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

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

2 2 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Agenda Energienutzung Bauarten Einflussfaktoren Dimensionierung Zusammenfassung

3 3 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Energienutzung Heizwärme WarmwasseraufbereitungWohnraumkühlung 22.01.2014

4 4 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick 1 - 5 m Solare Strahlungsenergie Quelle:openpr.de, geändert

5 5 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Quelle:http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf Jahrestemperaturverlauf im Erdreich in 5 m Tiefe 8-12 °C

6 6 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Heizen Erdreich- Wärmetauscher Wärmepumpe/ Wärmepumpe- Wärmetauscher Fussboden-/Platten- /Radiatorheizung Heizen und Warmwasser ° C Quelle:Wärmepumpentestzentrum Schweiz, Stand 8.5.07 Quelle:energieberatung-valtwies.de, geändert FußbodenheizungT Vorlauf 35 °C WarmwasserT Vorlauf 55 °C

7 7 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Spez. Wärmeentzugsleistung Heizen/Warmwasser Quelle:http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf

8 8 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Kühlen Wärmepumpe- Wärmetauscher Fussboden-/Platten- /Radiatorkühlung Erdreich- Wärmetauscher Quelle:energieberatung-valtwies.de, geändert aktive Kühlung oder passive Kühlung

9 9 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Kollektorbauarten Flächenkollektoren Spiralkollektoren Erdwärmekörbe Grabenkollektoren Quelle:simaka.de, geändert

10 10 150 m 2 -200 m 2 22.01.2014 100 m 2 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Flächeneffizienz mittlere Leistungsabgabe W/m 2 Windkraftanlage 1 : 100-150 Erdwärmekollektor 2 :35 Photovoltaik 1 :17 Flächeneffizienz 1.http://www.physik.uni-wuerzburg.de/fileadmin/11010700/did-dokumente/Windenergie_Vortrag_Prof_Peinke__Uni-Wue-Lehrerfortbildung_04-03-09.pdf 2.http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf Quelle: Quelle: openpr.de, geändert

11 11 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Sonderbauformen Kompaktabsorber Spiralkollektoren Quelle: Berning, Fa. Elektro-Schulten Quelle: www.betatherm.infoQuelle:http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/ Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf Sonder- bauformen mit geringem Flächen- verbrauch!

12 12 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Wichtige Größen Einflussfaktoren Spezifische Wärmekapazitätcp[J/(m3K)] Wärmeleitfähigkeitλ[W/(mK)] Hohe Wassersättigung (Bodenart, Niederschlagsmengen) Klimaregion Geometrie (Rohrdurchmesser, Verlegungstiefe, Kollektorart) KennwertSpezifische Entzugsleistung[W/m 2 ] ([W/m], [W]) möglichst hoch

13 13 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Kennwerte verschiedener Gesteine Quelle:http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/Web-Dateien/ Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf

14 14 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Bodenbeschaffenheit Quelle:http://bdh-koeln.de/fileadmin/user_upload/informationsblaetter/Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf

15 15 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick 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

16 16 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick 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

17 17 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Abhängigkeit der max. Entzugsleistung Quelle:http://bdh-koeln.de/fileadmin/user_upload/informationsblaetter/ Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf

18 18 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick 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)

19 19 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick 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)

20 20 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Dimensionierung Quelle:http://www.umweltdaten.landsh.de/nuis/upool/gesamt/geologie/geothermie_2011.pdf

21 21 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Maximale Entzugsleistung (Tabellen) Erdwärmekorb Durchmesser 1,3 m, Höhe 1,3 m, Korbabstände 4 m, max. Entzugsleistung in W Kompaktabsorber Bezogen 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

22 22 22.01.2014 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/m 2

23 23 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

24 24 22.01.2014 Erdwärmekollektoren© Degener, Kirschnick 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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