http://varmepumpar.stockholm.se/ Beispiele für Raumplanung Geothermie Ergebnis in Stockholm: Ein Drittel der Einfamilienhäuser in der Stadt haben eine erdgekoppelte Wärmepumpe Bis zu 10 % der Heizungsenergie der Stadt wird durch erdgekoppelte Wärmepumpen erzeugt Elektronischer Antrag ist für Anlagen mit einer einzigen Sonde bis 50 m Tiefe möglich; mehr als 80 % der entsprechenden Anträge werden über das elektronische System gestellt (Nach Angaben von Pia Winbladh Högfors, Stadt Stockholm)