Geothermische Anwendungen für die Gebäudeklimatisierung Dr. Rainer Klein boden & grundwasser GmbH Dr. Rainer Klein, Amtzell Geothermieprojekte von boden & grundwasser
Geothermiequellen
Oberflächennahe Geothermie Oberflächennahe Geothermie: Nutzung der Energie, die in den obersten Erdschichten oder dem Grundwasser gespeichert ist. Die hier vorliegenden Temperaturen von ca. 8-16 C können sowohl zur Bereitstellung von Wärme als auch Klimakälte dienen.
Oberflächennahe Systeme Grundwasser über Förder- und Schluckbrunnen (1) Erdkollektor (=horizontale Rohrschlangen) (2) Erdwärmesonden (3) Erdberührte Betonbauteile, Energiepfähle, Tunnel, etc Wärmeabgabe Wärmequelle Quelle: BWP Quelle: BWP 1 2 3
Oberflächennahe Systeme Erdkollektoren Voraussetzungen: - Entzugsfläche ca. 2,5 x bebauter Wohnraum (ca. 15-40 W/m²) - Verlegetiefe 1,2-2 m - Sonneneinstrahlung, Sickerwasser Vorteile: - vergleichsweise niedrige Investitionskosten Nachteile: - evtl. Frostmantel um Kollektorrohre - evtl. Pflanzenschäden - Entzugsfläche darf nicht versiegelt werden - hoher Platzbedarf - geringe Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe
Oberflächennahe Systeme Energiepfähle, thermisch aktivierte Betonbauteile Voraussetzungen: - Erdberührte Betonbauteile - Installation von PE-Rohren in die Bauteile Vorteile: - Pfähle/Bauteile sind vorhanden - kein zusätzlicher Platzbedarf Nachteile: - keine verbindlichen Dimensionierungsparameter - Pfähle/Bauteile sind in hinsichtlich der Statik ausgelegt - als alleinige Wärme- bzw. Kältequelle oftmals nt. ausreichend
Oberflächennahe Systeme Grundwasser über Förder- und Schluckbrunnen Voraussetzungen: - ausreichende Ergiebigkeit (ca. 0,25 m³/h pro kw Verdampferleistung) - keine störenden GW-Inhaltsstoffe - flacher GW-Leiter vorhanden (max. ca.10-15 m) - hydrogeologische Kenntnisse (Fließrichtung, etc) Vorteile: - vergleichsweise niedrige Investitionskosten - hohe Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe Nachteile: - ggf. aufwendige Voruntersuchungen notwendig - Fündigkeitsrisiko - Betrieb nicht wartungsfrei - Platzbedarf Förderbrunnen GW-Fließrichtung Schluckbrunnen
Grundwassernutzung Thermische Nutzung von hydraulischen Sanierungsmaßnahmen (pump & treat-anlagen) Voraussetzungen: - das thermische Potential des geförderten Wassers kann am Standort genutzt werden - Angaben des TGA-Planers zum Heiz- und Kühlbedarf - Flächenheizungssystem für den ökonomischen Einsatz einer Wärmepumpe Vorteile: - notwendige Voruntersuchungen wurden bereits für die Planung der P&T Anlage durchgeführt - GW-Ergiebigkeit, hydraul. Kennwerte bekannt - Evtl. Probleme mit Wasserinhaltsstoffen werden bereits bei der Wasseraufbereitung gelöst - Wasser hat nach Aufbereitung oft höhere Temperaturen als GW-Temperatur d.h. hohe JAZ - genehmigungsfähig, da bereits P&T-Anlage genehmigt wurde - vernachlässigbare Investitionskosten (im Idealfall nur Wärmepumpe und Verrohrung)
Grundwassernutzung Ausbreitung einer Wärmefahne im Grundwasser für dauerhafte Entnahme und Wiedereinleitung von 25 l/s Nach 6 Jahren Nach 10 Jahren
Oberflächennahe Systeme Erdwärmesonden Voraussetzungen: - grundsätzlich überall möglich - Faustregel: 50 W pro Sondenmeter - EFH: typischerweise 2 x 80 m Bohrung Vorteile: - etablierte Technik - praktisch wartungsfrei - keine aufwendigen Voruntersuchungen - geringer Platzbedarf der Sonden Nachteile: - z.t. Genehmigungsfähigkeit - Tiefenbeschränkungen - relativ hohe Investitionskosten - Platzbedarf Bohrgerät
Erdwärmesonden Beispiel: A-Dornbirn 12 EWS mit 160 m Jahresheizbedarf 190 MWh Beispiel: A-Dornbirn 12 EWS mit 160 m Jahresheizbedarf 190 MWh Jahreskühlbedarf 100 MWh Annual min-max fluid temp. [ºC] 7 6 5 4 3 2 1 0-1 -2 Peak min Peak max Base min Base max Annual min-max fluid temp. [ºC] 16 14 12 10 8 6 Peak min Peak max Base min Base max 10 20 Year 30 40 50 10 20 Year 30 40 50
Erdwärmesonden Beispiel: A-Dornbirn 12 EWS mit 160 m Jahresheizbedarf 190 MWh Jahreskühlbedarf 100 MWh Zeitlicher Verlauf der Minimal- und Maximalwerte der Wärmeträgertemperatur Jahresgang 50. Betriebsjahr der Wärmeträgertemperatur Annual min-max fluid temp. [ºC] 16 14 12 10 8 6 Peak min Peak max Base min Base max Fluid temperature [ºC] 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 Base load Peak cool load Peak heat load 10 20 Year 30 40 50 JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC Year 50
Erdwärmesonden Vorteile einer bimodalen Betriebsweise mit Heizung und Kühlung: Maximale Nachhaltigkeit und Langzeitstabilität des Systems Einsparung von Bohrmetern Bessere Energieeffizienz im Winterbetrieb Komfortgewinn fast zum Nulltarif
Planung
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