Dr.-Ing. Helmut HoffmannLeiter des Amtes für Technischen Umweltschutz des Rhein-

Sieg-KreisesKaiser-Wilhelm-Platz 1, 53721 Siegburg Tel: 02241-132310

Fax: 02241-132218E-Mail: helmut.hoffmann@rhein-sieg-kreis.de

Nutzung von Erdwärme in Hennef

Vortrag am 26-März 2008 in Hennef

Erdwärmesonden-Wärmepumpen Komplexes Gesamtsystem

Einordnung:

Die Wärmepumpe als ein möglicher, regenerativ gespeister Wärmeerzeuger

Das Erdreich als eine mögliche Wärmequelle

Erdwärmesonden als eine mögliche Technik

Aber auch komplexes Wechselspiel zwischen: Gebäude Wärmebedarf Heizsystem Wärmepumpe Erdwärmesonden Erdreich

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Erhoffte Eigenschaften von Erdwärmesonden-Wärmepumpen-Anlagen:

• technisch ausgereift

• versorgungssicher

• leicht handhabbar

• wartungsarm

• sauber und ungefährlich

• ökologisch vorteilhaft

• sparsam und wirtschaftlich

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Ausgangslage und Zielsetzungdes Projekts

Sinnvolle Anwendungsgebietefür Wärmepumpenheizanlagen

… vor allem für kleine Gebäude (EFH, 2FH, Kindergärten) und für zu klimatisierende Gebäude (Büros/Verwaltung, Museen, …)

... in Verbindung mit Niedertemperaturheizsystemen (Fußbodenheizung, Deckenheizung, Wandheizung)

… vor allem in Neubauten

… vor allem bei Verdrängung von Heizöl

… bei einem günstigen Strombezugspreis

… an emissionssensiblen Standorten (Kurorte, Innenstädte)

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Geothermische Nutzungssysteme

• Erdwärmekollektoren

• Zweibrunnensystem

• Flache Erdwärmesonde

Geothermische Nutzungssysteme

• Erdwärmekollektoren

Quelle: LFU Bayern

Geothermische Nutzungssysteme

. Zweibrunnensystem

Quelle: www.geothermie.de

Geothermische Nutzungssysteme

• Flache Erdwärmesonde

Quelle: Deutsche geophysikalische Gesellschaft

Geothermische Nutzung im Rhein-Sieg-Kreis

Über 1000 Anlagen

Genehmigte Erdsonden im Rhein-Sieg-Kreis für den Zeitraum 01.01.2004-20.06.2008

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Geothermische Nutzung in Hennef

• 82 Anlagen

davon

• Erdsonden 77

• 2-Brunnensystem 1

• Erdkollektoren 4

Geothermische Potential in Hennef

Quelle: Geologischer Dienst NRW

Geothermische Potential in HennefFlächeninfo

Genehmigungsgrundlagen

Vereinfachtes Verfahren nach § 44 LWG Voraussetzungen:• für Erdwärmepumpen außerhalb

Wasserschutzgebieten• für Anlagen mit einer Leistung < 50 kJ/s(=50 kW)• bei Bohrtiefen < 100 m • Unbelastetes Grundwasser

Genehmigungsgrundlagen

Vereinfachtes Verfahren nach § 44 LWG

Bedingungen:

1. Antrag gemäß Formblatt

2. Anlagen Bescheinigungen eines qualifizierten Unternehmens über Auswirkungen und Errichtung

Genehmigung gilt als erteilt, wenn keine Ablehnung innerhalb drei Monate nach Eingang erfolgt Durchschnittliche Bearbeitungsdauer 3-6 Wochen

Erlaubnis für 25 Jahre

Genehmigungsgrundlagen

Standardverfahren mit Genehmigung• Antragstellung wie bei dem vereinfachten

Verfahren• Erlaubnis mit Nebenbedingungen

Wasserschutzzonen in Hennef

Erfahrungswerte aus Baden-WürttembergDie typische Klein-Anlage (EWS und WP-

Anlage)• Ø 2,2 (1 bis 5) Doppel-U-Rohr-Sonden

mit Ø 88 m (30 m bis 200 m) Sondenlänge

• Ø Inbetriebnahme Wärmepumpe Anfang 2004 (1997 bis 2007)

• Heizleistung Wärmepumpe Ø 12,5 kW (1 kW bis 30 kW)

• > 50 % der Anlagen mit Elektro-Heizstab (Ø 6,7 kW Heizleistung)

• 85 % der Anlagen mit Pufferspeicher (Ø 560 Liter Volumen)

• 90 % der Anlagen mit Warmwasser-Erwärmung über Wärmepumpe

• 12 % der Gebäude auch über WP klimatisiert / gekühlt

• 96 % der Anlagen mit Sondervertrag für Strombezug

• Jahresstromverbrauch Ø 7.000 kWh (aus 121 Angaben)

• 9 % der Anlagen mit Wärmezähler (Unterlagen selten auswertbar)

• 22 % der Gebäude mit zusätzlicher solarthermischer Anlage(Ø 10 m2 Kollektorfläche) aus Ø 2002

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Verwendete Wärmeträgerflüssigkeiten

• Überwiegend Wasser-Glykol (Glykolanteil 3 % bis 40 %)

• 5 Anlagen mit reinem Wasser (in unterschiedlichen Landkreisen)

• 3 Anlagen mit CO2 oder Propan (2 davon im LK Heilbronn)

• 2 Anlagen mit Kaliumcarbonat (beide im LK Breisgau-HSW)

• 1 Anlage mit Kochsalzlösung (im LK Heilbronn)

• Insgesamt 28 Anlagen (23 %) in Wasserschutzgebieten, davon:

– 19 Anlagen mit Wasser-Glykol (Glykolanteil 3 % bis 40 %)

– 4 Anlagen mit reinem Wasser

– 2 Anlagen mit Kaliumcarbonat

– 1 Anlage mit einer Kochsalzlösung

– 2 Anlagen ohne Angaben zur Wärmeträgerflüssigkeit

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Wärmepumpenheizleistung

über Wohnfläche

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Wohnfläche in m2

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reines Wasser (5 Anlagen) sonstige Wärmeträgerflüssigkeiten

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Risiken und Probleme

Grundwasserschutz• Vorab-Aufklärung über Risiken: 50 %

• Vertreter Untere Wasserbehörde bei Bohrung anwesend: 20 %

• Bei 1 Anlage zeitweise Vereisung/Hebungen/Setzungen des Erdreichs

im Bereich der Zuleitungen (nach Erweiterung der Anlage behoben)

• Bei 1 Anlage Probleme durch Anbohren eines Artesers

• Bei ≥ 1 Anlage Verwendung nicht genehmigter Hinterfüllmaterialien

• Bei 4 Anlagen Sondenrücklauftemperatur < 0°C, bei 1 Anlage dauerhaft

• In Einzelfällen Niederbringung weiterer Bohrungen

• Nachfüllen von Wärmeträgerflüssigkeit:

18 % (meistens 1 x, 1 mal 2 x, 1 mal 3 x; von 0,5 Liter bis 20 Liter)

• Schichtenverzeichnis an LGRB übermittelt: > 81 %

• Leitfaden des Landes weitgehend unbekannt

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Risiken und Probleme

Anlagenauslegung und -effizienz• Probleme bei Planung (12 %), Genehmigung (17 %), Errichtung (23 %),

Inbetriebnahme (19 %) und Betrieb (30 %); davon sind 80 % gelöst

• Bei ca. 6 Anlagen Unterdimensionierung von EWS und/oder WP

• Gefundene Jahresarbeitszahlen: 3,1 / 3,3 / 2,7 (3 Anlagen)

• Wartungsvertrag abgeschlossen: 2 %

• Motivation Wirtschaftlichkeit = 84 %

tatsächlich:

– Stromverbrauch erfasst = 98 %

– Wirtschaftlichkeit (angeblich) verfolgt = 56 %

– Wärmezähler eingebaut = 9 %

– ex-post-Wirtschaftlichkeitskontrolle ≈ 0 %

– Note für Zufriedenheit mit Wirtschaftlichkeit = 1,4

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Jahresstromverbrauch über Wärmepumpenheizleistung

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Wärmepumpenheizleistung in kW

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reines Wasser (5 Anlagen) sonstige Wärmeträgerflüssigkeiten

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Ansatzpunkte für VerbesserungenAnlagenauslegung und -effizienz

Vorbemerkung: Wärmepumpen weisen gegenüber konkurrierendenWärmeerzeugungssystemen keine speziellen Probleme auf,beinhalten jedoch die Gefahr einer inakzeptablen Jahresarbeitszahl!• Gewährleistung für EWS-Auslegung und Anlageneffizienz:

– Vertrag mit einem Partner mit langjähriger Erfahrung – gute Referenzen des Partners und der Unterauftragnehmer– frühzeitige Abstimmung der Beteiligten untereinander– bei Bauträgern: Heizung gesondert beauftragen?

• Heizsystemtemperaturen minimieren (Wärmeschutz, Umbauten, Einstellungen)• Notwendigkeit Pufferspeicher hinterfragen• Minimierung Glykolanteil in Wärmeträgerflüssigkeit• Benutzerfreundlichere Bedienung WP-Anlage• regelmäßige Kontrolle Stromverbrauch (mindestens monatlich)• Einbau und regelmäßige Ablesung Wärmezähler• Angebot Fernüberwachung durch Anbieter• Bereitstellung neutraler Informationen

(v. a. Anlageneffizienz, Stromverbrauch/Jahresarbeitszahl)

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg

Ansatzpunkte für Verbesserungenbei Bohrunternehmen

Vorbemerkung: Spezielle Überwachung und Kontrolle der

Bohrunternehmen wegen hoher (auch finanzieller) Risiken ratsam!

• unabhängige Überwachung des Bohrunternehmens

(z. B. durch Untere Wasserbehörde, Sachverständigen, Geologen)!

• offene Benennung der Risiken in Gesprächen und Unterlagen

• neutrale Musterausschreibung, neutraler Mustervertrag

• Abpufferung / Gestaltung der Wartezeit bis Bohrbeginn

• Minimierung der Schmutzentwicklung beim Bohren

und beim Abtransport des Bohrguts

Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

Quellenangaben:

1.Studie im Auftrag des Landes Baden-WürtembergErgebnisse der Evaluierung von 150 bestehenden Erdwärmesonden-WärmepumpenanlagenDr.-Ing. Martin SawillionKEA Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg GmbH Kaiserstr. 94 a 76133 Karlsruhe

2.Gothermische Potentiale in NRW CD-Rom Geologischer Dienst NRWDe-Greiff-Str. 19547803 KrefeldTel.-Nr. 02151-897-0