nutzung von erdwärmekollektoren geothermie ss 2012 sebastian degener, tim kirschnick quelle:dwpp.de
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Nutzung von Erdwärmekollektoren
Geothermie SS 2012 Sebastian Degener, Tim Kirschnick
Quelle: dwpp.de
211.04.23 Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick
Agenda
• Energienutzung
• Bauarten
• Einflussfaktoren
• Dimensionierung
• Zusammenfassung
3Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick
Energienutzung
Heizwärme
Warmwasseraufbereitung Wohnraumkühlung
11.04.23
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1 - 5 m
Solare Strahlungsenergie
Quelle: openpr.de, geändert
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Quelle: http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf
Jahrestemperaturverlauf im Erdreich
in 5 m Tiefe8-12 °C
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Heizen
Erdreich- Wärmetauscher
Wärmepumpe/Wärmepumpe- Wärmetauscher
Fussboden-/Platten-/Radiatorheizung
Heizen und Warmwasser
° CQuelle: Wärmepumpentestzentrum Schweiz, Stand 8.5.07
Quelle: energieberatung-valtwies.de, geändert
Fußbodenheizung TVorlauf 35 °CWarmwasser TVorlauf 55 °C
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Spez. Wärmeentzugsleistung Heizen/Warmwasser
Quelle: http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf
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Kühlen
Kühlen
Wärmepumpe- Wärmetauscher
Fussboden-/Platten-/Radiatorkühlung
Erdreich- Wärmetauscher
Quelle: energieberatung-valtwies.de, geändert
aktive Kühlungoder
passive Kühlung
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Kollektorbauarten
Flächenkollektoren
Spiralkollektoren
ErdwärmekörbeGrabenkollektoren
Quelle: simaka.de, geändert
10
150 m2-200 m2
11.04.23
100 m2
Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick
Flächeneffizienz
mittlere Leistungsabgabe W/m2
Windkraftanlage1: 100-150Erdwärmekollektor2: 35Photovoltaik1: 17
Flächeneffizienz
1. http://www.physik.uni-wuerzburg.de/fileadmin/11010700/did-dokumente/Windenergie_Vortrag_Prof_Peinke__Uni-Wue-Lehrerfortbildung_04-03-09.pdf2. http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf
Quelle:
Quelle: openpr.de, geändert
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Sonderbauformen
Kompaktabsorber
Spiralkollektoren
Quelle: Berning, Fa. Elektro-Schulten
Quelle: www.betatherm.info Quelle: http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf
Sonder-bauformen mit
geringem Flächen-
verbrauch!
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Wichtige Größen
Einflussfaktoren
•Spezifische Wärmekapazität cp [J/(m3K)]
•Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)]
Hohe Wassersättigung (Bodenart, Niederschlagsmengen)
•Klimaregion
•Geometrie (Rohrdurchmesser, Verlegungstiefe, Kollektorart)
Kennwert Spezifische Entzugsleistung [W/m2] ([W/m], [W])
möglichst hoch
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Kennwerte verschiedener Gesteine
Quelle: http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf
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Bodenbeschaffenheit
Quelle: http://bdh-koeln.de/fileadmin/user_upload/informationsblaetter/Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf
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Eisbildung um die Kollektorrohre im Winter
• Erstarrungswärme kann genutzt werden
• Wärmeleitfähigkeit wird erhöht
• Ausbreitung des Eises nach oben nur bis zur natürlichen
Eisschicht (Frostgrenze) sonst Hebungen/Senkungen des
Erdreichs aufgrund von Spannungen
• Eisradien der einzelnen Rohre sollten im Frühjahr nicht mehr
überlappen sonst Anstauung des Schmelzwassers und des
Niederschlagswassers
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Temperaturverläufe, Eisbildung
Quelle: http://bdh-koeln.de/fileadmin/user_upload/informationsblaetter/ Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf
Quelle: http://www.umweltdaten.landsh.de/nuis/upool/ gesamt/geologie/geothermie_2011.pdf
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Abhängigkeit der max. Entzugsleistung
Quelle: http://bdh-koeln.de/fileadmin/user_upload/informationsblaetter/ Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf
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Abhängigkeit der max. Entzugsleistung (Erklärung)
• Abhängig von Bodenart
• Bei kleinen Rohrabständen ist die Überlappung der Eisradien im
Frühjahr beschränkendes Kriterium
• Eisausbildung bis zur natürlichen Frostgrenze kann
beschränkende Größe sein
• Bei größeren Rohrabständen ist die minimale Soletemperatur
entscheidend (Einfriergefahr der Wärmepumpe WP)
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• Bei großen Rohrabständen sinkt die Entzugsleistung pro Fläche
(weniger Kollektorrohre pro Fläche, Fläche wird nicht optimal
genutzt)
• Größere Rohrradien bedeuten einen höheren Solestrom und eine
größere Rohroberfläche für besseren Wärmeentzug
• Einfluss der Turbulenz bei größeren Rohrradien erhöht
Wärmeübertrag an Sole
Abhängigkeit der max. Entzugsleistung (Erklärung)
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Dimensionierung
Quelle: http://www.umweltdaten.landsh.de/nuis/upool/gesamt/geologie/geothermie_2011.pdf
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Maximale Entzugsleistung (Tabellen)
ErdwärmekorbDurchmesser 1,3 m, Höhe 1,3 m, Korbabstände 4 m, max. Entzugsleistung in W
KompaktabsorberBezogen auf erforderliche Grundfläche , Mattenbreite 2 m, optimierter Mattenabstand
Quelle: http://bdh-koeln.de/fileadmin/user_upload/informationsblaetter/ Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf
2211.04.23 Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick
Zusammenfassung
• Breite Einsatzfähigkeit
• Hohe Zuverlässigkeit
• Geringer Planungs- und Installationsaufwand
• Geringe Investitionskosten (ca. 300 €/kW Heizleistung ohne WP)
• Hoher Flächenbedarf (1 – 2 fach)
• Effiziente Sonderbauformen
• Mittlere Jahresarbeitszahl bis 4
• Spez. Entzugsleistung 10 – 40 W/m2
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
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Quellennachweis
http://www.dwpp.de/
http://www.openpr.de/
http://www.simaka.de/
http://betatherm.de/
http://www.energieberatung-valtwies.de/
http://www.erdwaerme-heizung.biz
http://www.bauen.de/ratgeber/neue-energien-umwelt/erdwaerme-geothermie/erdwaermepumpen/artikel/artikel/erdwaermekollektoren-wartungsarm-oekologisch-heizen.html
http://www.freisolar.de/cms/website.php?id=/de/index/erdwaerme-kollektoren.htm&sid=4iemgitfmri9v7munr67n504r3
http://www.enregis.de/auftritt/daten/pdf/Einbauanleitung_Spirocollect_2.pdf
http://www.umweltdaten.landsh.de/nuis/upool/gesamt/geologie/geothermie_2011.pdf
http://www2.um.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/9077/Leitfaden_Erdwaermekollektoren.pdf
http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf
http://www.physik.uni-wuerzburg.de/fileadmin/11010700/did-dokumente/Windenergie_Vortrag_Prof_Peinke__Uni-Wue-Lehrerfortbildung_04-03-09.pdf
http://bdh-koeln.de/fileadmin/user_upload/informationsblaetter/Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf
http://www.umweltbildung-bayern.de/uploads/media/uw_107_oberflaechennahe_geothermie_03.pdf
http://www.lfu.bayern.de/veranstaltungen/doc/ausstellungsbanner_geothermie.pdf
http://www.geothermie.de/fileadmin/useruploads/wissenswelt/gesetze/Leitfaden/Hessen_erdwaerme.pdf
http://www.energieeffizient-sanieren.org/data/Bericht-Erdwaermekollektor.pdf
Stober und Bucher 2012: Stober, Ingrid; Bucher, Kurt: Geothermie. Springer Berlin Heidelberg. 2012