Oberflächennahe Geothermie - Grundlagen-Anwendungen-Beispiele-

1. Oberflächennahe Geothermie-Grundlagen-Anwendungen-Beispiele- ein Vortrag von Christoph Dittmer Geothermie Kolloquium SoSe2013 Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch

2. Gliederung • Einführung • Nutzung der Erdwärme • Systeme • geschlossene Systeme • offene Systeme • Luft-Erdwärmetauscher • Jahresarbeitszahl • Erklärung • Vergleich verschiedener Systeme • Fazit 06.08.2013 Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

3. Einführung • Erdwärme aus Tiefen von 1,20 m bis 400 m • jahreszeitliche Schwankungen bis zu einer Tiefe von ca. 20 Metern • Mit zunehmender Tiefe nimmt die Temperatur ca. 3 Kelvin pro 100 Meter zu • Einfluss von Niederschlags- und Sickerwasser sowie bewegtes Grundwasser (bis 20m) sowie Sonnenenergie und der Energie des Erdinneren auf die Erdreichtemperatur Quelle: Oberflächennahe Geothermie;Bayrisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

4. Nutzung der Erdwärme • geringes Temperaturniveau von 8 bis 12 °C im Bereich nahe der Oberfläche  Einsatz einer Wärmepumpe • Ohne Wärmepumpe: Vorerwärmung der Luft oder passive Kühlung • verschiedene Systeme zur Nutzung der Erdwärme • geschlossene Systeme • offene Systeme • Luft-Erdwärmetauscher 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

5. geschlossene Systeme • horizontale Systeme • Erdreichkollektoren • vertikale Systeme • Erdwärmesonden • Energiepfähle 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

6. Erdreichkollektoren Quelle: http://www.koeln-sonne.de/produkte/waermepumpe_erdreichkollektor.jpg • Kunststoffrohre (meist Polyethylen) • Tiefe: 1 bis 2,50 m • Abstand: 0,3 bis 0,8 m; in Schleifen verlegt  immenser Flächenverbrauch 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

7. Erdwärmesonden Quelle: http://www.erdwaerme-infos.de/media/erdwaermesonden.jpg • Doppel-U-Sonden aus HD-PE (D=25, 32, 40 mm) werden in vertikale oder geneigte Bohrungen (D= 120 bis 200mm) eingebracht • Bohrlochringraum mit Suspension verfüllt (Bentonit-Zement-Sand-Suspension) spez. Entzugsleistung für kleinere Anlagen (Heizleistung von 30 kW) bei reinem Wärmeentzug : 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

8. Energiepfähle • dienen in erster Linie der Statik des Gebäudes (Einsatz nur im positiven Temperaturbereich) • Ortbetonpfahl oder Betonfertigpfahl • Wärmeausbeute abhängig von: • Anordnung der Pfähle • Pfahltiefe • Pfahldurchmesser • Art der Pfähle • Übertragung der Wärme durch Kunststoffrohre Quelle: http://homepage.hispeed.ch/heiner.brogli/EE_web/Geothermie-Dateien/image003.jpg 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

9. offene Systeme • Grundwasser ist Wärmeträgermedium • Förderbrunnen entnimmt Grundwasser  Verdampfer der Wärmepumpenanlage  das um 3-4 K abgekühlte Grundwasser wird über Schluckbrunnen wieder reinjeziert Quelle: http://www.geothermie4u.de/images/Bild%202_GW-Brunnen_Offenes%20System.jpg • ausreichender Abstand zwischen den Brunnen vermeidet einen hydraulischen und thermischen Kurzschluss 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

10. Luft-Erdwärmetauscher (L-EWT) • Erwärmung und/oder Kühlung der Außenluft für die Zuluft eines Gebäudes • Rohre in 1,5 bis 5 m Tiefe • dämpft Lastspitzen 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

11. Jahresarbeitszahl • AZ = Qnutz / Ea • AZ = Arbeitszahl • Qnutz = abgegebene Wärmemenge • Ea= aufgenommenen Energie • Jahresarbeitszahl =Arbeitszahl über einen Zeitraum von einem Jahr 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

12. Vergleich JAZ von L-EWT 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

13. Vergleich JAZ weiterer Systeme 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

14. Fazit • vielfältige Möglichkeiten der Nutzung des Erdreichs als Wärmequelle bzw. –senke • Wahl des Systems von vielen Faktoren abhängig • teils hohe Jahresarbeitszahlen • höhere Jahresarbeitszahlen bei der Kühlung, da die Temperatur meist ausreicht und keine zusätzliche Wärmepumpe notwendig ist • Verzicht auf eine konventionelle Kühlung möglich 06.08.2013 • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit

15. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

16. Quellen - Abbildungen 06.08.2013

17. Quellen • Bußmann, Werner: Geothermie - Energie aus dem Innern der Erde, Stuttgart 2012 • Kempf, Heike; Schmitt, Peter: Erneuerbare Energien. Technologien - Anforderungen - Projektbeispiele, Kissing2011 • Tholen, Michael; Walker-Hertkorn, Simone: Arbeitshilfen Geothermie. Grundlagen für oberflächennahe Erdwärmesondenbohrungen, Bonn Wirtschafts- und Verl.-Ges. Gas und Wasser, 2008 • Verein Deutscher Ingenieure: Thermische Nutzung des Untergrundes. Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen. VDI 4640 Blatt 2 • Koenigsdorff, Roland: Oberflächennahe Geothermie für Gebäude Grundlagen und Anwendungen zukunftsfähiger Heizung und Kühlung, Stuttgart 2011 • Steinbeis-Transferzentrum Energietechnik Ulm: Passivhaus ENERGON Ulm. Bürogebäude im Passivhaus-Standard. Schlussbericht Monitoring • Universität Karlsruhe: DB Hamm. Niedrigenergie-Verwaltungsgebäude in Hamm (Westfalen) für die Deutsche Bahn AG -Geschäftsbereich Netz • Hochschule Biberach: Wissenschaftliche Begleitung und messtechnische Evaluierung des Neubaus der Gebhard-Müller-Schule des Kreisberufsschulzentrums Biberach. Abschlussbericht zum Vorhaben im Förderprogramm "Solar optimiertes Bauen". Teilkonzept 3: Solar optimierte Gebäude mit minimalem Energiebedarf • Fraunhofer ISE - Gruppe Solares Bauen: Abschlussbericht Monitoring I: Verwaltungsgebäude DB Netz AG Hamm • energiesparhaus.at: Fachbegriffe: Arbeitszahl, Jahresarbeitszahl, Leistungszahl, COP: http://www.energiesparhaus.at/fachbegriffe/arbeitszahl.htm • http://www.enob.info/fileadmin/media/Publikationen/EnBau/Projektberichte/05_MonitoringAB2_FhG-ISE.pdf • http://www.enob.info/fileadmin/media/Publikationen/EnBau/Projektberichte/09_PlanungAB2_Lamparter_p2_k.pdf • http://www.enob.info/fileadmin/media/Publikationen/EnBau/Projektberichte/11_MonitoringAB1_p2_SurTec_k.pdf • http://www.enob.info/fileadmin/media/Publikationen/EnBau/Projektberichte/19_MonitoringAB1_p2_BOB_k.pdf • http://www.enob.info/fileadmin/media/Publikationen/EnBau/Projektberichte/Abschlussbericht_Lebenshilfe_Lindenberg_Teil_II.pdf • http://www.enob.info/fileadmin/media/Publikationen/EnBau/Projektberichte/Abschlussbericht_Barnim.pdf • http://www.reftec.ch/downloads/Leistungszahlen.pdf 06.08.2013