inHaus 2-Duisburg Geothermie · PDF fileTfin [°C] Geothermie Wärme- und...

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Dipl.-Ing. Fritz NüßleGeschäftsführer

ZENT-FRENGER GmbH [email protected]

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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden und wirtschaftlichen

Energieversorgung

inHaus-Forum 2008Duisburg 6. November 2008

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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung

Geothermische Wärme- und Kälteversorgung

Oberflächennahe Geothermische Quellen

Jahresenergiebilanz

Ausführungsbeispiele -Wirtschaftlichkeit

Energienutzung im Gebäude

Zusammenfassung

Gliederung



48608002008 Bürogebäude K

564014002008 Bürogebäude W

30506001988 Bürogebäude K

1267018001988 Bürogebäude WkWh/m²aW/m²h/aW = Wärme | K = Kälte

Jahres-Wärme-/

Kühlarbeit

Flächenbez. Wärme-/

Kühlbedarf

Jährliche Vollbenutzungs-

stunden

Typisches Bauobjekt

Kühl- und Heizbedarf haben sich signifikant verändert und gleichen sich tendenziell an!



Kühl/-Heizdecken

Erdwärmesonden

Wärmepumpe

Energienutzung

Energiegewinnung aus oberflächennaher

Geothermie

Energiebereitstellung

Bauteilaktivierung

Geothermische Wärme- und Kälteversorgung



Erstellung TGA - Konzept

TGA - Planung

Erschließung Geothermie Energieverteilung Nutzenübergabe

Flächensysteme MSR - Konzept

Architektur Bauplanung

Bodengutachten / geothermisches

Gutachten

Gründungskonzept Geotechnik / Statik

Geothermische Simulation Baugrund

Überschlägige Ermittlung Heiz-

Kühlbedarf

Thermische Gebäudesimulatio

n (bei Bedarf)



Geothermische Energie aus Erdwärmesonden



Geothermische Energie aus erdberührten Betonfundamenten

Das Erdreich wird mit Hilfe einer Bohrschnecke gefördert, nach Einbringen des mit Kunststoffrohren bestückten Bewehrungskorb wird der Hohlraum mit Beton verfüllt und verdichtet.



Flachkollektor unterhalb der Sohlplatte als thermische Energiequelle - Samsung Korea -



Der Baugrund als saisonaler Thermospeicher



Geothermische Wärmepumpe Heiz- und Kühlbetrieb

Wärme- und Kältemengen, Temperaturen Heizbetrieb mit WP, Kühlbetrieb direkte Kühlung

tin/out Geothermie + VL-Temp. Gebäude

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

[h]

t [°C]

Tfout [°C]Geothermie

T_VL [°C]Gebäude

Tfin [°C]Geothermie

Wärme- und Kältemengen zum Gebäude

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

[MWh]

WärmebedarfWärmeangebotKältebedarfKälteangebot



tin/out Geothermie + VL-Temp. Gebäude

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

[h]

t [°C]

Tfout [°C] Geothermie

T_VL [°C] Gebäude

Tfin [°C] Geothermie

Wärme- und Kältemengen zum Gebäude

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

[MWh]

Wärmebedarf

Wärmeangebot

Kältebedarf

Kälteangebot

Geothermische Wärmepumpe Heiz- und Kühlbetrieb

Wärme- und Kältemengen, Temperaturen Heizbetrieb mit WP, Kühlbetrieb direkte Kühlung + mech. Kühlung



Kondensator 1

Scroll-VerdichterR407 C

Kondensator 2

Verdampfer

Erdwärmesonden

PUS

PUS

TWW-Bereiter

M

M

M

M

M

Einfüllrohr

Distanzhalter

Vor- und Rücklauf

Gewicht

uniVersa-Haus Freiburg

Bürofläche 3600 m²Heizleistung 117 kWHeizarbeit 221 MWh/aKühlleistung 120 kWKühlarbeit 180 MWh/aEnergiequelle 15 St Erdsonden75 % Geothermie

25 % Elektroenergie

100 %Wärme

und Kälte



HNF 8.000 m²thermoaktive Betondecken Gründungspfähle 118 StGeothermische Wärmepumpe

HNF 3.720 m²thermoaktive Betondecken Gründungspfähle 144 StGeothermische Wärmepumpe

Düsseldorf, Kaistr. 13

Ettlingen, LVM Münster

Ausführungsbeispiele



Drees & Sommer StuttgartBürogebäude 3550 m² BGFmonovalente Energieversorgung18 Erdwärmesonden, WärmepumpeBetonkerntemperierung, Kühldeckenmechanische Raumlüftungsanlage

Bezug März 2002

Kreissparkasse TübingenBürogebäude 14.000 m² BGFbivalente Energieversorgungüber 169 St. Energiepfähle geothermische WärmepumpeBetonkerntemperierung, Kühldeckenmechanische Raumlüftungsanlage

Heizleistung 225 kWKühlleistung 170 kWBezug März 2005

Ausführungsbeispiele



Bürogebäude 1.950 m² BGFmonovalente Energieversorgung19 St. Erdwärmesonden geothermische WärmepumpeBetonkerntemperierung, KühldeckenHeizleistung 100 kWKühlleistung 60 kWBezug März 2006

Ausführungsbeispiel

Rathaus Weilheim / Teck



Industriehalle



Hydraulisch umschaltbare Wärmepumpen zum

Heizen – Naturalkühlen – maschinelles Kühlen,

Parallelbetrieb Heizen und Kühlen

integriertes Hydraulikmodul,

MSR in SPS-Technik

internetbasierte

Prozessvisualisierung

Fernwartung.

Geothermische Energiezentrale GEOZENT®



technische Daten - inHaus 2

Technische Daten GEOZENT• Heizleistung 72 – 100 kW• Kühlleistung 58 – 85 kW• elektr. Leistung max 18,6 kW• Heiz COP (ohne UP) 4,7 • Kühl COP (ohne UP) 5,6• COP Naturales Kühlen 20• Kältemittel R407c• Alle Pumpen Klasse 1

Erdwärmesondenanlage• 12 St. Erdwärmesonden• Teufe 120 m• Bohrdurchmesser 160 mm• Doppel-U-Rohrsonden• Umwälzvolumen 14 m³/h



Temperaturaufzeichnungen aus der Messbohrung inHaus2



Berechnungsbeispiel Wirtschaftlichkeit

221MWh/aEntzugsarbeit - Heizfall180 MWh/aWärmesenke - Kühlfall

18COP bei direkter Kühlung

Kühlbetrieb Tags (RSE)Heizbetrieb Tags (RSE)

4,7Mittlerer COP ohne Pumpen3,98Mittlerer COP ohne Pumpen

4,9 kWEl. Leistungsaufnahme WP27,0 kWEl. Leistungsaufnahme WP

23 kWKühlleistung der RSE74 kWHeizleistung der RSE

19,7 kWEl. Leistungsaufnahme WP27,0 kWEl. Leistungsaufnahme WP

80 kWKühlleistung der BKT118 kWHeizleistung der BKTKühlbetrieb Nachts (BKT)Heizbetrieb Nachts (BKT)

Technische Daten Geothermische Wärmepumpe

2.650 m²Beheizte / gekühlte HNF:3.600 m²Nutzfläche:



Energiekostenvergleich mit Preisen von 2002Variante A Variante B Variante C Variante D

mit Kältemaschine mit KühlungKosten Gas-Brennwertkessel Gas-Brennwertkessel Erdsonden-Wärmepumpe Erdsonden-WärmepumpeKapital 5.287 13.415 13.311 15.707Betrieb 1.893 2.554 1.833 2.063Energie 9.931 18.093 7.416 10.217

Jahreskostenvergleich

05.000

10.00015.00020.00025.00030.00035.00040.000

Gas-Brennwertkessel

Gas-Brennwertkessel

Erdsonden-Wärmepumpe

Erdsonden-Wärmepumpe

mit Kältemaschine mit Kühlung

Variante A Variante B Variante C Variante D

Kos

ten

in €

/a

EnergieBetriebKapital

nur heizen nur heizen



Ökobilanz

252 198 28Gas Geo WP Gas von bis

Heizen (Jahr) kWh 266.000 161.000 t/a 67 32 5 35 63Kühlen (Jahr) kWh 196.000 73.000 t/a 49 14 2 35 47

Gesamt kWh 462.000 234.000 t/a 116 46 7 70 110GaskesselGeo-WP-Sole: StrommixGeo-WP-Sole: Regenerativ

Geo WP

EinsparungCO2-Äquivalent [g/kWh]Gas - Geo WPÖkobilanz

Primärenergieverbrauch

35

35

63

47

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

CO2-E

insp

arun

g [t/

a]

Strommix Regenerativ

ÖkobilanzVariante D gegenüber B

Kühlen (Jahr)Heizen (Jahr)

Variante B: Gas-Brennwertkesselzentrale Heizungs-/ WasserversorgungNiedertemperatursystem mit Kühlung

Variante D:Erdsonden-Wärmepumpe zentrale Heizungs-/ WasserversorgungTAD-System mitKühlung



Berechnungsbeispiel Bürogebäude 500 m² Nutzflächenur Heizbetrieb Preise 2008

relative Energieverbrauchskosten - Basis aktuelle Bezugspreise

0%

20%

40%

60%

80%

100%

ÖlheizungGasheizungFernwärmeGeo Wärmepumpe



Oberflächennahe Geothermie heute …

steigende Nachfrage nach ganzheitlichen Konzepten für Heizen + Kühlen mit erneuerbarer Energie

bei Baufachleuten noch weitgehend unbekannte Technik

fehlende interdisziplinäre Zusammenarbeit

komplizierte förderale Förderpolitik

vermutete behördliche Auflagen schrecken ab



Geothermie in der Gebäudetechnik für …

• Niedertemperatur Flächenheizung / -kühlung mit umschaltbarer Wärmepumpe

• naturale Gebäudekühlung

• naturale Luftvorkühlung

• Wärmesenke für Kühlprozesse

• Luftvorwärmung mit/ohne Wärmepumpe

• Trinkwasser Erwärmung (bis ca. 55 °C)



Energienutzung im Gebäude

Niedertemperaturflächenheizsysteme(kleine Temperaturunterschiede zwischen Wärmeträgermedium und Raum)

Kühl-/Heizdecken• lichtreflektierend

• schallabsorbierend

• schnell reagierend

Betonkerntemperierung• speicherbasierend

• selbstregelnd



Zusammenfassung

• Geothermie ist die sichere Basis zur wirtschaftlichenVersorgung von Gebäuden mit Heiz- und Kühlenergie

• CO2 Vermeidung ist nachhaltiger Klimaschutz

• mit Geothermie gelingt Ausstieg aus der Kostenfalle für Heizung und Kühlung

• ganzheitliche Systemtechnik ist Voraussetzung für den Erfolg

• Interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen denPlanungsparteien ermöglicht noch viele Anwendungen



Auszug ReferenzenKai 13 Düsseldorf144 Energiepfähle

uniVersa Haus Freiburg15 Erdwärmesonden

DreesSommerStuttgart18 Erdwärmesonden

Skyper FrankfurtEnergiepfähle

Entory AG Ettlingen114 Energiepfähle

Buhlmann BremenEnergiepfähle

T.I.M.E. Port BremenEnergiepfähle

VGH LüneburgEnergiepfähle

Polizeidirektion MettmannEnergiepfähle

KSK TübingenEnergiepfähle

Südleasing StuttgartEnergiepfähle

Rosenparkresidenz Stuttgart Erdwärmesonden

Fraunhofer DuisburgErdwärmesonden

8 Jahre Erfahrung -bundesweit > 80 Objekte

Zusätzl. mit Geozent Wärmepumpe - ZF Flächensysteme - Heiz-/ Kühldecken

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Vielen

Dank

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