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VL Geothermie Gekoppelte Solar-Geothermik-Niedertemperatur-Nutzung

VL Geothermie Gekoppelte Solar-Geothermik-Niedertemperatur-Nutzung. Einführung in die Solarthermie Grundlagen der geothermischen Energienutzung Geo-Solarthermie. Gliederung. Einführung in die Solarthermie. Solarthermische Kombianlage Anlagenschaubild. Kollektor. Speicher. Nachheizung.

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Presentation Transcript

  1. VL Geothermie Gekoppelte Solar-Geothermik-Niedertemperatur-Nutzung

  2. Einführung in die Solarthermie Grundlagen der geothermischen Energienutzung Geo-Solarthermie Gliederung

  3. Einführung in die Solarthermie

  4. Solarthermische KombianlageAnlagenschaubild Kollektor Speicher Nachheizung Warm-wasser Heiz- kessel Raumheizung Kalt- wasser Institut für Solar- & Anlagentechnik, Uni Kassel [2007] Kombianlage: Solarthermische Anlage zur - Trinkwarmwasserbereitung - solaren Raumheizungsunterstützung

  5. Solarthermische KombianlageDimensionierung Ein- / Zweifamilienhaus

  6. Solares Wärmeangebot Wärmebedarf Solarthermische KombianlageBetriebszeiten & Erträge Institut für Solar- & Anlagentechnik, Uni Kassel [2007]

  7. Solares Wärmeangebot (bei doppelter Kollektorfläche) Wärmebedarf Solarthermische KombianlageBetriebszeiten & Erträge Institut für Solar- & Anlagentechnik, Uni Kassel [2007]

  8. Notwendige Nachheizung Ungenutzter solarer Überschuss Notwendige Nachheizung Solar gedeckter Bedarf Solarthermische KombianlageBetriebszeiten & Erträge

  9. Grundlagen der geothermische Energienutzung

  10. + 2 °C 4,5 bar + 55 °C 17 bar Antriebsenergie + 25 °C 17 bar - 5 °C 4,5 bar Oberflächennahe GeothermieFunktionsprinzip Wärmepumpe Verdichter Abgeführte Wärme (- 30 K) Zugeführte Wärme (+ 7 K) Verdampfer Verflüssiger Expansionsventil Institut für angewandte Physik, Uni Frankfurt am Main [2007]

  11. Momentanwert für Effizienz Jahreswert für Effizienz Oberflächennahe GeothermieLeistungszahl & Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe • Leistungszahl (COP: Coefficient of Performance) • Jahresarbeitszahl (SPF: Seasonal Performance Factor) • COP abhängig von DT zwischen • Wärmequelle (Erdsonde / -kollektor) & • Wärmenutzungsanlage (Niedertemp.-heizung) • COPreal berücksichtigt • thermische, mechanische & elektrische Verluste • Energiebedarf der Hilfsantriebe

  12. Leistungszahl COP Temperaturdifferenz DT 0 10 20 30 40 50 60 70 80 12 10 DT = 25 K COP = 6,0 8 DT = 40 K COP = 4,0 6 4 2 Je geringer DT, desto wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe! In der Praxis bewirkt die Verringerung von DT um je 1 K eine Stromersparnis bis zu 2,5 %! Oberflächennahe GeothermieLeistungszahl & Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe • Leistungszahl in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz StMUGV [2005]

  13. Oberflächennahe GeothermieErdreichtemperaturen 20 15 10 Temperatur (in °C) 5 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dez Monat -5 BINE Informationsdienst [2006]

  14. Geo-Solarthermie

  15. 8 8 7 5 5 6 9 Geo-SolarthermieAnlagenkonzept (Beispiel-Projekt) • Kollektorfeld • 44 m² • Solarregler • Solarstation • Kombispeicher • 400 l • Hydraulikbaugruppen • Sole/Wasser-Wärmepumpe (mit Pufferspeicher) • Heizflächen • 300 m² • Wärmebedarf (TWW, Heizung) • 35.750 kWh • Erdsonden • 14 Geosticks à 17,5 m GEFGA [2006] Schüco [2008]

  16. Geo-SolarthermieHeizenergieverlauf (Beispiel-Projekt) Heizenergie (kWh) GEFGA [2006] Monat

  17. Kollektor Kombispeicher 1 2 3 Wärmepumpe 4 Erdsonde Geo-SolarthermieEnergieflüsse • Direkte Nutzung der Solarenergie bei ausreichenden Temperaturen im Kombispeicher zur TW-Erwärmung & Heizungsunterstützung • Unterstützung der Wärmepumpe durch Anhebung des Temperaturniveaus im Solekreis • Regeneration des Erdreiches bei Wärmepumpenstillstand & Solarüberschuss • Nutzung der im Erdreich zwischengespeichertenSolarwärme beim nächsten Wärmepumpenstart Schüco [2008]

  18. Geo-SolarthermieVergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage • Simulierter Jahresverlauf der Sole-Mitteltemperatur & Basistemperatur nach 25 Jahren Betriebszeit der konventionellen Geothermie-Anlage Basistemperatur Sole-Temp (Maximaler Entzug) Temperatur (in °C) Monat GEFGA [2006]

  19. Geo-SolarthermieVergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage • Simulierter Jahresverlauf der Sole-Mitteltemperatur & Basistemperatur nach 25 Jahren Betriebszeit der Geo-Solarthermie-Anlage Basistemperatur Sole-Temp (Maximaler Entzug) Temperatur (in °C) Monat GEFGA [2006]

  20. Geo-SolarthermieVergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage • Basistemperatur-Differenz zwischen der Geo-Solarthermie-Anlage und der konventionellen Geothermie-Anlage Quelltemperaturerhöhung von 6 K im Jahresdurchschnitt! Temperaturdifferenz (in K) Monat GEFGA [2006]

  21. Geo-SolarthermieVergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage • Basistemperatur-Verlauf über 25 Jahre Betriebszeit der konventionellen Geothermie-Anlage Maximale Temperatur Temperatur (in °C) Minimale Temperatur GEFGA [2006] Jahr

  22. Geo-SolarthermieVergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage • Basistemperatur-Verlauf über 25 Jahre Betriebszeit der Geo-Solarthermie-Anlage Maximale Temperatur Temperatur (in °C) Minimale Temperatur GEFGA [2006] Jahr

  23. Geo-SolarthermieVergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage • Basistemperatur-Verlauf über 25 Jahre Betriebszeit (Vergleich der beiden Anlagen) Max Gestiegene & konstantere Quelltemperaturen! Geo-Solarthermie Temperatur (in °C) Max Geothermie Min Min GEFGA [2006] Jahr

  24. Prinzip Sommer: Heizenergie wird g. T. von Solarthermie-Anlage bereitgestellt Überschüssige Solarwärme wird im Erdreich gespeichert Im Winter: Heizenergie wird g. T. von Wärmepumpe bereitgestellt Vorteile Temperaturniveau im Erdreich steigt an Energiesenke (Heizfall) wird mit Einlagerung von Solarenergie wieder gefüllt COP & SPF (die vom zu leistenden Temperaturhub abhängen) steigen an Wärmepumpe verbraucht weniger Strom Jährliche Betriebszeit der Wärmepumpe wird gegenüber einem konventionellen System verringert Längere Lebensdauer der Wärmepumpe (weniger Kompressorstarts & Betriebsstunden) ENDE Geo-SolarthermieZusammenfassung 30 % Energieeinsparung (gegenüber konventioneller Geothermie-Anlage) Mehrkosten amortisieren sich in der gleichen Zeit wie konventionelle Geothermie-Anlage gegenüber Öl- oder Gas-Heizungssystem

  25. Institut für Solar- & Anlagentechnik, Uni Kassel [2007] Skript zur Vorlesung „Solartechnik“ Institut für angewandte Physik, Uni Frankfurt am Main [2007] Skrip zur Vorlesung „Physik der Energieerzeugung“ Bayrisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (StMUGV) [2005] Oberflächennahe Geothermie: Heizen & Kühlen mit Energie aus dem Untergrund BINE Informationsdienst [2006] Wärmepumpen: Heizen mit Umweltenergie Schüco [2008] Wärmepumpen mit Solarthermie Gesellschaft zur Entwicklung und Förderung von Geothermen Anlagen mbh (GEFGA) [2006] Vortrag zur 9. geothermischen Fachtagung, 17.11.2006 Karlsruhe Literaturverzeichnis

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