Nutzung von Erdwärmekollektoren Geothermie SS 2012 Sebastian Degener, Tim Kirschnick Quelle:dwpp.de

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


1 - 5 m

Solare Strahlungsenergie

Quelle: openpr.de, geändert


Quelle: http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf

Jahrestemperaturverlauf im Erdreich

in 5 m Tiefe8-12 °C


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


Spez. Wärmeentzugsleistung Heizen/Warmwasser



Kühlen

Kühlen

Wärmepumpe- Wärmetauscher

Fussboden-/Platten-/Radiatorkühlung

Erdreich- Wärmetauscher

Quelle: energieberatung-valtwies.de, geändert

aktive Kühlungoder

passive Kühlung


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


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!


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


Kennwerte verschiedener Gesteine



Bodenbeschaffenheit

Quelle: http://bdh-koeln.de/fileadmin/user_upload/informationsblaetter/Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf


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


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


Abhängigkeit der max. Entzugsleistung



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)


• 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)


Dimensionierung

Quelle: http://www.umweltdaten.landsh.de/nuis/upool/gesamt/geologie/geothermie_2011.pdf


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



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


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.


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

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