Nutzung von Erdwärmekollektoren

Präsentation zum Thema: "Nutzung von Erdwärmekollektoren"—  Präsentation transkript:

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

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

3 Energienutzung Heizwärme Warmwasseraufbereitung Wohnraumkühlung
Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

4 1 - 5 m Solare Strahlungsenergie 27.03.2017
Quelle: openpr.de, geändert Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

5 Jahrestemperaturverlauf im Erdreich
in 5 m Tiefe 8-12 °C Quelle: Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

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

7 Spez. Wärmeentzugsleistung Heizen/Warmwasser
Quelle: Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

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

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

10 150 m2-200 m2 100 m2 Flächeneffizienz Flächeneffizienz
Quelle: openpr.de, geändert 100 m2 Flächeneffizienz mittlere Leistungsabgabe W/m2 Windkraftanlage1: Erdwärmekollektor2: 35 Photovoltaik1: 17 Quelle: Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

11 Sonder-bauformen mit geringem Flächen-verbrauch!
Kompaktabsorber Quelle: Berning, Fa. Elektro-Schulten Sonder-bauformen mit geringem Flächen-verbrauch! Quelle: Quelle: Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf Spiralkollektoren Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

12 Wichtige Größen Einflussfaktoren
Spezifische Wärmekapazität cp [J/(m3K)] Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)]  Hohe Wassersättigung (Bodenart, Niederschlagsmengen) Klimaregion Geometrie (Rohrdurchmesser, Verlegungstiefe, Kollektorart) möglichst hoch Kennwert Spezifische Entzugsleistung [W/m2] ([W/m], [W]) Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

13 Kennwerte verschiedener Gesteine
Quelle: Dokumente/energie-und-rohstoffe/Geothermie.pdf Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

14 Bodenbeschaffenheit Quelle: Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

15 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 Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

16 Temperaturverläufe, Eisbildung
Quelle: gesamt/geologie/geothermie_2011.pdf Quelle: Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

17 Abhängigkeit der max. Entzugsleistung
Quelle: Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

18 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) Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

19 Abhängigkeit der max. Entzugsleistung (Erklärung)
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 Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

20 Dimensionierung 27.03.2017 Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick
Quelle: Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

21 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: Infoblatt_Nr_43_Maerz_2011_Auslegung_von_oberflaechennahen_Erdwaermekollektoren.pdf Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

22 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 Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick

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

24 Quellennachweis 27.03.2017 Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick
Stober und Bucher 2012: Stober, Ingrid; Bucher, Kurt: Geothermie. Springer Berlin Heidelberg. 2012 Erdwärmekollektoren © Degener, Kirschnick