Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Grundlagen der oberflächennahen Geothermie Thea Mildebrath Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Grundlagen der oberflächennahen Geothermie Thea Mildebrath Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof."—  Präsentation transkript:

1 Grundlagen der oberflächennahen Geothermie Thea Mildebrath Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch

2 Übersicht Definition Potential Gewinnung Auslegung Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch

3 Definition, Regelung der Nutzung Nutzung der Wärme des Erdreiches und Grundwassers bis zu einer Tiefe von 400 m Erdwärme ist bergfreier Bodenschatz staatliche Konzession entfällt bei Nutzung: - unter einem Grundstück für diese Grundstück Abstand Grundstücksgrenzen 3m Abstand zur nächsten Anlage 10 m - oberhalb 100 m, danach bergrechtliche Vorschriften Wasserhaushaltsgesetz Bundesbergbaugesetz, div. Regelungen der Länder Ansprechpartner: Untere Wasserbehörde, Bergamt VDI Richtlinie 4640 Thermische Nutzung des Untergrundes Blatt 1-4 Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch

4 Ergiebigkeit NRW Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Quelle: Geologischer Dienst NRW

5 Geothermisches Potential Quelle: Oberflächennahe Geothermie; Bayrisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz ohne geotherm. Anomalien: bis 15 m Tiefe jahreszeitliche Schwankung Einfluss der Sonnenenergie Temperaturniveau 10°C dann +3°C je 100 m bei 400 m also gut 20°C geothermisches Wärmepotential aus dem Erdinneren Regenerationsfähigkeit Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch

6 Erzeugung Heizwärme Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Quelle: Oberflächennahe Geothermie; Bayrisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz Erhöhung des Temperaturniveaus zur Gebäudeerwärmung oder für Prozesswärme mittels Wärmepumpe Niedertemperaturheizsystem Vorlauftemperatur bis 45°C Kühlung direkt oder auch mit Wärmepumpe nutzbar (Temperaturniveau – Bohrtiefe) Energieflussdiagramm

7 Technische Nutzung Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Quelle: Vortrag AK techn. Gebäudeausrüstung VDI Baden-Württemberg Tunnel Abwasserkanäle Gewässer Erdöl-, Gasförderbohrungen Saisonale Wärmespeicher

8 Erdwärmekollektor Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch cm Tiefe (unterhalb der örtlichen Frostgrenze) möglichst in feuchtem Untergrund Wärmeleitung, Wärmekapazität des Wassers geringer Investitionsbedarf Flächenbedarf ca. 1,5-2 x zu beheizende Fläche Sonderform: Erdkörbe Spiralkollektoren weniger Aushubarbeiten Quelle: Tecalor Quelle: Quelle: Golder Associates Oberflächennahe Geothermie in Deutschland Jahresarbeitszahl ca. 4

9 Erdwärmesonde Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Nutzung konstantes Temperaturniveau geringer Flächenbedarf Sonden senkrecht oder strahlenförmig ggf. auch unter das Gebäude abgeteuft (Platzbedarf) paarweise gebündelte U-förmige Kunststoffschleifen Wärmeleitfähiges Verfüllmaterial bei größeren Anlagen Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit des Bodens ausreicht z.B. per Geothermal-Respons-Test Sondenlänge Einfamilienhaus m Jahresarbeitszahl ca. 4,5 klassisch gefüllt mit Wasser + Frostschutzmittel neuerdings auch mit CO 2

10 CO 2 -Sonde CO 2 unter etwa 40 bar Kältemittel R744 pumpenloser selbständiger Kreislauf druckfestes Edelstahlrohr wärmeleitfähig hinterfüllt Bei 2° bis 3°C CO 2 flüssig an der Rohrwand nach unten durch Erdwärme bei ca. 10°C verdampft steigt in Kopf des Rohres kondensiert im Sondenkopf am Verdampfer der Wärmepumpe Jahresarbeitszahl ca. 5 Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Quelle:Universität Karlsruhe Prof. Dr. H. Hötzl

11 Energiepfähle große Bauwerke Gründungspfähle, Schlitz- und Pfahlwände, Bodenplatte Wärmetauscherrohre in Armierungskörper geringer Mehraufwand gute Wärmeleitfähigkeit des Betons Kühlen und Heizen Individuelle Auslegung erforderlich Straßenbau eisfrei mit Wärmespeicher Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Quelle: Oberflächennahe Geothermie; Bayrisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz

12 Grundwassernutzung Schluckbrunnen muss aufnehmen können, was Förderbrunnen liefert Temperaturdifferenz auf ± 6 ° beschränkt (meist) genehmigungspflichtig, Qualität muss geprüft werden Korrosion, Lösung von Stoffen bei geänderten Temperaturen Nenndurchfluss 0,25 m³/h je kW Verdampferleistung Leistungsnachweis z.B. durch Pumpversuch messtechn. Überwachung, Pflege: Filter, Verstopfung Fremdstoffe Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Flußrichtung Quelle: VDI-Richtline 4640 Abstand m gegen Kurzschluss Brunnentiefe 4-50 m (Grundwasserstand)

13 Luft-Erdwärmetauscher bei kontrollierter Lüftung vortemperieren der Außenluft Kühlung im Sommer großen Querschnitte Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Quelle Rehau

14 Entzugsleistung Untergrundspezifische Entzugsleistung für 1800 hfür 2400 h Allgemeine Richtwerte: Schlechter Untergrund (trockenes Sediment) (λ < 1,5 W/(m·K)) 25 W/m20 W/m Normaler Festgesteins-Untergrund und wassergesättigtes Sediment (λ = 1,5-3,0 W/(m·K)) 60 W/m50 W/m Festgestein hoher Wärmeleitfähigkeit (λ > 3,0 W/(m·L)) 84 W/m70 W/m Einzelne Gesteine: Kies, Sand, trocken< 25 W/m< 20 W/m Kies, Sand, wasserführend65-80 W/m55-65 W/m Bei starkem Grundwasserfluss in Kies und Sand W/m Ton, Lehm, feucht35-50 W/m30-40 W/m Kalkstein (massiv)55-70 W/m45-60 W/m saure Magmatite (z.B. Granite)65-85 W/m55-70 W/m basische Magmatite (z.B. Basalt)40-65 W/m35-55 W/m Gneis70-85 W/m60-70 W/m Die Werte können durch die Gesteinsausbildung wie Klüftung, Schieferung, Verwitterung erheblich schwanken Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Quelle: VDI Richtlinie 4640

15 Kostenvergleich Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch ErdwärmeÖlheizungGasbrennwertheizung Investitionskosten inkl. Tanks, Wärmepumpe, Montage, Speicher etc Jährliche Betriebs- kosten je kWh 13,5 Cent (1/4!!) 9 Cent7,5 Cent Jährliche Betriebs- kosten inkl. Wartung, Brennstofflieferung, Zählergebühr etc Amortisationca. 5 Jahreca. 9 Jahre ohne Berücksichtigung Schornsteinbau, Lebensdauerunterschiede !! Einfamilienhaus, 150 m 2 Wohnfläche, Wärmebedarf 7,5 kW, jährlicher Energiebedarf kWh bei Heizstunden im Jahr Quelle Golder Associate

16 Verbreitung Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Anteil der Wohngebäude mit 1- 2 Wohneinheiten in Hessen mit Erdwärmesonden- gekoppekoppelten Wärempumpen Häufigkeitsverteilung der Wärmepumpenheizleistung bis 30 kW

17 Literatur VDI-Richtline 4640 Blatt 1-4 Dr. Sven Rumohr, Wasser Berlin 2009 Nutzung der oberflächennahen Geothermie in Hessen Leitfaden Erdwärmenutzung in Niedersachsen; Niedersächsisches Umweltministerium Oberflächennahe Geothermie, Bayrisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz Erdwärmenutzung in Hessen; Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Golder Asociates, Oberflächennahe Geothermie in Deutschland Luft-/Erdwärmetauscher ETW; Forschungsverbund Sonneenergie Hans-Joachim Lohr, Vortrag Nutzung oberflächennaher Geothermie, Velta- Kongress 2005 Prof. Dr. Roland Königsdorff, Vortrag Geothermisches Heizen und Kühlen von Gebäuden, VDI Baden-Würtemberg, Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof. Dr. rer. nat. M. Koch

18


Herunterladen ppt "Grundlagen der oberflächennahen Geothermie Thea Mildebrath Institut für Geotechnik und Geohydraulik Fachgebiet Geohydraulik und Ingenieurhydrologie Prof."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen