Grundlagen und Voraussetzungen der Geothermie Referent: Dipl. Ing. D. Rücker 1. Möglichkeiten des Einsatzes 2. Planung 3. Entwurfsinhalte 4. Besonderheiten 5. Umsetzung
1. Möglichkeiten bei unterschiedlichen Ausgangssituationen a. Einfamilienhaus - i.d.r. nur Heizung + Warmwasser - Wirtschaftlichkeit langfristig b. Wohnhaus / Mietshaus > 300 m² - Betrieb von Heizung/WW und Kühlung - Wirtschaftlichkeit mittelfristig c. Geschäftsgebäude - Vorrangig Heizen und Kühlen - z. B. Arbeitsplatztemperatur nach Arbeitsstättenrichtlinie d. Industriegebäude - Vorrangig Kühlen und Heizen - z. B. Ganzjährige Abfuhr von Produktionswärme e. Sonderfälle - Erschließung mit Gas oder Öl nicht vorhanden - EnEV läßt keine andere Kombination zu - KfW- oder ähnliche Darlehen bedingen Geothermie Fazit: Geothermie ist eine etablierte Technik und ist wie andere Technologien in den Planungsprozess der Lph. 1-3 HOAI als technische Variante zur Klärung der Machbarkeit einzubeziehen. Wenn über die Geothermieanlage die Abfuhr von Wärme realisiert wird reduziert sich die Amortisationszeit dramatisch
2 2. Planung Für die Darstellung gegenüber dem AG relevant a. Planungsintensität - EFH einfach über einfache Kennzahlen - Anlagen 20 30 KW, statische Berechnung, EED - Anlagen über 30 KW, dynamische Berechnung, EED / 3D generell: Anlagengröße Geologische Besonderheiten Materialanforderungen b. Aufwand und Termine - kleine Anlagen bis 10 KW nur Genehmigungsverfahren - Anlagen bis 30 KW, rechnerische Dimensionierung - Anlagen > 30 KW, numerische Modellierung Genehmigungsfrist + Anmeldefrist GRT Ausführung GRT Bohrung 1 Tag Aushärtezeit durch Hydratation bis 5 Tage Messung 72 h Auswertung und 3-D Modellierung 5 Tage Genehmigungsfrist für EWA + Anmeldefrist Ausführung ca. 1 Tag pro Bohrung c. Betriebskosten bzw. Amortisation EFH überschaubar langfristig Grosse Anlagen mit Heizen + Warmwasser mittelfristig Anlagen mit Heizen / WW und Kühlung kurzfristig Fazit: Ermittlung des Energiebedarfes muss exakt durchgeführt werden und über die Fachplanung in die Dimensionierung der Erdwärmeanlage einfließen. Damit ergeben sich konkrete Kosten und Termine.
Praxisbeispiel Aufwand und Termine Schule: Anlage >30 KW Planung über numerisches Modell Antrag auf GRT-Messung: 24.07.2011 Genehmigung: 06.09.2011 Anmeldefrist: 14 Tage GRT-Bohrung: 20.09.2011 Hydratation in Abhängigkeit vom Zementgehalt: 1 Tag GRT Messung 23.09.2011 bis 27.09.2011 3-D Simulation bis: 04.10.2011 Antrag auf berechnetes Sondenfeld: 08.10.2011 Antwort untere Wasserbehörde: 22.12.2011 Umstellung auf sommerliche Kühlung: 17.01.2012 Genehmigung Sondenfeld: 21.05.2012 Fertigstellung Geothermiefeld: 16.07.2012
Praxisbeispiel Kosten und Amortisation Lph. 1: Grundlagenermittlung erste geologische Auskünfte, Flächenermittlung, Kontaktaufnahme mit unterer Wasserbehörde, Klärung von Besonderheiten und der Ausführung. Kostenprognose: Ja Nein Lph. 2: Vorplanung Vordimensionierung der Erdwärmeanlage und Konkretisierung des Energiebedarfes, Ermittlung von antragsrelevanten Kenngrößen -EED oder GRT Kostenschätzung: Ja Nein Lph. 3: Entwurfsplanung Durchführung der GRT-Bohrung. Berechnung oder Modellierung des Sondenfeldes über EED oder 3-D mit CAD-Erfassung der Erdwärmeanlage. Kostenberechnung: Ja Nein GmbH, Prötzeler Chaussee 14a, 15344 Strausberg
3. Entwurfsinhalte 3.1 Berechnung von Erdwärmeanlagen - a) Nach VDI 4640 Tabellenwerte - b) Statische Modelle wie EED (Earth Energy Design) - c) Numerische 3-D Simulation Die Berechnung wird von a nach c genauer. - VDI berücksichtigt nur Entzugsleistungen in W/m. - EED berücksichtigt Interaktionen von Sonden - 3-D-Simulation mit Grundwasserströmungsrichtung 3.2 Berechnung der Rohrquerschnitte - Zuleitung von EWA zum Schacht - Zuleitung vom Schacht zum Hausanschlussraum - Dimensionierung der Verteilerbalken / Takosetter
4. Besonderheiten im Hinblick auf die Umsetzung a. Oberflächennahe Geothermie ist standortabhängig Unterschiedliche Entzugsleistungen Gasvorkommen wie Methan oder Gasspeicher Gespannte Grundwasserleiter mit Artesern b. Kostenrelevante behördliche Auflagen Bohrtiefenbegrenzungen Geophysikalische Bohrlochmessung Geologische Begleitung der Bohrungen c. Spezielle Materialanforderungen Einsatz von Wärmeträgern mit WGK 0 Werkstoffe für aggressive Medien Koaxialsonden bzw. VTP-Sonden (FRANK) d. Besondere Ausführungen Gasmeßgeräte bei der Durchführung Frostschutzwächter im Solekreislauf Spezielle Verpressmittel (z.b. sulfatbeständig) Fazit: Die Planung, Berechnung und Auslegung von Geothermieanlagen sind Leistungen von Fachplanern und in den Planungsrahmen von betreffenden Projekten einzubeziehen.
5. Umsetzung Wenn die Planung und Genehmigung abgeschlossen ist 1. Einholen der Angebote a. Auslobung der korrekten Erdwärmesonden (GRT) b. Ausschreibung des richtigen Verpreßmittels c. Preisanfragen für Besonderheiten (Pkt. 2.1.3) 1. Beauftragung eines Unternehmens a. Zertifiziert nach W120 b. Gültige Bohrgeräteführerzeugnisse c. Entsprechende Technik 1. Baustelleneinrichtung a. Bohrbeginnanzeige muss vorliegen b. Ausreichend Baufreiheit für Bohrung und Anschluss Der Verbleib des Bohrgutes ist geklärt Baubeginn 1. Bohrpunkte sind eingemessen (Grenzabstände) a. Die richtigen Erdwärmesonden sind vorhanden b. Korrektes Verpressmittel ist vorhanden Ausführung Bohrung 1. Die geplanten Bohrtiefen werden eingehalten a. Die Verpressung erfolgt fachgerecht (Dichte!) b. Leistungen nach Pkt. 1c werden erbracht Ausführung Anschluss a. Schachtposition ist geklärt b. Der genehmigte Wärmeträger wird verwendet c. Schweisserpass des Facharbeiters liegt vor Wichtig: Der Bauherr haftet in erster Instanz für Einhaltung der Auflagen aus der wasserrechtlichen Genehmigung. Damit ist eine Überwachung wesentlicher Bestandteil der Planungsaufgabe.
Planung / Umsetzung Praxisbeispiele a. Thermische Grenzabstände b. Errichtung von Erdwärmeanlagen unter dem Objekt c. Behördliche Vorgaben für Entzugsleistungen