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2 Wärme- und Kälteerzeugung mittels oberflächennaher Geothermie für ein Produktions-, Büro- und Lagergebäude GeoTHERM Offenburg 2008 Dipl.-Ing. Markus Pfeil Offenburg, 28.02.2008
3 Inhalt Entwicklung des Gesamtenergiekonzeptes Planung und Ausführung Wirtschaftlichkeit Ökologie Fazit
4 Ein Beispiel aus der Praxis - Industrie Neubau industriell genutztes Gebäude in Tettnang Nutzer weltweit operierendes Unternehmen Herstellung elektronischer Sensoren Bruttogeschoßfläche gesamt 5.500 qm Büronutzung 3.700 qm (Verwaltung, Schulung, Vertrieb) 1.200 qm Lagerfläche (Lagerung elektronischer Bauteile) 600 qm Produktion (Löten d. Sensoren)
5 Entwicklung des Gesamtenergiekonzeptes Bedarfsanalyse und Grundlagenermittlung Bauphysikalisches Konzept Gebäudehülle Abbildung der Lastverläufe Heizen/Kühlen Entwurf eines Konzeptes zum Heizen und Kühlen Simulation des jahrezeitlichen Verlaufs Dimensionierung der Wärme- und Kälteerzeugung Dimensionierung der Erdsondenanlage
6 Säulen des Gesamtenergiekonzeptes bauphysikalische Optimierung der Gebäudehülle (besonders sommerlicher Wärmeschutz, Dichtheit) Schaffung optimaler Arbeitsbedingungen durch gutes Raumklima (bedarfsabhängige Regelung, CO 2 -gesteuert) Abfuhr hoher innerer Wärmelasten aus Produktion z.t. durch Umweltkälte Kombinierte Erzeugung von Kälte und Wärme durch oberflächennahe Geothermie
Gesamtenergiekonzept - Lager niedrigbeheizt + Zonen mit Personenaufenthalt - Büros FB-Heizung/Kühlung + Lüftung - Grundlasten über Flächenheizsysteme - dynamische Anteile über statische HK (Heißgasenthitzung) 7
8 Industrie-Flächenheizung im Lager Eine Komponente zur Erzielung geringer Systemtemperaturen
9 Technischer Ausbau Deckenstrahlplatten in der Aufenthaltszone Hochregallager
Anforderungen in der Produktion und Kühlungskonzept Produktion Besonderheiten: hohe innere Wärmelasten (18,4 kw je Maschine) 5 Maschinen im Endausbau (92 kw) spez. Wärmelast 158 W/qm 3-Schicht Betrieb Maximaltemperatur im Raum 24 C Lösung: Kombinierte Lastabfuhr durch Strahlungskälte und Zuluftkühlung - Fußbodenheizung/ -kühlung - Kühldecke mit integrierter Zuluftzufuhr - zentrales Umluftgerät mit variablem Außenluftanteil zur freien Kühlung (Umweltkälte) - lokale Geräteabsaugung (Abluft) 10
11 Technischer Ausbau Technischer Ausbau in der Produktion Produktionsbereich fertiggestellt
12 Konzeption und Planung der Wärme- und Kälteerzeugung Abbildung stündliche Heizlast und Kühllast (BHKW-Plan, VDI 2078, Excel) Simulation mit Programm GEOSYST (Hochschule Biberach) zur Dimensionierung der Wärmepumpe und des Erdsondenfeldes Jahresdauerlinie Wärmelast (max. 193 kw)
Technische Daten Wärmepumpe Heizen Wärmepumpe Kühlen Erdsonden Lüftung Produktion Lüftung Büro 193 kw 143 kw 21 Stück; 2.500 m 20.000 m³/h 9.000 m³/h Wärmepumpe 13
14 Planung Erdsonden und Bestimmung der Gesamtsondenlänge Nutzung vorhandenes Schichtenprofil daraus rechnerische Bestimmung Leitfähigkeit 2,226 W/m²K (VDI 4640) Ermittlung der Sondenmeter (2.400m) für Ausschreibung über Simulation Durchführung Thermal Response Test (TRT) an erster fertiggestellter Sonde während Bohrarbeiten weiterlaufen Ermittlung Leitfähigkeit (2,3 W/m²K) und Bohrlochwiderstand aus TRT real exakte Bestimmung der Gesamtsondenmeter über Simulation Ausführung 2.520m aufgeteilt auf 21 Sonden
15 Herstellung der Erdsondenanlage Bohrarbeiten Bohrdurchmesser 120mm
16 Herstellung der Erdsondenanlage Einbringen der Sonden
17 Herstellung der Erdsondenanlage Erdsondenfeld 21 Sonden à 120m Anordnung L-förmig Abstand 6 m z.t. thermisch verbessertes Verfüllmaterial
18 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung bei Energiepreissteigerung von 5 % p.a. Gegenüberstellung der fixen Mehrkosten und der wachsenden Energiekosteneinsparung uro 40.000 30.000 20.000 10.000 0-10.000-20.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Jahre -30.000-40.000-50.000 delta (Kapitaldienst + Wartungskosten) (Mehrkosten) delta Energiekosten (Einsparung)
19 Kumulierte Betrachtung der Mehrkosten (Kapitaldienst + Wartungskosten) gegen Energiekosteneinsparung uro 5.000 0 0 1 2 3 4 5 6 Jahre -5.000-10.000-15.000-20.000 Gewinnzone 5 % p.a. 10 % p.a. 15 % p.a. 20 % p.a. Energiepreissteigerung p.a.
20 Ökologie Bewertung der Primärenergieeinsparung und der CO2-Emissionen Gegenüber einer konventionellen Gebäudetechnik werden jährlich ca. 367 t CO2-Emission vermieden und ca. 627 MWh Primärenergie eingespart. (entspricht ca. 60 Einfamilienhäusern bzw. 63.000l Heizöläquivalent) MWh Pri /MWh End kgco 2 /MWh End Erdöl 1,1 290 Erdgas 1,1 210 Strom 2,9 640 Primärenergiefaktoren und CO 2 -Emissionen nach GEMIS, gerundet. Die Kennzahlen für Strom legen das westeuropäische Verbundnetz zu Grunde. Pri: Primärenergie, End: Endenergie
Fazit Die Erdwärme bietet beste Voraussetzungen für wirtschaftliche und ökologische Lösungen Erdsonden, Brunnenanlagen und Energiepfähle sind die Hauptkomponenten zur Nutzbarmachung der Erdwärme industrielle Projekte mit Kühlenergiebedarf sind hochinteressant für die Kombination Heizen/Kühlen mittels Geothermie steigende Energiepreise und wachsendes Umweltbewußtsein werden den Markt weiter wachsen lassen Gesamtenergiekonzepte sind nötig, um optimale Wirtschaftlichkeit zu erlangen (zu beachten sind z.b. Energieeinsparpotentiale, Nutzung Umweltkälte) anspruchsvolle, komplexe Planungsaufgabe, die im integralen Planungsprozess zu bearbeiten ist hohe Anforderungen an die technische Umsetzung und den Betrieb (Bauleitung, Qualitätssicherung, Monitoring) 21
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 22
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