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Oberflächennahe Geothermie - Grundlagen-Anwendungen-Beispiele-. ein Vortrag von Christoph Dittmer Geothermie Kolloquium SoSe 2013 Prof. Dr. rer . nat. Manfred Koch. Gliederung. Einführung Nutzung der Erdwärme Systeme geschlossene Systeme offene Systeme Luft-Erdwärmetauscher

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oberfl chennahe geothermie grundlagen anwendungen beispiele

Oberflächennahe Geothermie-Grundlagen-Anwendungen-Beispiele-

ein Vortrag von Christoph Dittmer

Geothermie Kolloquium SoSe2013

Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch

gliederung
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

einf hrung
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
nutzung der erdw rme
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
geschlossene systeme
geschlossene Systeme
  • horizontale Systeme
    • Erdreichkollektoren
  • vertikale Systeme
    • Erdwärmesonden
    • Energiepfähle

06.08.2013

  • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit
erdreichkollektoren
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
erdw rmesonden
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
energiepf hle
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
offene systeme
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
luft erdw rmetauscher l ewt
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
jahresarbeitszahl
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
vergleich jaz von l ewt
Vergleich JAZ von L-EWT

06.08.2013

  • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit
vergleich jaz weiterer systeme
Vergleich JAZ weiterer Systeme

06.08.2013

  • Einführung - Nutzung - geschl. Systeme - offene Systeme - L-EWT - JAZ - Fazit
fazit
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
quellen
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