Sachverständigentag 18. September 2019: Heizen und Kühlen von Gebäuden: Geothermie in der Praxis Folie 1

Heizen und Kühlen von Gebäuden: Geothermie in der Praxis

• Definitionen / Geogene Grundlagen

• Geothermische Systeme: Quellen/Wärmepumpen

• Baustellenansichten

• Schlecht gelaufen – was schiefgehen kann

• Fallbeispiel Gerichtsgutachten

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Oberflächennahe Geothermie

• Bis 400 m Tiefe ca. 390.000 Anlagen mit ca. 4.290 MW (2018)

• Beheizung von Gebäuden (aber auch Brücken, Weichen etc.)

• Meist in Verbindung mit einer Wärmepumpe

• Gebäudetemperierung (passive Kühlung)

Tiefe Geothermie

• Ab 400 m Tiefe

• 33 Heizwerke, 9 Kraftwerke, 5 Heizkraftwerke

• Installierte Wärmeleistung 336,51 MW

• Installierte elektr. Leistung 37,13 MW (2018)

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Geogene Grundlagen:

• Solarenergie

• Restwärme ErdentstehungGravitationsenergie verdichtete und erwärmte Staub und Gas (ca. 1/3)

• Radioaktiver Zerfall Insbesondere in der oberen Erdkruste der Kontinente (bis 12 - 15 km in Europa)Granit mit radiogener Wärmeleistung von etwa 2,5 μW/m3

(ca. 2/3)

Geothermischer Wärmestrom 0,065 W/m2, das sind etwa 40 Mio. TW – das 2,5-fache des Weltenergiebedarfs

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Geogene Grundlagen:Wärmefluss im Untergrund

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Geothermische Systeme: Die Wärmepumpe

Große Wärmetauscherflächen(Fußbodenheizung!) sichern hohe Effektivität

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Geothermische Kühlung

Passive (direkte) Kühlung• Die Sohle zirkuliert mit 8 bis 16°C z.B. in einer Kühldecke• Energieverbrauch nur etwa 35 - 50 W / kWh Kühlleistung

Keine Entfeuchtung möglich!

Aktive (indirekte) Kühlung• Wärmepumpe als Kältemaschine• Wie bei üblichen Klimaanlagen (6 / 12°C) sind alle Betriebs-• zustände möglich

Vorteil: Regeneration des Erdwärmesondenfeldes für denHeizbetrieb im Winter!

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Geothermische Kühlung

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Geothermische Quellensysteme (offen/geschlossen)

• Brunnendoubletten (offen / ohne thermische Rückwirkung) Probleme: Verockerung des Schluckbrunnens, Pumpenenergie

• Flächenkollektoren (geschlossen / mit thermischer Rückwirkung) Probleme: Flächenbedarf

• Betonteilaktivierung (geschlossen / mit thermischer Rückwirkung) Probleme: Einbautiefe, Beschädigungen

• ErdwärmesondenProbleme: Es werden Bohrungen notwendig, Platzbedarf

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Geothermische Quellensysteme: Flächenkollektor

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Geothermische Quellensysteme: Betonteilaktivierung

Quelle: Koenigsdorff, R.: Oberflächennahe Geothermie für Gebäude

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Geothermische Quellensysteme: Erdwärmesonde

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Geothermische Quellensysteme: Erdwärmesondenbohrung

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Geothermische Quellensysteme: Erdwärmesondenbohrung

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Geothermische Quellensysteme: Erdwärmesondenbohrung

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Geothermische Quellensysteme: Erdwärmesondenbohrung

Quelle: BauGrund Süd

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Geothermische Quellensysteme:Sondeneinbau

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Geothermische Quellensysteme: Sondeneinbau

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Geothermische Quellensysteme: Sondenhinterfüllung

Chargenmischer

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Geothermische Quellensysteme: Sondenhinterfüllung

Dichtekontrolle

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Geothermische Quellensysteme: Sondenhinterfüllung

Durchlaufmischer

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Geothermische Quellensysteme: Sondenhinterfüllung

Suspensionsausfluss

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Geothermische Quellensysteme: Anschlussarbeiten

Hosenstücke

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Geothermische Quellensysteme: Anschlussarbeiten

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Geothermische Quellensysteme: Anschlussarbeiten

Verteilerschacht

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Geothermische Quellensysteme: Anschlussarbeiten

Verteilerschacht

Quelle: Frank GmbH

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Geothermische Quellensysteme: Anschlussarbeiten

Verteilerschacht

Quelle: BauGrund Süd

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Beispielhaft: Schloss Landestrost in Neustadt a. Rbge.

Nutzung: Ausstellungen, Konzerte, Hochzeiten,

RA-Kanzlei, Weinboutique, Archiv der

Region Hannover

Heizlast : 43 kW

Auslegung: 8 EWS mittlere Länge 110 m

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Blick in den Technikraum

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Beispielhaft: Rechenzentrum der Feuerwache Stadt Fulda

Nutzung: Serverkühlung in den Sommermonaten

als Ergänzung zur Freikühlung

Kühllast : 100 kW

Auslegung: 17 EWS max Länge 115 m

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Schlecht gelaufen: artesisch gespanntes Grundwasser

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Schlecht gelaufen: artesisch gespanntes Grundwasser

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Schlecht gelaufen: artesisch gespanntes Grundwasser

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Schlecht gelaufen: artesisch gespanntes Grundwasser

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Schlecht gelaufen: Anhydrit

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Schlecht gelaufen: Anhydrit

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Schlecht gelaufen: Anhydrit

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Gerichtsgutachten: Spiralkollektoren

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Gerichtsgutachten: Spiralkollektoren

• Einbau von 90 Spiralkollektoren mit Abständen von 2 m zueinander• Nach Errichtung des Kollektorenfeldes wurden weitere Verbraucher (Rampenheizung)

aufgeschaltet

Ergebnis: Mangelhafter Wärmeertrag, ganzjährig vereiste Verteilerbalken, jahrelanger Rechtsstreit

❖ In der Planung wurden die theoretisch max. erreichbaren Leistungen der Kollektoren angenommen

❖ Wegen Platzmangel wurden die empfohlenen Abstände von 4 m (Minimalabstand in NS) auf 2 m reduziert

❖ Die Rampenheizung blieb unberücksichtigt

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Also:

❖ Umfassende Planungen insbesondere bei größeren EW-Anlagen sind absolut notwendig❖ Die unterschiedlichen Komponenten und Varianzen beeinflussen sich gegenseitig❖ Der Untergrund ist von zentraler Bedeutung❖ Meist läuft auch eine schlecht geplante Anlage (nur nicht effektiv) der Übergang von

„geht“ zu „geht nicht“ ist fließend!

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Geothermie –

eine ganz

heiße Sache

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit