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Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie07.08.2008 VL Geothermie Gekoppelte Solar-Geothermik- Niedertemperatur-Nutzung.

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1 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie VL Geothermie Gekoppelte Solar-Geothermik- Niedertemperatur-Nutzung

2 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Gliederung Einführung in die Solarthermie Grundlagen der geothermischen Energienutzung Geo-Solarthermie

3 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Einführung in die Solarthermie

4 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Solarthermische Kombianlage Anlagenschaubild Kombianlage: Solarthermische Anlage zur - Trinkwarmwasserbereitung - solaren Raumheizungsunterstützung Kollektor Warm- wasser Kalt- wasser Nachheizung Heiz- kessel Raumheizung Speicher Institut für Solar- & Anlagentechnik, Uni Kassel [2007]

5 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Solarthermische Kombianlage Dimensionierung Ein- / Zweifamilienhaus Wärmebedarf allgemein konkret nahezu antizyklisch (zur Solareinstrahlung) 30 … 100 kWh/m² Wohnfläche * a Speicher Liter pro m² col Kollektor10 … 15 m² col Solarertrag kWh/m² col * a Solare Deckungsrate20 … 25 %

6 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Solarthermische Kombianlage Betriebszeiten & Erträge Solares Wärmeangebot Wärmebedarf Institut für Solar- & Anlagentechnik, Uni Kassel [2007]

7 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Solarthermische Kombianlage Betriebszeiten & Erträge Wärmebedarf Solares Wärmeangebot (bei doppelter Kollektorfläche) Institut für Solar- & Anlagentechnik, Uni Kassel [2007]

8 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Solarthermische Kombianlage Betriebszeiten & Erträge Ungenutzter solarer Überschuss Notwendige Nachheizung Notwendige Nachheizung Solar gedeckter Bedarf

9 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Grundlagen der geothermische Energienutzung

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

11 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Oberflächennahe Geothermie Leistungszahl & Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe Leistungszahl (COP: Coefficient of Performance) Jahresarbeitszahl (SPF: Seasonal Performance Factor) Momentanwert für Effizienz Jahreswert für Effizienz COP abhängig von T zwischen Wärmequelle (Erdsonde / -kollektor) & Wärmenutzungsanlage (Niedertemp.-heizung) COP real berücksichtigt thermische, mechanische & elektrische Verluste Energiebedarf der Hilfsantriebe

12 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Oberflächennahe Geothermie Leistungszahl & Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe Leistungszahl in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz Leistungszahl COP Temperaturdifferenz T T = 25 K COP = 6,0 T = 40 K COP = 4,0 In der Praxis bewirkt die Verringerung von T um je 1 K eine Stromersparnis bis zu 2,5 %! Je geringer T, desto wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe! StMUGV [2005]

13 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Oberflächennahe Geothermie Erdreichtemperaturen JanFebMrzAprMaiJuniAugJuliSepOktNovDez Monat Temperatur (in °C) BINE Informationsdienst [2006]

14 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Geo-Solarthermie

15 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Geo-Solarthermie Anlagenkonzept (Beispiel-Projekt) Kollektorfeld 44 m² 2.Solarregler 3.Solarstation 4.Kombispeicher 400 l 5.Hydraulikbaugruppen 6.Sole/Wasser-Wärmepumpe (mit Pufferspeicher) 7.Heizflächen 300 m² 8.Wärmebedarf (TWW, Heizung) kWh 9.Erdsonden 14 Geosticks à 17,5 m Schüco [2008] GEFGA [2006]

16 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Geo-Solarthermie Heizenergieverlauf (Beispiel-Projekt) Heizenergie (kWh) Monat GEFGA [2006]

17 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Geo-Solarthermie Energieflüsse Kollektor Erdsonde Kombispeicher Wärmepumpe Direkte Nutzung der Solarenergie bei ausreichenden Temperaturen im Kombispeicher zur TW-Erwärmung & Heizungsunterstützung 2.Unterstützung der Wärmepumpe durch Anhebung des Temperaturniveaus im Solekreis 3.Regeneration des Erdreiches bei Wärmepumpenstillstand & Solarüberschuss 4.Nutzung der im Erdreich zwischengespeicherten Solarwärme beim nächsten Wärmepumpenstart Schüco [2008]

18 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Geo-Solarthermie Vergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage Simulierter Jahresverlauf der Sole-Mitteltemperatur & Basistemperatur nach 25 Jahren Betriebszeit der konventionellen Geothermie-Anlage Sole-Temp (Maximaler Entzug) Basistemperatur Monat Temperatur (in °C) GEFGA [2006]

19 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Geo-Solarthermie Vergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage Simulierter Jahresverlauf der Sole-Mitteltemperatur & Basistemperatur nach 25 Jahren Betriebszeit der Geo-Solarthermie-Anlage Monat Temperatur (in °C) GEFGA [2006] Sole-Temp (Maximaler Entzug) Basistemperatur

20 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Geo-Solarthermie Vergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage Basistemperatur-Differenz zwischen der Geo-Solarthermie-Anlage und der konventionellen Geothermie-Anlage Monat Temperaturdifferenz (in K) Quelltemperaturerhöhung von 6 K im Jahresdurchschnitt! GEFGA [2006]

21 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Geo-Solarthermie Vergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage Basistemperatur-Verlauf über 25 Jahre Betriebszeit der konventionellen Geothermie-Anlage Maximale Temperatur Minimale Temperatur Temperatur (in °C) Jahr GEFGA [2006]

22 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Geo-Solarthermie Vergleich mit konventioneller Geothermie-Anlage Basistemperatur-Verlauf über 25 Jahre Betriebszeit der Geo- Solarthermie-Anlage Maximale Temperatur Minimale Temperatur Temperatur (in °C) Jahr GEFGA [2006]

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

24 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie 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) Geo-Solarthermie Zusammenfassung 30 % Energieeinsparung (gegenüber konventioneller Geothermie-Anlage) Mehrkosten amortisieren sich in der gleichen Zeit wie konventionelle Geothermie-Anlage gegenüber Öl- oder Gas-Heizungssystem ENDE

25 Kolloquium-Beitrag von Oliver KleyVL Geothermie Literaturverzeichnis 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, Karlsruhe


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