Ti geothermie 1059110 06 2012

T E C H N I S C H E I N F O R M AT I O N

Geothermie

U P O N O R G E OT H E R M I E T E C H N I S C H E I N F O R M AT I O N 0 7 / 2 0 1 22

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Inhalt

Einleitung •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4

Geothermie – in Kürze •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5

Heiße Sache – Energiequelle Planet Erde •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6

Grundlagen Allgemein ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8 Wärmepumpenanlage •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 9

Geothermische Nutzungssysteme Systemübersicht ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20 Betriebsarten ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 21

Horizontalkollektoren System/Einsatzbereich •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 24 Uponor Lieferprogramm Horizontalkollektoren •••••••••••••••••••••••••••••••• 32

Erdwärmekörbe System/Einsatzbereich •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 36 Uponor Lieferprogramm Erdwärmekörbe ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 45

Energiepfähle System/Einsatzbereich •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 49 Uponor Lieferprogramm Energiepfähle •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 64

Erdsonden System/Einsatzbereich •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 66

Uponor Lieferprogramm Anbindesysteme •••••••••••••••••••••••••••••••••••• 73

Uponor Qualitätsmaterialien PE-Xa ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 84 Quick & Easy •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 86

Projektplanung Projektablaufplanung ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 87 Detailplanung ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 89


Geothermie verfügt über eine Vielzahl an Vorteilen

Erneuerbar: Erdwärme ist unendlich verfügbar, steht 24 h am Tag zum Heizen und Kühlen zur Verfügung und ist mit geringen Flächenverbrauch nutzbar.

Umweltschonend: Jede geothermische Nutzungsform reduziert den Ausstoß von Treibhausgas.

Sicher und beherrschbar: Geothermie ist technisch ausgereift und wird seit mehr als 50 Jahren für Heizen und Kühlen ange-wendet.

Hohe Performance: eine Antwort auf alle Energiebedürfnisse wie Heizen, Kühlen, Warmwasser und Energiespeicher.

Vielseitig: anwendbar in Kombination mit den verschiedenen Ener-giequellen.

Ökonomisch nachhaltig: regional nutzbar, unabhängig von externen Lieferanten sowie von Wechselkursschwankungen.

Sicherung der Wettbwerbsfähigkeit: Geothermie erhöht die Wett-bewerbsfähigkeit der Industrie und hat somit einen positiven Effekt auf die regionale Entwicklung und Beschäftigung.

Einleitung

Geothermie – Unabhängigkeit von der Energiesituation

Geothermie – vielfältige Nutzung

In Europa gibt es das ambitionierte Ziel den Energieverbrauch zu redu-zieren, um die Abhängigkeit von fos-silen Brennstoffen wie Öl und Gas zu reduzieren. Erneuerbare Energie-quellen wie Sonnenenergie und Erd-wärme bekommen mehr und mehr Bedeutung in Bezug auf den zukünf-tigen Energiebedarf von Gebäuden. Die EU Zielsetzung 20-20-20 sieht vor, den Energieverbrauch und Treib-hausgasausstoß bis 2020 um 20 % zu verringern und den Einsatz von erneuerbaren Energien im Energie-mix auf 20 % (2007: 8,5 %) zu stei-gern. Die Gesetzgebung hat deshalb verschiedene Initiativen in ganz Europa gestartet, um den Einsatz von erneuerbaren Energiequellen zu fördern.

Geothermie kann nicht nur als Wär-mequelle für Flächenheizung und Warmwasserbereitung, sondern auch als Kältequelle für Flächenküh-lung mit sehr geringen Betriebs-kosten genutzt werden. Geothermie ist anwendbar für allen Arten von Gebäuden, vom Einfamilienhaus bis zu großen Büro- oder Industriege-bäuden.

Ist ein Geothermiesystem in Betrieb, benötigt es praktisch keine Be- triebskosten und hat eine lange Betriebszeit. Die Investitions-

kosten für ein Geothermiesystem sind zwar etwas höher als bei kon-ventionellen Kesseln und Kühlag-gregaten, aber durch die geringen Betriebskosten sind die Amortisa-tionszeiten kürzer.

Geothermie als Energiequelle in Kombination mit Energienutzungs-systemen ist die „all-in-one“ Lösung in Bezug auf die Kombinati-on aus Heizen und Kühlen.

Derartige Systeme sind effi zienter und einfacher zu installieren als

zwei separate Systeme für Heizen und Kühlen.

Des weiteren profi tieren die Ener-gienutzungssysteme von dem nutz-baren Temperaturbereich (Exergie-Prinzip) im Form von Reduktion der Betriebstemperaturen beim Heizen und hohen Betriebstemperaturen beim Kühlen. Dadurch ist die Wär-mepumpe in der Lage, mit einer höheren Effi zienz (Jahresarbeits-zahl) zu arbeiten, was den Strom-verbrauch und somit die Betriebs-kosten entsprechend reduziert.


Geothermie – in Kürze

Anwendungsbereiche/ Nutzungsmöglichkeiten Heizen Warmwasser Kühlen Energiespeicherung

Umweltaspekt Reduziert den Einsatz fossiler

Brennstoffe Vermindert ggf. den CO

2-Aus-

stoß In der Regel geringer Flächen-

verbrauch Erneuerbare Energiequelle Bei sachgemäßer Errichtung und

Anwendung keine Beeinträch-tigung von Grundwasser und Boden

Einsatzbereiche Einfamilienhaus bis Wohn-

siedlung Private und öffentliche Gebäude Betriebsstätten Industriegebäude Bürogebäude

Technische Aspekte Erdwärme ist ganzjährig nahezu

unbegrenzt verfügbar Kein Schornstein notwendig Vollautomatischer, ungefähr-

licher Betrieb, geringe War-tungsarbeiten erforderlich

Dezentrale und zentrale Anla-gennutzung

Mit anderen Energiequellen kombinierbar

Wirtschaftliche Aspekte Geringe Verbrauchskosten

(Strombedarf für die Wärme-pumpe, aber keine Brenn-stoffkosten)

Geringe Betriebskosten (keine Emissionsmessungen, kein Schornsteinfeger)

Kein Brennstoffvorrat notwendig Vergleichsweise höhere Investiti-

onskosten Amortisation abhängig von der

allgemeinen Energiekostenent-wicklung

Wirtschaftlichkeit abhängig von fachgerechter Auslegung der gesamten Anlage und von Stromtarifen („Wärmepumpen-strom“) der Energieversorger

Geothermie (griechisch: geo = Erde; therme = Wärme) oder Erdwärme ist die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Geothermie bezeichnet sowohl die ingenieurtechnische Beschäf-tigung mit der Erdwärme und ihrer Nutzung als auch die wissenschaftliche Untersuchung der thermi-schen Situation der Erde.

Erdwärme sichtbar – Heiße Quelle auf Island


Die Erdkruste ist im Verhältnis zum Erddurchmesser von rund 12.750 km nur eine dünne Schicht. Unter den Ozeanen ist die Erdkruste etwa fünf bis zehn Kilometer dick, unter den Kontinenten etwa 15 bis maximal 50 Kilometer. Bereits in der Erd-kruste herrschen hohe Temperaturen, an der Krustenunterseite bis 1.100 °C.

Unter der Erdkruste beginnt der Erdmantel, den man nach gesteins-physikalischen Eigenschaften in den oberen und unteren Mantel und in eine Übergangszone unterteilt. Der obere Mantel reicht bis etwa 400 km Tiefe mit Temperaturen bis zu 1.400 °C, die Übergangszone bis etwa 900 km und der untere Mantel bis 2.900 km Tiefe mit Tem-peraturen bis zu 3.700 °C.

Unterhalb von 2.900 km beginnt der Erdkern mit einem äußeren fl üs-sigen und einem inneren festen Kern. Im äußeren Kern herrschen Temperaturen von etwa 4.000 °C, im inneren Kern vermutlich weit über 5.000 °C.

Heiße Sache – Energiequelle Planet Erde

Schalenaufbau der Erde

Kruste(ca. 30 km)ca. 3 °C / 100 m

Mantel> 1.200 °C

Kernca. 5000 °C

Die derzeit wirtschaftliche Nutzung der Geothermie beschränkt sich auf den oberen Teil der Erdkruste. Dabei wird zwischen oberfl ächennaher und tiefer Geothermie unter-schieden.

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Tiefe Geothermie

In der tiefen Geothermie unter-scheidet man zwei Anwendungen bzw. Systeme: hydrothermale und petrothermale Systeme.

Hydrothermale GeothermieBei hydrothermaler Geothermie werden in großen Tiefen natürlich vorkommende Thermalwasservor-kommen (Heißwasser Aquifere) angezapft. Diese wasserführenden Schichten können sowohl zur direkten (Wärme) als auch indirek-ten (Strom) Energiegewinnung genutzt werden.

Petrothermaler GeothermieBei petrothermaler Geothermie erfolgt die Energiegewinnung aus heißem dichtem Gestein. Dabei kann die geothermische Energie mit dem sogenannten Hot-Dry-Rock-Verfahren nutzbar gemacht werden. Das in einer Tiefe von einigen tausend Metern durch Bohrung erschlossene Gestein wird durch unter hohem Druck einströmendes Wasser aufgebrochen, so dass eine Wasserwegsamkeit entsteht. Der so erzeugte unterirdische „Wärme-tauscher“ leitet nun die Energie in Form von Wasserdampf durch eine weitere Bohrung nach oben, wo dieser entweder Turbinen zur Strom erzeugung antreibt oder der direkten Wärmegewinnung dient.

Oberfl ächennahe Geothermie

Von oberfl ächennaher Geothermie spricht man bei Anwendungstiefen bis zu 400 m. Im Mittel nimmt hier die Temperatur um 3 °C pro 100 m Tiefe zu. Die Oberfl ächentempera-tur der Erde liegt weltweit im Mittel bei etwa 13 °C und wird durch ein Gleichgewicht zwischen einstrahlen-der Sonnenenergie, Wärmeausstrah-lung ins Weltall, geothermischem Wärmefl uss und Varianten bzw. Interferenzen dieser Faktoren bestimmt. Die oberfl ächennahe Geothermie liefert im Gegensatz zur tiefen Geo-thermie die Energie nicht direkt in Form von nutzbarer Wärme. Zum Heizen und zur Warmwasserberei-tung muss das Temperaturniveau über eine Wärmepumpe auf die erforderlichen Werte angehoben werden.

Neben der Tiefe und Art des Gesteins spielt auch das Grundwas-ser für die Energiegewinnung eine wichtige Rolle. Das hat in den mit-teleuropäischen Breiten eine über alle Jahreszeiten weitgehend gleich bleibende Temperatur. Durch die permanente Fließbewegung wird ständig neue Wärmeenergie zum Heizen nachgeliefert bzw. zum Küh-len abgeführt.

Selbst bei jahreszeitlich bedingt stark schwankenden Außentempe-raturen bleibt die Temperatur in wenigen Metern Bodentiefe mit im Mittel 10 °C relativ konstant. Somit ist die oberfl ächennahe Geo-thermie eine immer funktionierende bzw. konstante Energiequelle, die eine ganzjährige Nutzung sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen von Gebäuden ermöglicht.



Bei der Planung zur Nutzung einer geothermischen Energiequelle sind die Standortgegebenheiten von entscheidender Bedeutung. Die Ermittlung der Bodeneigenschaften in Bezug auf den Wassergehalt, die thermischen Erdreicheigenschaften, d.h. Wärmeleitfähigkeit, Dichte,

spezifi sche und latente Wärme-kapazität sowie die Bewertung der unterschiedlichen Wärme- und Stofftransportvorgänge sind Grund-voraussetzung der Leistungsbe-stimmung und -defi nition einer Geothermieanwendung. Die Aus-legung der geothermischen Energie-

Allgemein

quelle hat einen bedeutenden Ein-fl uss auf die Energieeffi zienz einer Wärmepumpenanlage. Wärmepum-pen mit hohen Leistungszahlen haben in Kombination mit einer schlecht ausgelegten Wärmequelle einen unnötigen hohen Strom-verbrauch.

Region mit hohem geothermischen

Potential

Grundlagen


Unter einer Wärmepumpenanlage versteht man ein Energiesystem bestehend aus einer Wärmequelle, einer Wärmepumpe und einer Wärmenutzungsanlage.

Wärmequelle

Als Wärmequellen für Wärmepum-penanlagen können grundsätzlich Luft, Wasser und Erdreich zum Tra-gen kommen. Von geothermischer Nutzung spricht man, wenn als Wär-mequelle das Erdreich Verwendung fi ndet. Für das Maß der geothermi-schen Nutzung sind vor allem die Geologie, Hydrologie und die klima-tischen Verhältnisse und somit die Regenerationsfähigkeit des Erdreichs von entscheidender Bedeutung.

Geologie, Hydrologie und KlimaBöden haben üblicherweise einen Porenanteil zwischen 35 und 45 %. Sind diese mit Wasser anstatt mit Luft gefüllt, erhöht sich die Wärme-leitfähigkeit, die Dichte und die spe-zifi sche und latente Wärmekapazität des Bodens. Dies wirkt sich positiv auf die maximal mögliche Entzugs-leistung eines Erdkollektors aus.

Der Wassergehalt eines Bodens hängt von den klimatischen Bedin-gungen, der Bepfl anzung, dem Grundwasserspiegel und der hyd-raulischen Eigenschaft (Kapillarwir-kung) des Erdreichs ab. Für den Wassergehalt des relevanten

Wärmepumpenanlage

ΨGes

= ΨM + Ψ

G = 0 [Vol. %]

Bodens sind hauptsächlich die Effekte des kapillaren Wasserauf-stiegs vom Grundwasserspiegel und die Durchfeuchtung durch ver-sickerndes Niederschlagswasser maßgebend.

Das Matrixpotential ΨM (Saug-

druck) eines Bodens beschreibt, wie stark vorhandenes Wasser in der Bodenmatrix gebunden ist. Je geringer der Wassergehalt, desto stärker ist das verbleibende Wasser

an die Bodenmatrix gebunden. Dem Matrixpotential wirkt haupt-sächlich das Gravitationspotential Ψ

G (Staudruck) bzw. geodätische

Höhe über dem Grundwasserspie-gel sowie zu vernachlässigend das osmotische Potential, das Aufl ast-potential und das Druckpotential entgegen. Im stationären Zustand gleichen sich beide Potentiale aus.

Volu

met

risc

her

Was

serg

ehal

t

Matrixpotential bzw. Höhe über Grundwasser [m]

Stationärer Wassergehalt in Abhängigkeit von der Höheüber den Grundwasserspiegel

0,1 1001010

0,5

0,2

0,3

0,35

0,45

0,4

0,15

0,1

0,05

0,25

SandLehm

Schluff

Schluffigtoniger Lehm

Ton

Wärmepumpenanlage

Wärmequellen:

Luft

Wasser

Wärme-pumpe

Wärmenut-zungsanlage

Erdreich


Neben der Höhe über dem Grund-wasser hat auch die durchschnitt-liche, über einem längeren Zeitraum im Boden versickernde Nieder-schlagswassermenge einen bedeu-teten Einfl uss auf den Wassergehalt des relevanten Bodens. Kurzfristige Schauer, die einen Oberfl ächenab-fl uss verursachen, haben dabei kaum Einfl uss.

Je höher der Wassergehalt des Bodens, desto besser lässt der Boden Wasser versickern (hydraulische Leit-fähigkeit). Bei relativ gleichmäßigem Niederschlag über einen längeren Zeitraum steigt der Wassergehalt im Boden soweit an, bis das Nieder-schlagswasser aufgrund von Gravita-tion versickern kann.

Die pro Monat auf die Fläche be-zogene versickernde Wassermenge ergibt sich aus der Differenz zwi-schen der Niederschlagsmenge und Evapotranspiration (Verdunstung plus Transpiration der Pfl anzen).Die Eigenschaften des Bodens wäh-rend der Heizperiode werden haupt-sächlich durch die Monate Oktober

und November beeinfl usst. In diesen Monaten nehmen das Wachstum der Pfl anzen und die durchschnittliche Außentemperatur ab, somit sinkt die Verdunstungsrate.

Tatsächlich ist der Verlauf der Nie-derschlagsmenge nicht sehr statio-när. Dies wird durch die Kapazität des Bodens und der vom Wasserge-halt abhängigen hydraulischen Leit-fähigkeit in den oberen Erdschich-ten so stark abgedämpft, dass sich in dem relevanten Boden nur lang-fristige Änderungen der Nieder-schlagsmengen auf den Wasserge-halt auswirken. Damit stellt sich der Wassergehalt in dem relevanten

Boden aus über mehrere Wochen gemittelten Niederschlagmengen ein.

Die in der Natur vorkommenden Böden sind Gemische aus Sand, Schluff und Ton. Sie bestehen aus den drei Phasen – Feststoffen, Was-ser und Gasen auf deren Basis sich die Dichte, Wärmeleitfähigkeit sowie spezifi sche und latente Wär-mekapazität begründet. Die Ermitt-lung dieser Eigenschaftscharakte-ristiken stellt sich aufgrund der vielen Varianzen als schwierig da und lässt sich am Bestem aus entsprechenden Referenzkatalogen für verschiedene klimatische Regionen entnehmen.

Information:

Die spezifi sche Wärmeleitfähigkeit λ [W/(K · m)] beschreibt das Vermögen eines Gesteins, thermi-sche Energie mittels Wärmeleitung zu transpor-tieren (konduktiver Wärmetransport). Sie ist eine temperaturabhängige Materialkonstante.

Die spezifi sche Wärmekapazität cp [MJ/(m³ · K)]

gibt jene Energiemenge an, die man benötigt, um 1 m³ des Gesteins um 1 K zu erwärmen. Je größer sie ist, desto mehr Wärmeenergie kann das Gestein aufnehmen (speichern) und letzt-endlich auch wieder abgeben.


Gesteinstyp Wärmeleitfähigkeit in W/(m · K) Volumenbez. spez. Wärmekapazität in MJ/(m³ · K)

Dichte in 10² kg/m³Empfohlener

Rechenwert

Lock

erge

stei

ne

Ton/Schluff, trocken 0,4 – 1,0 0,5 1,5 – 1,6 1,8 – 2,0

Ton/Schluff, wassergesättigt 1,1 – 3,1 1,8 2,0 – 2,8 2,0 – 2,2

Sand, trocken 0,3 – 0,9 0,4 1,3 – 1,6 1,8 – 2,2

Sand, feucht 1,0 – 1,9 1,4 1,6 – 2,2 1,9 – 2,2

Sand, wassergesättigt 2,0 – 3,0 2,4 2,2 – 2,8 1,8 – 2,3

Kies/Steine, trocken 0,4 – 0,9 0,4 1,3 – 1,6 1,8 – 2,2

Kies/Steine, wassergesättigt 1,6 – 2,5 1,8 2,2 – 2,6 1,9 – 2,3

Geschiebemergel/-lehm 1,1 – 2,9 2,4 1,5 – 2,5 1,8 – 2,3

Torf, Weichbraunkohle 0,2 – 0,7 0,4 0,5 – 3,8 0,5 – 1,1

Sedi

men

täre

Fes

tges

tein

e

Ton-/Schluffstein 1,1 – 3,4 2,2 2,1 – 2,4 2,4 – 2,6

Sandstein 1,9 – 4,6 2,8 1,8 – 2,6 2,2 – 2,7

Konglomerat/Brekzie 1,3 – 5,1 2,3 1,8 – 2,6 2,2 – 2,7

Mergelstein 1,8 – 2,9 2,3 2,2 – 2,3 2,3 – 2,6

Kalkstein 2,0 – 3,9 2,7 2,1 – 2,4 2,4 – 2,7

Dolomitstein 3,0 – 5,0 3,5 2,1 – 2,4 2,4 – 2,7

Sulfatgestein (Anhydrit) 1,5 – 7,7 4,1 2,0 2,8 – 3,0

Sulfatgestein (Gips) 1,3 – 2,8 1,6 2,0 2,2 – 2,4

Chloridgestein (Stein-/Kalisalz) 3,6 – 6,1 5,4 1,2 2,1 – 2,2

Steinkohle 0,3 – 0,6 0,4 1,3 – 1,8 1,3 – 1,6

Mag

mat

isch

e Fe

stge

stei

ne

Tuff 1,1 1,1

Vulkanit, sauer bis intermediär

z.B. Rhyolit, Trachyt 3,1 – 3,4 3,3 2,1 2,6

z.B. Latit, Dacit 2,0 – 2,9 2,6 2,9 2,9 – 3,0

Vulkanit, basisch bis ultrabasisch

z.B. Andesit, Basalt 1,3 – 2,3 1,7 2,3 – 2,6 2,6 – 3,2

Plutonit, sauer bis intermediär

Granit 2,1 – 4,1 3,2 2,1 – 3,0 2,4 – 3,0

Syenit 1,7 – 3,5 2,6 2,4 2,5 – 3,0

Plutonit, basisch bis ultrabasisch

Diorit 2,0 – 2,9 2,5 2,9 2,9 – 3,0

Gabbro 1,7 – 2,9 2,0 2,6 2,8 – 3,1

Met

ham

orph

e Fe

stge

stei

ne

gering metamorph Tonschiefer 1,5 – 2,6 2,1 2,2 – 2,5 2,4 – 2,7

Kieselschiefer 4,5 – 5,0 4,5 2,2 2,5 – 2,7

mittel bis hoch metamorph

Marmor 2,1 – 3,1 2,5 2,0 2,5 – 2,8

Quarzit 5,0 – 6,0 5,5 2,1 2,5 – 2,7

Glimmerschiefer 1,5 – 3,1 2,2 2,2 – 2,4 2,4 – 2,7

Gneis 1,9 – 4,0 2,9 1,8 – 2,4 2,4 – 2,7

Amphibolit 2,1 – 3,6 2,9 2,0 – 2,3 2,6 – 2,9

And

ere

Stof

fe

Bentonit 0,5 – 0,8 0,6 ~3,9

Beton 0,9 – 2,0 1,6 ~1,8 ~2,0

Eis (-10°C) 2,32 1,89 0,919

Kunststoff (HD-PE) 0,42 1,8 0,96

Luft (0°C bis 20°C) 0,02 0,0012 0,0012

Stahl 60 3,12 7,8

Wasser (+10°C) 0,56 4,15 0,999

Anmerkungen:Die Dichte variiert bei Lockergesteinen besonders stark mit Lagerungsdichte und Wassergehalt.Bei Sandstein, Konglomerat und Brekzie liegt eine besonders große Bandbreite der Wärmeleitfähigkeit vor; neben Kornmaterial und -verteilung und der Wassersättigung spielt hier auch die Art des Bindemittels bzw. der Matrix eine Rolle.

Beispiele für Wärmeleitfähigkeit und volumenbezogene spezifi sche Wärmekapazität des Untergrundes bei 20 °C

Quelle VDI 4640


Grundwasser mit seiner hohen Wär-mekapazität von 4.190 J/kgK bei 10°C spielt eine wichtige Rolle für die Entzugsleistung der geothermi-schen Anlage. Bei der hydraulischen Leitfähigkeit wird der Untergrund

Im Mittel nimmt die Temperatur um 3 °C pro 100 m Tiefe zu. Dabei stellt sich der Jahresverlauf (mittel-europäische Breiten) der Tempera-

aus Locker- oder Festgestein nach Poren- und Trennfugendurchlässig-keit unterschieden. Bei Lockerge-stein (Porengrundwasserleiter) ist vor allem die Korngröße und Korn-verteilung und bei Festgestein die

turen in den oberen 15 m entspre-chend untenstehenden Abbildung dar. Im Winter liegen die Außen-temperaturen in der Nähe des

Lockergesteine Durchlässigkeitsbeiwert kf

m/sBewertung der Durchlässigkeit

Reiner Kies über 10-2 sehr stark durchlässig

Sandiger Kies, Mittel-/Grobsand

über 10-4 bis 10-2 stark durchlässig

Feinsand, schluffi ger Sand über 10-6 bis 10-4 durchlässig

Schluff, toniger Schluff 10-8 bis 10-6 schwach durchlässig

Ton, schluffi ger Ton unter 10-8 sehr schwach durchlässig

Anhaltswerte für die Durch-lässigkeit von Lockergestein

Gefrierpunktes, in wenigen Metern Bodentiefe erreicht die Temperatur bereits einen Wert von im Mittel 10 °C. Im Sommer liegt die Außen-temperatur im Mittel bei annähernd 20 °C, das Erdreich in wenigen Metern Tiefe hat dagegen annä-hernd konstante Temperaturen von 10 °C. Dies gilt in den überwiegen-den Fällen für die Übergangszeiten Frühjahr und Herbst.

Aus diesem Jahresverlauf der ober-fl ächennahen Bodentemperaturen wird ersichtlich, dass Erdwärme eine immer funktionierende bzw. kons-tante Energiequelle darstellt.

Häufi gkeit und Öffnungsweite der Trennfugen entscheidend für die hydraulische Leitfähigkeit. Die unten aufgeführte Tabelle enthält Anhalts-werte für die Durchlässigkeit von Lockergestein.

Quelle VDI 4640

Tief

e im

Bod

en [

m]

Temperatur (Tiefe) [°C]Im Mittel steigt die Bodentemperatur ca. alle 33 m um 1 °C an.

0 205 10 1520

0

15

10

5

Temperatur (Erdoberfläche) [°C]0 205 10 15

1. Februar 1. Mai 1. November 1. August


Der innerhalb der Wärmepumpe ablaufende Kreisprozess wird aus vier Komponenten gebildet: dem Verdampfer, dem Verdichter, dem Verfl üssiger und dem Entspan-nungsventil. Träger für die Wärme-energie ist ein Kältemittel mit einem extrem niedrigen Siedepunkt.Im Verdampfer nimmt das Kältemit-tel die Wärme aus der Umwelt auf und wird dadurch gasförmig. Im Verdichter wird das gasförmige Kältemittel durch Kompression auf ein höheres Temperaturniveau

gebracht. Hierfür benötigt das Gerät die externe elektrische Energie. Im Verfl üssiger wird die Wärme-energie an den Heizungskreislauf abgegeben. Im Expansionsventil wird das Kältemittel entspannt, um danach den Kreislauf von Neuem zu durchlaufen.

Wärmepumpen werden in folgende Typen eingeteilt: Luft/Wasser-Wärmepumpen Wasser/Wasser-Wärmepumpen Sole/Wasser-Wärmepumpen

Die Bezeichnung des Wärmepum-pen-Typs richtet sich danach, wel-ches Medium die Wärme aufnimmt (Wärmeträgermedium) und welches Medium die Wärme im Haus ver-teilt.

Nimmt Sole (Wasser/Glykol-Gemisch) über einen Erdkollektor die Wärme auf und gibt Wasser die Wärme z.B. über eine Fußboden-heizung wieder ab, dann spricht man von einer Sole/Wasser-Wärme-pumpe.

Wärmepumpen sind Kaltdampf-maschinen, mit deren Hilfe Niedertemperaturen-Umweltwärme bzw. -kälte zur Gebäudeheizung

bzw. -kühlung genutzten werden kann. Die Umweltwärme bzw. -kälte wird dabei der Umgebungs-luft, dem Grundwasser oder dem

Wärmepumpen

Erdreich entzogen. Unter Einsatz elektrischer Energie wird die Tempe-ratur auf das gewünschte Niveau gebracht.

Verdichter

Verflüssiger

Verdampfer

Expansionsventil

Heiznetz

Funktionsprinzip Wärmepumpe


Bei den Betriebsarten unterscheidet man zwischen: monovalent (eine Energiequelle) bivalent (zwei Energiequellen) monoenergetisch (eine Energieressource).

Luft/Wasser-Wärmepumpen unter-liegen direkt den Schwankungen der Außentemperaturen. Dadurch haben sie gerade in Zeiten des größten Wärmebedarfs, im Winter –

die Außenluft hat den niedrigsten Energiegehalt – die niedrigste Ener-gieeffi zienz. Um diese Extremfälle abzudecken, können bei der Luft/Wasser-Wärmepumpe die Spitzen-

lasten entweder monoenergetisch über eine elektrische Zusatzheizung (Heizstab) oder bivalent über eine zweite Energiequelle (z.B. Brennstoff-kessel) abgefangen werden.

Tem

pera

tur

[°C]

Tage20

-15

15

10

5

-5

0

-10

Dimensionierungspunkt

100 %

Wärmepumpe in mono-valenter Betriebsart

Tem

pera

tur

[°C]

Tage20

-15

15

10

5

-5

0

-10


> 95 %

-3

Wärmepumpe in mono-energetischer Betriebsart

Tem

pera

tur

[°C]

Tage20

-15

15

10

5

-5

0

-10


> 60 %

3

Wärmepumpe in bivalent-paralleler Betriebsart


Für geothermische Anwendungen kommen Sole/Wasser-Wärme-pumpen zum Einsatz. Die Wärme-tauscher werden dabei mit einem Wasser/Glykol-Gemisch bzw. Sole durchströmt. Zur Beurteilung der Güte einer Wärmepumpenan-lage wird die sogenannte Jahresar-beitszahl β verwendet. Sie stellt

das Verhältnis zwischen der abge-gebenen Wärmeleistung zur aufge-nommen elektrischen Leistung (Antriebsleistung) im Verlauf eines Jahres dar.

Übersicht Wärme-pumpenanlagen

Je höher die Jahresarbeitszahl, desto höher in der Regel auch der Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Die übliche Größenordnung liegt bei 3 bis 4,5.

Jahresarbeitszahl β = W (nutzbare Wärmeenergie)W (zugeführte elektrische Leistung)

Um bewerten zu können, welche Energiemenge bzw. welche Leis-tung dem Erdreich durch einem Wärmetauscher entzogen bzw. zugeführt werden kann, müssen Kriterien festgelegt werden, an denen man die Leistungsfähigkeit messen kann bzw. bei denen Grenzwerte nicht überschritten werden dürfen.

Folgende Kriterien sind einzu-halten, damit die Wärmepumpen -an lage keinen Schaden nimmt:

Unter Betriebssicherheit wird ver-standen, dass einer Beschädigung der Anlage vorgebeugt und die Leistungsgrenzen der Wärmepum-

pe eingehalten werden, damit über das gesamte Jahr ein sicherer Betrieb gewährleistet werden kann. Bezüglich der Wärmequelle be-deutet dies, dass die Wärmepum-pensole an keiner Stelle die Erstar-rungstemperatur und die vom Wärmepumpenhersteller angege-bene minimale Soletemperatur unterschreitet.

Im Verdampfer wird die Sole abge-kühlt, bevor sie sich in der Wärme-quelle wieder erwärmt. Dort herrschen somit die niedrigsten Temperaturen im Solekreis. Die üblichen wasserhaltigen Wärmeträ-ger dehnen sich beim Erstarren aus. Dadurch besteht die Gefahr,

Sicherstellung der Betriebssicherheit

dass Rohrleitungen oder der Ver-dampfer bersten, falls die Sole erstarrt.

Die am weitesten verbreiteten Wär-meträger für Wärmequellen sind Gemische aus Wasser und Glykol (meistens Monoethylenglykol). Beim gängigen Mischverhältnis von 3:1 ist eine Frostsicherheit von ca. -14 °C gewährleistet. Es muss also sichergestellt werden, dass diese Temperatur an keiner Stelle unter-schritten wird. Aus diesem Grund haben die meisten Hersteller Sicher-heitsorgane eingebaut, wodurch die Wärmepumpe vorzeitig abge-schaltet wird. Diese Funktion kann z.B. ein Niederdruckpressostat in

Wärmenutzungsanlage

Wärmepumpe

Wärmequellen

Wärmeaustausch

Wasserdurchströmte Flächenheiz- und Kühlsysteme

Sole/WasserWärmepumpe

Wasser/WasserWärmepumpe

Luft/WasserWärmepumpe

Erdreich Wasser Luft

HorizontalkollektorVertikalkollektor

GrundwasserOberirdische Gewässer

Außenluft


Gas Wärmepumpe

Benötigte Heizenergie [kWh] 20.000 20.000

Wirkungsgrad/ Arbeitszahl 85% 4

Bezogene Energiemenge [kWh] 23.529 5.000

Arbeitspreis [ct/kWh] 6,68 13,61

Grundpreis [¤/Jahr] 142,8 41 ,40

Brennstoffkosten [¤/Jahr] 1.571,74 721,90

Kosten Abgasmessung [¤/Jahr] 45,11 –

Gesamtkosten [¤/Jahr] 1.759,65 721,90

Differenz [¤/Jahr] – 1,037.75

Prozentuale Kosten 100% 41%

der Saugleitung zum Verdichter übernehmen. Dieses Pressostat löst beim Unterschreiten des Drucks, dem eine Verdampfungstemperatur von ca. -15 °C bzw. mit Überhit-zung einer Sauggastemperatur von ca. -10°C entspricht, das Abschalten der Wärmepumpe aus. Abhängig von den Wärmeübertragungseigen-schaften des Verdampfers und von der Temperaturspreizung im Sole-

kreislauf entspricht -10°C Saug-gastemperatur ungefähr einer Sole-rücklauftemperatur von -5 °C.

Aus den genannten Sicherheits-gründen und teilweise bedingt durch das maximal mögliche Druck-verhältnis des Verdichters wird von den meisten Wärmepumpen-herstellern diese Temperatur als Begrenzung angegeben. Die Wärme-

quellenanlage ist daher so auszu-legen, dass die Solerücklauftempe-ratur in die Wärmepumpe auch bei Lastspitzen im Winter -5°C nicht unterschreitet.

Die nachfolgende Tabelle stellt eine exemplarische Beispielrechnung von Betriebskosten einer Wärme-pumpe im Vergleich zu einem traditionellen Heizsystem dar.

Beispielhafter Vergleich von Betriebskosten in Deutschland


Niedertemperatursysteme eignen sich besonders gut, um Wärme-pumpenanlagen zu betreiben. Durch die großen Flächen liegen die erforderlichen Betriebstempera-turen nur geringfügig oberhalb (Heizen) bzw. unterhalb (Kühlen) der Raumtemperatur, was die Ener-gieeffi zienz von geothermisch genutzten Wärmepumpen erheblich verbessert.

Zu den Niedertemperatursystemen zählen wasserdurchströmte Flä-chenheiz- und -kühlsysteme:

Fußbodenheiz- und -kühlsysteme Wandheiz- und -kühlsysteme Deckenheiz- und -kühlsysteme

Bei Flächensystemen wird die Wär-me bzw. Kälte fast ausschließlich durch Strahlung und nicht durch Konvektion übertragen. Somit wer-den störende Zugerscheinung und Staubaufwirbelungen vermieden. Da Flächenheiz- und -kühlsysteme „unsichtbar“ sind, beanspruchen sie keinen wertvollen Nutzraum und bieten nahezu uneingeschränkte Gestaltungs- und Einrichtungsfrei-heit sowie ein optimales Verhältnis von umbautem Raum zur nutzbaren Fläche.

Fußbodenheizsysteme und -kühlsystemeNicht nur für den Neubau, auch für die Nachrüstung auf bestehenden Fußböden gibt es maßgeschnei-derte Systemlösungen. Zur Kom-fortsteigerung können diese Syste-me auch zur Raumkühlung verwen-det werden, bei vorausschauender Planung ist auch die entsprechen-

de Nachrüstung der Kühlfunktion zu einem späteren Zeitpunkt möglich.

Bei Fußbodenheizung und -kühlung kommen unterschiedlichen Installa-tionsformen zum Einsatz. Die gän-gigsten Formen für Neubau und Renovation sind:

Niedrigaufbausysteme Nassbausysteme Trockenbausysteme

Wandheiz- und -kühlsystemeAlternativ zur Fußbodenheizung bzw. -kühlung oder zusätzlich zur Ver-größerung der Heiz- bzw. Kühlfl ächen können Wandsysteme eingesetzt werden.

Man unterscheidet zwischen: Trockenbausystemen Nassputzsystemen

Trockenbausysteme kommen in der Renovierung zum Einsatz, wenn der Fußbodenaufbau nicht verändert werden soll oder darf. Neben vor-handenen Wänden bieten sich oft zusätzliche Leichtbauwände (Stän-derwände) als Heiz- bzw. Kühlfl ä-chen an. Der Einbau erfolgt in der Wandkonstruktion je nach System unterhalb der Beplankung oder direkt in der Putzschicht. Nassputz-systeme bieten sich immer dann an, wenn nur eine Teilrenovierung vorgenommen wird bzw. ein neuer Putz eingebracht wird.

Deckenheiz- und -kühlsystemeDer Einsatz von Heizen und Küh-lung, in Form von Deckenheiz- und -kühlsystemen, fi ndet besonders

Wärmenutzungsanlagen

aus Gründen der Behaglichkeit und der Effi zienz gegenüber den raum-lufttechnischen Anlagen immer mehr Anwendung.

Bei den Deckenheiz- und -kühl-systemen unterscheidet man die Bauformen als:

Abgehängte Decken bzw. Deckenpaneele

Bauteilaktivierung bzw. Beton-kernaktivierung

Abgehängte Decken kommen sowohl im Neubau als auch im Renovierungsfall zum Einsatz. Das Heizen und Kühlen erfolgt bei Deckenpaneelen durch wasser-durchfl ossene Rohre direkt in den Deckenpaneelen.

Betondecken werden zum Kühlen bzw. Heizen von mehrgeschossi-gen Gebäuden genutzt. Diese zukunftsorientierte Lösung führt zu thermisch aktiven Decken mit-tels wasserdurchfl ossener Rohrre-gister auch in Modulbauweise. Mit der Betonkernaktivierung wird das Ziel verfolgt, auf ein-fache Weise umweltschonend und kostensparend für thermische Behaglichkeit im Gebäude zu sor-gen. Die Betonkernaktivierung empfiehlt sich für Gebäude mit kleinen bis mittleren Kühllasten, um einer Aufheizung im Sommer entgegenzuwirken. In Gebäuden mit mittleren bis größeren Kühl-lasten kann die Betonkernaktivie-rung zur Deckung der Grundlas-ten dienen.


Uponor Wand

Uponor Contec

Uponor Minitec

Uponor Horizontalkollektoren Uponor Erdwärmekörbe Uponor Energiepfähle Uponor Erdsonden


Uponor Classic

Uponor Siccus

Uponor Klett


Geothermische Nutzungssysteme

Bei den oberfl ächennahen Kollek-toren (Wärmetauschern) unterschei-det man prinzipiell zwischen hori-zontalen und vertikalen Kollektoren.

Die folgende Klassifi zierung übli-cher Geothermiesysteme kann dabei vorgenommen werden:

Horizontal Horizontalkollektor oder Flä-

chenkollektor (Erdregister) Spiral- und Erdwärmekörbe Grabenkollektoren

Vertikal Erdsonden Energiepfähle und Schlitzwände

Systemübersicht

Die Eignung der jeweiligen Geo-thermiesysteme ist dabei von der entsprechenden Umgebung (Bode-neigenschaften und klimatischen Verhältnissen), den Leistungsdaten, der Betriebsweise, der Gebäudeart (kommerziell oder privat), den Platzverhältnissen sowie den recht-lichen Vorgaben abhängig.

Horizontalkollektoren

Wärmetauscher, die horizontal oder schräg in den oberen fünf Metern des Untergrunds eingebaut werden (Flächenkollektor). Hierbei handelt es sich um einzelne Rohrstränge oder parallele Rohrregister. Diese werden in der Regel neben dem Gebäude, aber auch unter der Bodenplatte installiert.

Energiepfähle

Wärmetauscher in Pfahlgründungen, die bei Bauobjekten mit nicht trag-fähigem Untergrund errichtet werden. Dabei werden einzelne oder mehrere Rohrstränge U-, spiral- oder mäanderförmig in Gründungspfählen einge-bracht. Dies kann bei im Werk vorgefertigten Gründungspfählen oder direkt auf der Baustelle vor Ort geschehen, wo die Rohrstränge in vorbereiteten Bohrlöchern mit Beton umgossen werden.

Erdsonden

Wärmetauscher, die vertikal oder schräg in den Untergrund eingebracht werden. Dabei werden ein (einfach U-Sonde) oder zwei (doppel U-Sonde) Rohrstränge U-förmig oder konzentrisch als Innen- und Außenrohr in ein Bohrloch eingebracht.

Erdwärmekörbe

Wärmetauscher, die vertikal in den Untergrund geringer Tiefen eingebracht werden. Hierbei werden einzelne Rohrstränge spiral- oder schraubenförmig angeordnet. Erdwärmekörbe stellen eine Sonderform der horizontalen Kollektoren dar.


Heizbetrieb

Kühlbetrieb (aktiv)

Kühlbetrieb (passiv/Free Cooling)

Betriebsarten

Nach dem Heiz- und Kühlbedarf des jeweiligen Gebäudes werden die Betriebsweise und daraus resultierend die Betriebskosten der Wärmepumpe defi niert.

Geothermie dient als Wärmequelle Medientemperatur wird von der Wärmepumpe auf

ein für das Gebäude nutzbares Temperaturniveau angehoben.

Geothermie dient als Wärmesenke (Kältequelle) Temperaturniveau für passives Kühlen nicht

aus reichend Verdichter aktiv Dualbetrieb möglich

Geothermie dient als Wärmesenke (Kältequelle) Temperaturniveau aus Geothermie für passives

Kühlen ausreichend – nur Umwälzpumpe aktiv Kein Dualbetrieb möglich Sehr geringe Betriebskosten

Antriebsenergie

Geothermie Kühlnetz

Heiznetz

Antriebsenergie


Heiznetz

Antriebsenergie


Heiznetz


Geothermieanwendungen sind die einzigen Systeme, mit denen das sogenannte passive Kühlen bzw. Free Cooling möglich ist. Die Erd-wärmesonde ist für diese Betriebs-weise die effektivste Lösung aller möglichen Anwendungen.

Voraussetzung hierfür ist der Ein-satz eines Flächenheiz- bzw. -kühl-systems oder Luftheiz- bzw. -kühl-systems.

Die Betriebsweise „Free Cooling“ bringt grundsätzlich mehrere Vorteile für den Anwender und die Umwelt:

Erhöhter Wohnkomfort durch angenehm temperiertes Raum-klima

Verbesserung der Jahresarbeits-zahl des ganzen Systems durch Regeneration des Erdreiches

Minimale zusätzliche Investitions-kosten, geringe Betriebskosten

Ressourcenschonend Umweltfreundlich

Aufgrund der immer stärker ge-dämmten Bauweise von Neubauten verändert sich das Verhältnis von Heizen und Kühlen. Wo in früheren Jahren das Heizen im Vordergrund stand, wird nun durch gestiegene Komfortansprüche das Kühlen mehr fokussiert. Moderne Gebäude neigen immer stärker dazu, in den warmen Perioden des Jahres zu überhitzen. Um dem effektiv entgegenzuwirken, werden in der Regel Verschattungs-maßnahmen getroffen. Zur Errei-chung einer operativen Raumtempe-ratur (Wohlfühltemperatur) von 26 °C, wird die in der Erde gespei-cherte kühlere Temperatur genutzt und diese mittels eines Flächennut-

zungssystems bzw. einer Lüftungs-anlage an das Gebäude abgegeben.

Durch das Abführen überschüssiger Wärme aus dem Gebäude in den Boden, wird dieser aktiv regeneriert, d.h. erwärmt sich wieder. Im Einfami-lienhausbereich wird im Winter dem Boden meist mehr Wärme entzogen, als ihm im Sommer wieder zugeführt wird. Dies ist als unproblematisch anzusehen, da in der Regel während des Übergangs von der Heiz- zur Kühlperiode genügend Zeit für die passive bzw. natürliche Regeneration zur Verfügung steht. Die aktive Regeneration unterstützt diese zusätzlich. Bei der Nutzung von pas-siver Kühlung entstehen nur minima-le zusätzliche Investitionskosten. Die Taupunktüberwachung sowie das Umschalten von Heizen auf Kühlen können durch moderne Regelungen

Heizen und Kühlen – Dualbetrieb

Je nach Energiebilanz im Gebäude dient die Geothermie als Wärmequelle oder Wärmesenke (Kältequelle)

Funktionsweise Heizen Kühlen

Aktiv Passiv / Free Cooling

Anlagengröße < 30 KW > 30 KW < 30 KW > 30 KW < 30 KW > 30 KW

Erdsonde ● ● ● ● ● ●

Horizontalkollektor ● ●● – – ● –

Erdwärmekorb ● ● ● – ● –

Energiepfahl ● ● ● ● ● ●

Auswahlmatrix geothermischer Nutzungssysteme in Abhängigkeit von der Betriebsweise und Anlagengröße

● anwendbar ● bedingt anwendbar in Abhängigkeit von den Rahmenbedingungen – technisch nicht sinnvoll

Passives Kühlen – Free Cooling

Antriebsenergie


Heiznetz


Operative Raumtemperatur mit Einsatz passiver Kühlung Der Einsatz der passiven Kühlfunktion führt zu einer deutlichen Verbesserung der operativen Raumtemperatur.

Beispielrechnung – mögliche jährliche Kosten – passive Kühlung

Beispielrechnung – mögliche jährliche Kosten – aktive Kühlung

Soleumwälzpumpe Heizungsumwälzpumpe

el. Leistung 5 – 70 W 16 – 310 W

el. Leistung bei errechnetem Volumenstrom 60 W 55 W

Laufzeit 800 h 800 h

Jährlicher Energiebedarf gesamt 48 kWh 44 kWh

Strompreis pro kWh 0,20 ¤/kWh 0,20 ¤/kWh

Jährliche Energiekosten 9,60 ¤ 8,80 ¤

Gesamtenergiekosten 18,40 ¤

Kompressor Heizungsumwälzpumpe

el. Leistung 2300 W 16 – 310 W

el. Leistung bei errechnetem Volumenstrom – 55 W

Laufzeit 800 h 800 h

Jährlicher Energiebedarf gesamt 1840 kWh 44 kWh

Strompreis pro kWh 0,20 ¤/kWh 0,20 ¤/kWh

Jährliche Energiekosten 368,- ¤ 8,80 ¤

Gesamtenergiekosten 376,80 ¤

Operative Raumtemperatur ohne Einsatz passiver KühlungNebenstehende Abbildung zeigt den Tempe-raturverlauf eines Raumes mit Außenverschat-tung an einem typischen Sommertag im Juli. Deutlich ist die Überhitzung des Raumes zu erkennen.

Ope

rati

ve R

aum

tem

pera

tur

[°C]

Uhrzeit [h]

Operative Raumtemperatur mit Einsatz passiver Kühlung

Tagesverlauf operative Raumtemperatur

optimale operative Raumtemperatur

üblicher Bereich der operativen Raumtemperatur

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

0 01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1615 17 18 19 20 21 22 23

Ope

rati

ve R

aum

tem

pera

tur

[°C]

Uhrzeit [h]

Operative Raumtemperatur ohne Einsatz passiver Kühlung

Tagesverlauf operative Raumtemperatur

optimale operative Raumtemperatur

üblicher Bereich der operativen Raumtemperatur

0 01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1615 17 18 19 20 21 22 23151617181920212223242526272829

für Flächenheiz- und -kühlsysteme wie z.B. dem Dynamischen Energie-management (DEM) übernommen werden. Zusatzkosten entstehen

lediglich für die Taupunktsenso-ren und die Montage. Im passiven Kühlfall läuft nur die Soleumwälz-pumpe(n) und Heizungsumwälzpum-

pe der Anlage. Der Wärmepumpenver-dichter steht still. Somit beschränken sich die Betriebskosten auf den Strom-verbrauch der Umwälzpumpe(n).


Anwendungsbeschreibung

Horizontalkollektoren sind die am weitesten verbreitete Variante der oberfl ächennahen Wärmetauscher. Sie bestehen aus horizontal, also parallel zu Erdoberfl äche verlegten

Verteiler zusammengeführt und der Wärmepumpe zugeführt.

Der wesentliche Vorteil der Hori-zontalkollektoren ist die niedrige Investition bei relativ hohen Jahres-arbeitszahlen. Von den erdgebun-denen Wärmetauschern stellt der Horizontalkollektor mit die güns-tigste Variante dar. Ein relativ hoher Flächenbedarf an unversiegelter Gartenfl äche ist vorzusehen.

Eine Alternative zu den Horizontal-kollektoren ist die Aktivierung der Fundamentplatten zum Heizen und/oder passiven Kühlen. Hier wird keine zusätzliche Fläche neben dem eigent lichen Gebäude benö-tigt. Da die meisten Gebäude auf Fundamentplatten, Streifen-, oder Punktfundamenten oder einer

Kombination gründen, bietet sich eine Nutzung der Erdwärme über die Fundamente an. Unterhalb der Fun-dament- bzw. Bodenplatte, also zwi-schen Erdreich und Platte, wird in der Regel eine so genannte Sauber-keitsschicht eingebaut, die aus Magerbeton oder Feinkies besteht. Zur Nutzung von Erdwärme können hier Wärmetauscherrohre integriert werden.

Die erreichbaren Leistungen mit Fundamentplatten sind begrenzt und deutlich geringer als bei nicht überbauten Horizontalkollektoren; hier ist neben den Bodengegeben-heiten der Grundwasserstand und Grundwasserfl uss von ganz entschei-dender Bedeutung. Temperaturen unterhalb der Frostgrenze sind zwin-gend zu vermeiden!

System/Einsatzbereich

Schematische Darstellung Horizontalkollektoranlage

Vorteile

Vergleichsweise geringe Investitionskosten

Gute Jahresarbeits-zahlen

Einfache Installation Ideale Lösung für Ein- und

Mehrfamilienhäuser sowie kleine Gewerbe- und Indust-rieanwendungen

Geringe Einbautiefe ohne Auswirkung auf den Wasser-haushalt

Rohren. Die einzelnen Rohrschlau-fen werden hierbei je nach Anforde-rung und den gegebenen Umstän-den mit Rohrabständen von 0,5 m bis 0,8 m (bei Rohrdimensionen da 40 mm 1,2 bis 1,5 m) verlegt – ähnlich zu den Rohrschleifen einer Fußbodenheizung. Die Vor- und Rücklaufl eitungen der einzelnen Rohrschlaufen werden in Sammel- und Verteilerschächten oder auf

Hinweis:

Die Kombination von Hori-zontalkollektoren mit der Uponor EPG6 Kühlstation ergibt eine ideale Free Cooling-Lösung.

Horizontalkollektoren


Fixierung der Rohrschlaufen auf BewehrungsmattenVerlegung der einzelnen Rohrschlaufen

Funktionsweise

Die von Horizontalkollektoren dem Erdreich entzogene Wärme ist zu über 99 % im Erdreich gespeicherte Sonnenenergie und keine geother-mische Energie aus dem Erdkern. Aus diesem Grund ist der thermi-sche Kontakt zur Erdoberfl äche für die Leistungsfähigkeit von ent-scheidender Bedeutung.

Im Winter ist die auf das Erdreich netto eintreffende Sonnenenergie am geringsten, jedoch der Wärme-entzug von Erdwärmekollektoren mittels Wärmepumpen am größten. Die entzogene Energie ist die im Sommer im Erdreich eingespeicherte Sonnenenergie. Die wesentliche Speicherkapazität des Erdreichs ist auf den Phasenwechsel des im Erd-reich befi ndlichen Wassers zurückzu-führen. Damit ein Erdkollektor diese Speicherkapazität nutzen kann, ist es notwendig, dass die Oberkante des beliebig geformten Kollektors unterhalb der natürlichen Frostgren-ze liegt.

Physikalische Eigenschaften der charakteristischen Bodentypen

Einheit Sand Lehm Schluff Sandiger Ton

Wassergehalt % Vol. 9,3 28,2 38,1 36,4

Wärmeleitfähigkeit W/mK 1,22 1,54 1,49 1,76

Spezifi sche Wärmekapazität

J/kg K 805 1229 1345 1324

Dichte kg/m³ 1512 1816 1821 1820

Quelle: VDI 4640

Tief

e im

Bod

en [

m]

Temperatur (Tiefe) [°C]Im Mittel steigt die Bodentemperatur ca. alle 33 m um 1 °C

0 205 10 1520

0

15

10

5



Uponor Horizontal Kollektor Einbautiefe: i.d.R. 1,2 - 1,5 m


Anhaltswerte für die Auslegung von Horizontalkollektoren

Untergrund Spezifi sche Ent-zugsleistung q

E bei

1.800 h/a [W/m²]

spezifi sche Ent-zugsleistung q

E

bei 2.400 h/a [W/m²]

Verlegeabstand s

[m]

Verlegetiefe

[m]

Abstand zur Ver-sorgungsleitungen

[m]

Trockener, nichtbindiger Boden 10 8 1 1,2 – 1,5 > 0,7

Bindiger, feuchter Boden 20 – 30 16 – 24 0,8 1,2 – 1,5 > 0,7

Wassergesättigter Sand/Kies 40 32 0,5 1,2 – 1,5 > 0,7

Bei längeren Laufzeiten ist neben der spez. Entzugsleistung q̇ auch die spez. Entzugsarbeit zu berücksichtigen. Für Erdwärmekollektoren sollte diese zwischen 50 und 70 kWh/(m² Jahr) liegen. Richtwert zur Erdwärmekollektorausbildung nach VDI 4640: gültig nur für reinen Heizbetrieb und Warmwasserbereitung!

Anwendungsgrenzen

Die Leistungsfähigkeit eines Hori-zontalkollektors hängt im Wesent-lichen vom Wassergehalt des umge-benden Erdreichs ab. Bei Sandboden mit seiner geringen Kapillarwirkung versickert Niederschlagswasser schnell in tiefere Erdschichten. Lehmboden mit einer hohen Kapil-larwirkung kann dagegen das Wasser wesentlich besser gegenüber der Schwerkraft halten. Diese Unter-schiede bewirken, dass bei Sand der volumetrische Wassergehalt in der Regel unter 10 % und bei Lehmbo-den über 35 % liegt. Im Lehmboden steht einem Horizontalkollektor somit mehr als die doppelte Wasser-menge pro Erdreichvolumen als Latentspeicher zur Verfügung als im Sandboden. Darüber hinaus verbes-sert Wasser im Erdreich auch die Wärmeleitfähigkeit, wodurch die gespeicherte Wärme aus tieferen Erdschichten und die Sonnenenergie von der Erdoberfl äche leichter zu den Kollektoren hin strömen können.

In der obenstehenden Tabelle wird zwischen Sand, Lehm, Schluff und sandigen Ton unterschieden, was das breite Spektrum der in der Natur vorkommenden Böden gut wider-spiegelt.

Als Sand ist hierbei lockerer, deutlich aus einzelnen Körnern

(> 50 mm) bestehender Boden gemeint. Bei diesem Bodentyp ist die Kapillarwirkung äußerst gering und die hydraulische Leitfähigkeit groß. Niederschlagswasser versi-ckert dadurch schnell in tiefere Erdschichten, was oberhalb vom Grundwasser zu einem niedrigen volumetrischen Wassergehalt unter 10 % führt.

Lehm besteht im Wesentlichen aus einer Mischung aus Sand und Schluff. Schluff stellt dabei einen Boden mit mittelfeiner Körnung (zwischen 2 mm und 50 mm) dar. Diese bindigen Bodentypen haben in der Regel volumetrische Wasser-gehalte zwischen 20 und 40 % und sind daher für Horizontalkollekto-ren deutlich besser geeignet als Sand.

In sandigem Ton, bei dem die größ-te Fraktion aus sehr feinen Körnern (< 2 mm) besteht, ist die Kapillar-wirkung noch größer, was zu volu-metrischen Wassergehalten über 30 % führt.

Die genauen physikalischen Eigen-schaften weichen von Ort zu Ort ab, was unter anderem an den unter-schiedlichen Niederschlagsmengen liegt. In der nachfolgenden Tabelle sind die Mittelwerte der physikali-schen Eigenschaften der einzelnen Bodentypen dargestellt.

Innerhalb Europas sind die klimati-schen Unterschiede so groß, dass es nicht sinnvoll ist, Horizontalkollek-toren überall entsprechend den gleichen Regeln auszulegen. In den warmen Klimazonen ist eine höhere fl ächenspezifi sche Entzugsleistung möglich, ohne mit Schäden an der Anlage oder Umwelt rechnen zu müssen.

Bau und UmweltIm Heizfall entziehen Horizontalkol-lektoren dem Erdreich Wärme, so dass es sich daraufhin unter das Temperaturniveau des ungestörten Erdreichs abkühlt. Bei der Aus-legung ist darauf zu achten, dass das umliegende Erdreich und die Umwelt dadurch nicht zu stark beeinfl usst oder beschädigt werden.

Generell gilt, dass sich die Flora über einem Horizontalkollektor im Frühjahr geringfügig verzögert ent-wickeln kann. Da sich der Horizon-talkollektor in der Regel in Tiefen unter einem Meter befi ndet und nur wenige Wurzeln von Gartenpfl anzen bis in diese Tiefe treiben, ist der Einfl uss jedoch gering. Prinzipiell kann das Erdkollektorfeld beliebig bepfl anzt werden, sogar mit Bäu-men. Erdkollektorrohre in der übli-chen Tiefe können nicht durch Wurzeln beschädigt werden und die Beeinfl ussung der Pfl anzen durch die Rohre ist minimal.


Nicht die sensible Abkühlung, sondern vielmehr die Eisbildung im Winter kann zu Schäden führen. Beim Unterschreiten der Rohrober-fl ächentemperatur von 0 °C, beginnt das im umliegenden Erd-reich befi ndliche Wasser zu gefrie-ren. Geringfügige Eisbildung ist generell nicht problematisch, da auch das ungestörte Erdreich bis in eine Tiefe von 0,5 m – 0,8 m im Winter gefriert und mit den stei-genden Temperaturen im Frühjahr wieder auftaut. Aufgrund zweier Effekte kann das Erdreich bzw. die Umwelt jedoch bei zu starker Eisbildung negativ beeinfl usst werden.

Expansion des Wassers beim GefrierenDas in den Poren des Erdreichs befi ndliche Wasser vergrößert sein Volumen beim Gefrieren. Sind nur relativ wenig Poren mit Wasser gefüllt, hat die Eisbildung keine bemerkenswerten Auswirkungen, da sich dann das Eis in die benachbarten, mit Luft gefüllten Poren, ausdehnen kann. Bei hohem Wassergehalt entstehen jedoch Spannungen mit verschie-denen Folgen.

Das Wasser in Kollektornähe gefriert zuerst und dehnt sich

dabei aus. Durch die Expansion wird das um das Kollektorrohr befi ndliche Erdreich nach außen gedrückt. Vor allem lehmige Böden bleiben auch, nachdem das Eis im Frühjahr wieder geschmolzen ist, in dieser Form. Der thermische Kontakt vom Kollektorrohr zum Erdreich ist dadurch unterbrochen. Erst durch verstärkte Niederschläge kann der Zwischenraum wieder umspült werden.

Wasserschäden im FrühjahrWenn die Eisradien um die einzel-nen Kollektorrohre zusammen-wachsen, ist der vertikale Feuch-tigkeitstransport unterbrochen. Das sich im Frühjahr bildende Schmelzwasser und die wieder stärker werdenden Niederschläge können dann nicht versickern. Es entsteht Matsch an der Erdober-fl äche. Vor allem an steilen Hän-gen können durchgängige Eis-schichten unter wassergesättigtem Boden auch zu Erdrutschen füh-ren. Bei einer Geländesteigung bis zu 15 % kann der Horizontalkol-lektor jedoch bedenkenlos parallel zur Erdoberfl äche installiert wer-den.

Es ist also zu beachten, dass evtl. zusammengewachsene Eisradien im Frühjahr rechtzeitig wieder soweit

zurück tauen, damit das Wasser zumindest in den Zwischenräumen hindurch sickern kann. Da der jähr-liche Temperaturverlauf und der Beginn der Vegetation im Frühjahr regional sehr unterschiedlich sind, ist es nicht zweckmäßig, hierfür ein festes Grenzdatum festzulegen. Stattdessen wird der Zeitpunkt als zweckmäßig angesehen, wenn die über zwei bis vier Tage gemittelte Umgebungstemperatur eine Grenz-temperatur von 12,0 °C erreicht. Dieser Zeitpunkt liegt in der Regel zwischen Mitte April und Mitte Mai. Bis dahin sollen die Eisradien soweit zurückgetaut sein, dass sie sich nicht mehr berühren. Das ver-sickernde Wasser beschleunigt danach das weitere Abtauen. Der Effekt der Wasserschäden ist besonders hoch bei gut gesättigten sandigen Böden nahe am Grund-wasserspiegel, da bei diesen nor-malerweise das Wasser sehr gut versickern kann und die Eisschicht den natürlichen Abfl uss behindern würde. In tonigen Böden versickert das Wasser auch im ungefrorenen Zustand nur langsam, weshalb eine geschlossene Eisschicht den natür-lichen Abfl uss weniger beeinfl usst. Bei konsequenter Auslegung des Horizontalkollektors nach VDI 4640 sind Umweltbeeinfl ussungen nicht zu erwarten.

Entstehung eines BodenplattenkollektorKollektorrohrschlaufen aus PE-Xa


Die Dimensionierung von Horizon-talkollektoren hängt neben der Bodeneigenschaften und den kli-matischen Bedingungen von der jährlichen Betriebsstundenzahl der Wärmepumpenanlage ab. In der Regel wird von einer maximalen Betriebsstundenzahl von 1800 h ausgegangen.

Die erforderliche Kollektorfl äche bei Horizontalkollektoren richtet sich nach der spezifi schen Entzugsleis-tung q

E des Bodens und der Kälte-

leistung QO der Sole/Wasser-Wär-

mepumpe.

Amin

= [m²] Q

O

qE

Die Kälteleistung entspricht dem aus der Umgebung entzogenen Leistungsanteil der Wärmepumpe und stellt die Differenz der Heizleis-tung Q

H und der elektrischen Leis-

tungsaufnahme Pel dar.

Die notwendige Kollektorrohrlänge L

K wird aus der erforderlichen Kol-

lektorfl äche AK und dem Abstand s der Kollektorrohre ermittelt.

QO

= QH – P

el[W]

LK =

Amin

s[m]

Auslegung von Horizontal kollektoren

Verkleinert man den Rohrabstand bei gleicher Entzugsleistung, besteht prinzipiell die Gefahr der Matschbildung im Frühjahr. Die Eis-radien um die Rohre würden dann nicht rechtzeitig zurücktauen, um Freiräume zur Versickerung der Nie-derschläge frei zu machen. Vergrö-ßert man den Rohrabstand, sinkt

die Soletemperatur für den gleichen Wärmeentzug weiter ab. Im Spit-zenlastfall würde die Solerücklauf-temperatur dann -5°C unterschrei-ten, was zum Abschalten der Wär-mepumpe führen kann. Eine Abwei-chung vom Rohrabstand um mehr als 5 cm erfordert daher stets eine Verringerung der fl ächenspezifi -schen Entzugsleistung.

Berechnungsbeispiel

Wärmepumpe (Daten Hersteller) - Heizleistung Q

H = 8,9 KW

- Elektische Leistungsaufnahme P

el = 1,98 KW

➔ Kälteleistung QO = 6,92 KW

Horizontalkollektor (Daten nach VDI 4640)

- Jahresnutzungsdauer 1800 h - Entzugsleistung q

E = 25 W

- Verlegeabstand s = 0,8 m ➔ Kollektorfl äche

Amin

= 277 m² ➔ L

K = 346 m

Auslegung Horizontalkollektor ➔ 4 Heizkreise à 100 m ➔ Tatsächlicher Verlegeabstand

= 0,69 m

Bei der Dimensionierung der Kollek-torrohre ist auf geringe Druckver-luste – wichtig erhöhte Zähigkeit der Sole gegenüber Medium Wasser – zu achten, da die Pumpenleistung die Jahresarbeitszahl β der Wärme-pumpenanlage verringert.

Bei der monovalenten Auslegung der Sole/Wasser-Wärmepumpe muss die Wärmequelle auf den Leis-tungsbedarf des Gebäudes Q

G und

nicht auf den der Wärmepumpe ausgelegt werden.

Der Gesamtleistungsbedarf QWP

beinhaltet den Leistungsbedarf des Gebäudes Q

G und zur Brauch- bzw.

Warmwasserbereitung Qww

unter Berücksichtigung einer Sperrzeit Z.

QWP

= (QG + Q

WW) · Z [W]

Wird bei der Wahl der Wärmepum-pe auf ein Modell mit geringerer Heizleistung bzw. kleineren Kol-lektorfl äche zurückgegriffen, so erhöhen sich die Betriebsstunden der Wärmepumpe. Dies bedeutet, der Kollektor wird mehr belastet bzw. eine größere Entzugsarbeit entsteht. Zur Kompensation der Betriebsstundenerhöhung muss dann die Kollektorfläche ver-größert werden und ein erhöhter Stromverbrauch ist die Folge.

Eine sorgfältige Planung und Dimensionierung von Horizontal-kollektoren ist unabdingbar. Unterdimensionierungen sind zu ver meiden; sie führen zum Ab -sinken der Soletemperaturen und somit zu schlechten Jahresarbeits-zahlen.

Unterdimensionierung kann zu dau-erhaft absinkenden Wärmequellen-temperaturen führen; im Extremfall wird die Einsatzgrenze der Wärme-pumpe unterschritten.


Verlegung und Installation

Erdarbeiten stellen einen erheb-lichen Kostenfaktor von Horizon-talkollektoren dar. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit das Erd-reich fl ächig abzutragen oder die Rohrschlaufen in Gräben zu verle-gen oder grabenlose Bauweisen anzuwenden. Bei der Grabenbau-weise wird zunächst ein Graben mit einem relativ kleinen Bagger und einer Schaufelbreite, die ungefähr dem Rohrabstand entspricht, aus-gehoben. In diesem Graben wird dann eine Rohrschlaufe verlegt. Wird nun der zweite Graben für eine weitere Rohrschlaufe daneben ausgehoben, kann mit dem Aushub direkt der erste Rohrgraben verfüllt werden. Beim Verfüllen ist darauf zu achten, dass man das Erdreich wieder so gut wie möglich verdich-tet. Denn lockeres Material ver-mindert die Kapillarwirkung, was wiederum einen niedrigeren Was-

sergehalt und dadurch schlechtere thermische Eigenschaften zur Fol-ge hat.

Die Verlegung in Gräben ist aller-dings nur bei Rohrabständen grö-ßer 40 cm sinnvoll. Bei kleineren Abständen gibt es meist keine Alternative zum fl ächigen Abtra-gen. Der wesentliche Nachteil ist hierbei, dass die doppelte Menge an Erdreich bewegt werden muss, da die bei einer Grabenverlegung natürlich belassenen Stege zwi-schen den Gräben wegfallen. Dar-über hinaus benötigt man eine freie Fläche, an der man den gesamten Aushub zwischenlagern kann. Der Transport des Aushubs zur Frei-fl äche und von dort wieder zurück in das Kollektorfeld sind zudem zusätzliche Arbeitsschritte, die bei einer Grabenverlegung in dieser Form nicht anfallen würden. Die grabenlose Verlegung ist die effi zi-enteste Variante, allerdings muss

hierfür das entsprechende Equipe-ment zur Verfügung stehen.

Alle Rohrschlaufen der im Erdreich verlegten Horizontalkollektoren sollten von gleicher Länge sein und können nach dem Tichelmannprin-zip über Vor- und Rücklaufverteiler mit Sammelleitungen an eine Wär-mepumpe angeschlossen werden.

Bei der Verlegung im Tichelmann-prinzip wird die benötigte Rohr-länge für die entsprechende Entzugs-leistung in parallel geschaltete Rohrschlaufen aufgeteilt. In Bezug auf den Druckverlust ist somit der Volumenstrom der einzelnen Rohr-schlaufen, die Rohrlängen und Rohrdurchmesser zu beachten. Die einzelnen Kollektorkreise können als Rohrschlaufen (Bild Tichel-mannverlegung), Schnecke oder Doppel mäander ausgeführt wer-den.

Verlegeart Heizkreis als Schnecke

Verlegeart Heizkreis als Doppelmäander

Tichelmannverlegung mit Ausführung der Heizkreise als Rohrschlaufen

Mögliche Verlege-varianten


Die Rohrschlaufen sollen aufgrund der Druckverluste nach VDI 4640 in der Regel eine maximale Länge von 100 m und deren Sammel- und Ver-teilleitung von 30 m zur Wärmepum-pe nicht überschreiten. Ist die Ver-legung gleichlanger Rohrschlaufen nicht gegeben, so hat ein hydrau-lischer Abgleich mit Einregulierventi-len zur Wahrung gleicher Druckver-luste je Rohrregister stattzufi nden.

BetriebssicherheitDie Verlegung der gleichlangen Rohrschlaufen hat mit minimaler Steigung zum Verteiler zu erfolgen, damit eine Entlüftung des Horizon-talkollektors ermöglicht wird. Alle Verteiler und Armaturen sollten außerhalb der Gebäude regen-wassergeschützt in zugänglichen Schächten installiert werden. Die Rohrschlaufen sollten zudem an den Verteilern durch Kugelhähne eine Absperrmöglichkeit aufweisen. Die Kollektorrohre sind spannungs-frei an die Verteiler anzuschließen.

Die Versiegelung der Kollektorfl ä-chen ist zu vermeiden. Bei der Ver-legung eines Erdkollektor unter der Bodenplatte eines Gebäudes ist die Funktionsweise des Kollektors bzw. des umgebenden Erdreichs als Energiespeicher zu sehen, d.h. eine langfristige Betriebsführung ist nur bei ganzjährigen gleichem Wärme-entzug und Wärmeeintrag (Heiz- und Kühlfunktion) sichergestellt, da eine Regeneration des Erdreichs durch oberfl ächigen Energiezufl uss ausgeschlossen ist.

Auf der Baustelle hergestellte, im Betrieb nicht zugängliche Rohrver-bindungen sind durch wartungsfreie Verbindungstechnik z.B. Uponor Quick & Easy oder Heizwendelform-teile herzustellen.

Alle Kollektorrohre im Bereich der Mauerdurchführung sowie alle im Haus installierten soleführende Rohre müssen nach DIN 4140-2 kältetechnisch (wasserdampfdiffusi-onsdichte Dämmung) gedämmt werden, um Kondenswasserbildung zu vermeiden.

Horizontalkollektoren sollten nach Möglichkeit in einer Tiefe von min-destens 1,2 m bis maximal 1,5 m verlegt werden, um eine optimale Regeneration des Erdreiches ohne Gefahr der natürlichen Unterschrei-tung des Gefrierpunktes zu gewähr-leisten. Zusätzlich wird die Wärme-pumpenanlage mit Sole – in der Regel einem Gemisch aus Wasser und Glykol (Wärmeträgermedium) befüllt , um ein Einfrieren des Kol-lektors und des Verdampfers zu vermeiden.

Wärmeträgermedien für Kollektor-leitungen sind grundsätzlich so zu wählen, dass im Fall einer Leckage eine Grundwasser- und Bodenver-schmutzung vermieden oder mög-lichst gering gehalten wird. Es sind Substanzen zu wählen, die mög-lichst ungiftig oder bei organischen

Substanzen biologisch abbaubar sind – VDI 4640.

Für die Befüllung sind an geeigne-ter Stelle entsprechende Füll- und Entleereinrichtungen vorzusehen. Um eine Überfüllung zu vermeiden, ist die Wärmepumpenanlage mit einem entsprechenden Sicherheits-ventil auszuführen. Die Sole muss vor dem Füllen der Wärmepumpen-anlage angemischt werden, um eine ausreichende Durchmischung und somit die Gefahr des punktuellen Einfrierens zu vermeiden. Die Antei-le an Glykol liegen im Regelfall bei 25 – 30 %. Dadurch sind die Druck-verluste der Kollektorrohre um 1,5 – 1,7 größer; dies ist bei der Pumpen-dimensionierung entsprechend zu beachten. Die Druckprüfung hat nach EN 805 zu erfolgen.

Bettung des Horizontalkollektors nach VDI 4640

Wichtig

Das Frostschutzmittel und das Wasser müssen in einem ausreichend großen Behälter vermischt werden, bevor der Horizontalkollektor mit dem Gemisch befüllt wird!

Versorgungs-leitung

Trassenwarnband30 - 40 cm über Rohr

50 – 80 cm Rohrabstand (1,2 - 1,5 m bei da 40 mm)

Bet

tung

:PE

-Xa

kein

San

dbet

t no

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dig

PE10

0 ca

. 30

cm S

and

min

. 70

cm 120

- 15

0 cm

Hauptverfüllung einschl.Straßenkonstruktion


In Abhängigkeit von der eingesetz-ten Rohrart sind die Rohrschlaufen in einem entsprechendem Sandbett zu verlegen. Einzig bei Uponor PE-Xa Rohren kann durch seine Beständigkeit gegen langsames und schnelles Risswachstum auf diese Sandbettung verzichtet werden.

Der Abstand der Kollektorrohre bei Horizontalkollektoren ist so zu wählen, dass ein Zusammenwach-sen der sich um die Kollektorrohre bildenden Eisradien vermieden wird. Diese liegen in der Regel zwischen 0,5 m und 0,8 m (1,2 – 1,5 m bei da 40 mm).

betragen. Die Fixierung der Rohr-schlaufen in Bezug auf Höhenlage und Rohrabstand kann mittels Erdnägeln oder durch Aufknüpfen der Rohre auf Bewehrungsmatten erfolgen.

Rechtliche Grundlagen

Für Horizontalkollektoren können länderspezifi sche Genehmi-gungen der zuständigen Behörden notwendig sein. VDI 4640 und Wasserhaushaltsgesetz (D), SIA 384/6 und BAFU-Vollzugsricht-linie (CH), österreichische Wasserrechtsgesetz, Gewerbeordnung und Bauordnung (A) sind zu beachten.

Bei Horizontalkollektoren sollte der Abstand zu anderen Versorgungs-leitungen (Gas, Wasser, Wärme, Strom etc.), Gebäuden, Verkehrs-fl ächen, Nachbargründstücken und Schwimmbädern mindestens 0,7 m

PE-Xa Rohrdimension [mm]

Innendurchmesser [mm]

Wasservolumen [l/m]

25 x 2,3 20,4 0,327

32 x 2,9 26,2 0,539

40 x 3,7 32,6 0,835

Wasservolumen pro Rohrdimension für Horizontalkollektoren


Uponor Geothermie PE-Xa Rohr, SDR11, 12,5 barVernetztes Polyethylenrohr nach Verfahren Engel (PE-Xa). Gefertigt nach DIN 16892/16893. Einsetzbar als Kollektorrohr für Horizontalkollektoren, Energiepfähle und Anbindesysteme. Naturfarbend mit schwarzer PE Außenschicht, mit weißer Kennzeichnung, 2 Jahre UV stabilisiert.Anwendungstemperaturen: -50 °C bis 95 °C.Eignung als einzige Rohrart nach DVGW Regelwerk W400-2 für die sandbettfreie Verlegung.Zugelassen für das Heizwendelschweißen.

Art-Nr. d [mm] s [mm] L [m] Kurztext LE VE ME RG

1058045 20 2 Uponor Geothermie PE-Xa Rohr 20SDR11, 20x2,0mm, Fixlänge - m T1

1058044 20 2 50 Uponor Geothermie PE-Xa Rohr 20SDR11, 20x2,0mm, 50m Ring 50 m T1



1058046 25 2,3 Uponor Geothermie PE-Xa Rohr 25SDR11, 25x2,3mm, Fixlänge - m T1

1058047 25 2,3 50 Uponor Geothermie PE-Xa Rohr 25SDR11, 25x2,3mm, 50m Ring 50 m T1










1058061 40 3,7 100 Uponor Geothermie PE-Xa Rohr 40SDR11, 40X3,7mm, 100m Ring 100 m T1


Uponor Verteiler und Zubehör

Uponor Industrieverteiler 25-G 1½Als Verteiler / Sammler für Industriefl ächenheizung und Schnee und Eisfreihaltung, bestehend aus:- Vorlauf-Einzelsegment, mit Feinstregulierventil inkl. Handrad und Einstellring zur werkzeuglosen Ventil-Voreinstellung, Anzeige des Einstellwertes, Aufnahmefeld für Uponor Bezeichnungsschild, Heizkreisab-gang 25x2,3 mit Klemmringverschraubung.- Rücklauf-Einzelsegment mir Rücklaufventil mit Bauschutzkappe, Uponor Thermoantriebe direkt auf das Rücklaufventil adaptierbar, Heizkreisabgang 25x2,3 mit Klemmringverschraubung.

Heizkreisabstand: 100 mmWerkstoff: glasfaserv. Polyamidmax. Betriebstemperatur: 60 °Cmax. Betriebsdruck: 6 bar

Beliebig kombinierbar bis max. 20 Kreise.

Heizkreise 2-5 6-9 10-14 15-19 20

Benötigte Halter 2 3 4 5 6

Anzahl benötigte Halter

Art-Nr. Kurztext LE VE ME RG

1045813 Uponor Industrieverteiler 25-G 1½mit Klemmringverschraubung 1 Set B7

Uponor Lieferprogramm Horizontalkollektoren



Uponor Industrieverteiler Basic Kitzur Befestigung des Uponor Industrieverteiler, bestehend aus:2 St. Wandhalter kurz2 St. Wandhalter lang2 St. FE-Hahn Messing2 St. Thermometer 0 - 60°C1 St. Manometer mit Montageventil2 St. Endkappe2 St. Kreuzstück mit Übergangsverschaubung G 1½ fl achdichtend, Anschluß für FE Hahn, Thermometer und Manomerter1 St. Zubehörbeutel:- 8x Spannplattenschraube 6x60mm - 8x Kunststoffdübel 8x40mm - 2x Flachdichtung 44x32x2


1045815 Uponor Industrieverteiler Basic Kit 1 Set B7

Hinweis: In Kombination mit dem Geothermieverteiler anzuwenden.

Uponor Industrieverteiler Halter Kitzur Befestigung des Uponor Industreiverteiler, bestehend aus:2 St. Wandhalter kurz2 St. Wandhalter lang1 St. Zubehörbeutel:- 8x Spannplattenschraube 6x60mm- 8x Kunststoffdübel 8x40mm


1045816 Uponor Industrieverteiler Halter Kit 1 Set B7

Uponor Industrieverteiler Durchfl ussmesserzur Ablesung der voreingestellten Wassermenge mit integriertem Feinstregulierventil und Einstellring zur werkzeuglosen Ventil-Voreinstel-lung mit Anzeige des Einstellwertes sowie Handrad zur Absperrung. Anstelle der Feinstregulierventile im Uponor Industrieverteiler werden die Uponor Industrieverteiler Durchfl ussmesser gesetzt.Anzeigenbereich: 4- 20 l/minWerkstoff: glasfaserv. Polyamid


1030134 Uponor Industrievert. Durchfl ussmesser4-20 l/min für den Uponor Industrievert. 1 St. B7

55150

110

G1 1

/2

>370

>200

166100

Hinweis :Das Uponor Industrieverteiler Basic Kit, das Uponor Industrieverteiler Halter Kit sowie der Uponor Industrieverteiler Durchfl ußmesser werden auch für den Uponor Geothermie Verteiler verwendet.



Uponor BajonettverschraubungBestehend aus:2 Uponor Bajonett Messing Verschraubungen, 2 Klammern zur Fixierung des Bajonetts, 2 Klemmhülsen zur Aufnahme Uponor Geothermie PE-Xa Rohr

Art-Nr. da [mm] Kurztext LE VE ME RG

1058341 32 Uponor BajonettverschraubungBajonettverschraubung 32 1 Set T3


Uponor Systemkomponenten

Uponor Geothermie Trassenwarnband

Art-Nr. L [m] Kurztext LE VE ME RG

1058343 250 Uponor Geothermie Trassenwarnband250 m 1 St. T3

Uponor Geothermie Erdnägelfür Uponor Geothermie PE-Xa Rohraußendurchmesser 20 - 40 mm


1058344 Uponor Geothermie Erdnägel25 - 40 mm 100 St. T3

Uponor Geothermie VerteilerUponor Geothermie Verteiler Segmente G 1 ½"" zur Anwendung mit Uponor Geothermie PE-Xa Rohr. In Kombination mit Uponor Industriever-teiler Basic Kit und Uponor Bajonettverschraubung. Optional: Uponor Durchfl ussmesser und / oder Uponor Halter Set

Vor- und Rücklauf Einzelsegmentemax. Betriebstemperatur: 60 °Cmax. 20 Kollektorkreise; in Abhängigkeit vom max. Durchfl ussvolumen


1058340 Uponor Geothermie Verteiler 1 ½"Einzelsegment 1 ½", 14 m³/h 1 Set T3

Heizkreise 2-5 6-9 10-14 15-19 20


Anzahl notwendiger Halter pro Kollektorkreise:

zur Kenntlichmachung von im Erdreich verlegten Rohrleitungen. Reißfestes weißes Kunststoffband mit blauem Uponor Aufdruck.


Uponor Industrie-Rohrbinderzur Befestigung von Uponor PE-Xa Rohren nach Verfahren Engel auf bauseitige Mattenbewehrung oder TrägermattenWerkstoff: Polyamid

Art-Nr. b [mm] l [mm] Kurztext LE VE ME RG

1005287 5 200 Uponor Industrie-Rohrbinder L200zur Rohrmontage auf Trägermatte 13000 100 St. B7

1005372 7 280 Uponor Industrie-Rohrbinder L280zur Rohrmontage auf Trägermatte 100 St. B7

Uponor Drillgerät f. Trägerelementzur stabilen Verbindung der Trägerelemente mittels Mattenbinder


1006243 Uponor Drillgerät f. Mattenbinderzur Verbindung der Trägerelemente 1 St. NET


Uponor Classic Trägerelementzur stabilen Aufnahme von Rohrhaltern und normgerechten Montage von Flächenheizungsrohren. Werkstoff: Stahl, grundiert

Art-Nr. l [mm] b [mm] d [mm] r [mm] A [m²] Kurztext LE VE ME RG

1005087 2100 1200 3 150 2,5 Uponor Classic Trägerelement 15cm RasterVz 15 u. 30, grundiert 625 25 m² M5

FrostschutzmittelFrostschutzmittel

Art-Nr. V [l] Kurztext LE VE ME RG

1047090 25 Uponor Propylene GlykolKonzentrat 25 l 1 St. T3

1047089 25 Uponor Ethylen GlykolKonzentrat 25 l 1 St. T3

l

b

r

r

D


Schematische Darstellung Erdwärmekorbanlage

Erdwärmekörbe

Der Erdwärmekorb stellt eine Sonderbauform der horizontalen Erdwärmekollektoren dar. Erd-wärmekörbe kommen zum Ein-satz, wenn Tiefenbohrun gen oder -gründungen aus wasserrechtli-cher Rahmenbedingungen bzw. aus hydrologischen Gründen nicht möglich sind oder die zur Ver-fügung stehende Freifläche zu gering ist. Der Erdwärmekorb stellt eine wirtschaftliche und energetisch höchst effektive Alternative im Bereich der ober-fl ächennahen Geothermie dar.

Die Uponor Erdwärmekörbe sind die ideale Lösung für Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie kleinere Gewerbe- und Industrieanwen-dungen.


Ihr Plus

Wirtschaftlich und erner-getisch effektive Form der Geothermie

Ideale Lösung für Ein- und Mehrfamilienhäuser so-wie kleine Gewerbe- und Industriean wendungen

Geringe Grundfl äche bei gleichzeitig großer Nutzung des Erdreichvolumens

Gleichmäßiger Wärmeentzug Geringe Einbautiefe ohne

Effekt auf den Wasserhaushalt

Hinweis:

Die Kombination von Erdwär-mekörben mit der Uponor EPG6 Kühlstation ergibt eine ideale Free Cooling-Lösung.


Eine im Heizbetrieb zirkulierende Sole (Wasser-Glykolgemisch) im Erdwärmekorb extrahiert Wärme aus dem Erdreich. Mit Hilfe einer Wär-mepumpe wird diese dann auf die gewünschte Heizungstemperatur angehoben.

In den warmen Sommermonaten können die kühlen Erdreichtempera-turen zur passiven Kühlung, auch Free Cooling genannt, genutzt wer-den. Hierbei läuft in der Regel nur die Soleumwälzpumpe der Wärme-pumpe. Der Energieverbrauch beschränkt sich daher während der Kühlphase auf ein Minimum und ist somit deutlich kostengünstiger als herkömmliche Kühlvarianten.

Voraussetzung ist allerdings ein Flächenheiz- bzw. -kühlsystem. Die gezielte Wechselbelastung des Untergrunds durch Heizen und Küh-len schafft eine Energiebalance im Untergrund und gewährleistet somit eine langlebige Energiequelle.

Die Uponor Erdwärmekörbe sind für den Einsatz in einer Tiefe von 1 bis 4 Metern ausgelegt. Erdwärmekörbe werden oberfl ächennah eingebaut und befi nden sich in einer Tiefe, in der saisonale Temperaturschwan-kungen vorhanden sind. Die Erd-reichtemperatur wird daher zu 100% von der Witterung beeinfl usst. Sai-sonale Schwankungen sind bis in eine Tiefe von ca. 20 m (regionale Unterschiede), Tagesschwankungen bis ca. 1 m messbar. Ebenfalls ist


eine deutliche Phasenverschiebung zwischen Luft- und Erdreichtempe-ratur zu erkennen. Im November herrscht die höchste und im Mai die niedrigste Erdreichtemperatur, gegensätzlich zu den Außentempe-raturen. Ursache hierfür ist die Tatsache, dass das Erdreich einer-seits ein schlechter Wärmeleiter ist und andererseits eine große Wärme- bzw. Speicherkapazität besitzt.

Folglich hieraus bleibt die Sonnen-wärme (solare Strahlung), die im Frühsommer in den ersten Metern der Erdoberfl äche eindringt, für mehrere Monate gespeichert. Die Erdreichtemperatur nimmt lang -samer ab als die Lufttemperatur. Zu Beginn der Heizperiode sind die höchsten Temperaturen im Erdreich zu verzeichnen; die niedrigsten zu Beginn der Kühlperiode.

In den Einbautiefen des Uponor Erd-wärmekorbes herrscht eine relativ konstante Temperatur über das gan-ze Jahr im Bereich zwischen ca. 7 und 13 °C. Die runde und nach unten hin konisch zulaufende Bau-form des Uponor Erdwärmekorbes, ermöglicht trotz einer relativ gerin-gen Grundfl äche, die Nutzung eines großen Erdreichvolumens.

Das große Erdreichvolumen sowie der gleichmäßige Wärmeentzug ver-hindern somit ein vorzeitiges Ein-frieren der direkten Umgebung. Im extremen Überlastungsfall besteht lediglich die Möglichkeit, dass beim Erdwärmekorb eine seitliche Eisaus-bildung entsteht. Beim Zurückfahren der Belastung wird sich diese jedoch wieder zurück bilden. Da die Ent-zugs temperaturen nahezu konstant sind, ist dies eine ideale Energiequel-le für die Wärmepumpe. Die Effi zi-enz der Wärmepumpe wird somit deutlich gesteigert. Der bevorzugte Einsatz liegt im Leistungsbereich bis ca. 30 kW.

Tief

e im

Bod

en [

m]

Temperatur (Tiefe) [°C]Im Mittel steigt die Bodentemperatur ca. alle 33 m um 1 °C

0 205 10 1520

0

15

10

5



Uponor Erdwärmekörbe Einbautiefe: 1 bis 4 m

Oberfl ächennahe Installation des Uponor ErdwärmekorbesDefi nierte Kollektorrohrabstände beim Uponor Erdwärmekorb


Durch die großvolumige konische Form der Uponor Erdwärmekörbe wird eine vergrößerte Oberfl äche zur Aufnahme von Erdwärme geschaffen und das Inhaltsvolumen für das Wärmeträgermedium, die Sole, maximiert. Dadurch kann dem Erdreich die Wärmeenergie gleich-mäßiger entzogen werden.

Die sogenannte Durchfrostungsge-fahr wird vermieden, da der Wärme-entzug unterhalb der Frostgrenze in Tiefen zwischen 1 bis 5 m statt-fi ndet. Eine Beeinfl ussung der öko-logischen Mikroorganismen im

In der obenstehenden Tabelle wird zwischen Sand, Lehm, Schluff und sandigen Ton unterschieden, was das breite Spektrum der in der Natur vorkommenden Böden gut widerspiegelt.

Als Sand ist hierbei lockerer, deut-lich aus einzelnen Körnern (> 50 mm) bestehender Boden gemeint. Bei diesem Bodentyp ist die Kapillarwir-kung äußerst gering und die hyd-raulische Leitfähigkeit groß. Nieder-schlagswasser versickert dadurch schnell in tiefere Erdschichten, was oberhalb vom Grundwasser zu einem niedrigen volumetrischen Wassergehalt unter 10 % führt.

Bodenbereich wird somit vermie-den. Die gärtnerische Nutzung der Fläche über den verbauten Uponor Erdwärmekörben bleibt ohne Ein-fl üsse möglich, sollte aber nicht ver-siegelt werden.

Die natürliche Regeneration des genutzten Bodens ist durch regel-mäßige Sonneneinstrahlung und Feuchtung des Erdreichs durch Regen und Schneeschmelze gege-ben. Die geringe Einbautiefe ver-hindert eine Veränderung des Was-serhaushaltes. Die kompakte Pro-duktgröße des Uponor Erdwärme-

Lehm besteht im Wesentlichen aus einer Mischung aus Sand und Schluff. Schluff stellt dabei einen Boden mit mittelfeiner Körnung (zwischen 2 mm und 50 mm) dar. Diese bindigen Bodentypen haben in der Regel volumetrische Wasser-gehalte zwischen 20 und 40 % und sind daher für Erdwärmekörbe deutlich besser geeignet als Sand.

In sandigem Ton, bei dem die größ-te Fraktion aus sehr feinen Körnern (< 2 mm) besteht, ist die Kapillar-wirkung noch größer, was zu volu-metrischen Wassergehalten über 30 % führt.

Anwendungsgrenzen

korbes erfordert für das gesamte Erdwärmekorbfeld bis zu 60 Prozent weniger Platzbedarf als ein ver-gleichbarer Horizontaler Erdwärme-kollektor.

Szenarien wie ungleichmäßige Hebung des Erdreichs, durch massi-ve Eisringbildung bei zu kleiner Dimensionierung oder Bildung einer Eisplatte unter der Erdoberfl äche, was ein Nichtversickern von Regen-wasser und Schmelzwasser zur Folge hat, entstehen beim Erdwär-mekorb in der Regel nicht.

Die genauen physikalischen Eigen-schaften weichen von Ort zu Ort ab, was unter anderem an den unterschiedlichen Niederschlags-mengen liegt. In der nachfolgenden Tabelle sind die Mittelwerte der physikalischen Eigenschaften der einzelnen Bodentypen dargestellt.

Innerhalb Europas sind die klimati-schen Unterschiede so groß, dass es nicht sinnvoll ist, Horizontalkol-lektoren überall entsprechend den gleichen Regeln auszulegen. In den warmen Klimazonen ist eine höhere fl ächenspezifi sche Entzugsleistung möglich, ohne mit Schäden an der Anlage oder Umwelt rechnen zu müssen.

Physikalische Eigenschaften der charakteristischen Bodentypen

Einheit Sand Lehm Schluff Sandiger Ton

Wassergehalt % Vol. 9,3 28,2 38,1 36,4

Wärmeleitfähigkeit W/mK 1,22 1,54 1,49 1,76

Spezifi sche Wärmekapazität J/kg K 805 1229 1345 1324

Dichte kg/m³ 1512 1816 1821 1820

Quelle VDI 4640


Für die Auslegung einer Erdwärme-korbanlage müssen nachfolgende Aspekte berücksichtigt bzw. bekannt sein:

Die Basis für die richtige Dimensio-nierung der Erdwärmekorbanlage ist die korrekte Ermittlung der Heiz-last sowie die konkrete Bestimmung der Bodenart und Erdreichfeuchte.

Auswahl WärmenutzungssystemFür eine Erdwärmekorbanlage so wie auch für alle anderen geother-mischen Anlagen ist die Wahl der jeweiligen Wärmenutzungssysteme

bzw. Systemtemperatur von enor-mer Wichtigkeit. Um eine höchst-mögliche Effi zienz des Systems sicherzustellen, sollte diese so nied-rig wie möglich gewählt werden.

Als Faustformel gilt: 1 Kelvin höhere Vorlauftemperatur bedeutet ca. 2,5 % mehr Energie-bedarf.Empfohlene Vorlauftemperatur bei Flächenheizsystemen: max. 35°C

Aufgrund von Erfahrungswerten wurden nachstehende Anhaltswerte für die Auslegung der Uponor Erd-

Auslegung von Erdwärmekörben

wärmekörbe ermittelt. Diese dienen als Hilfe zur Beurteilung und Eig-nung der Bodenverhältnisse. Die Bodenklasse 1-4 (DIN 18300) ist für die Installation eines Uponor Erdwärmekorbes geeignet. Ab Bodenklasse 5 nur mit Rückfrage des Herstellers.

Bei einem hohen Grundwasserstand und entsprechend schnellem Nach-strömen des Grundwassers emp-fi ehlt sich der Einsatz des Erdwär-mekorbs Standard, da in diesem Fall die Grube nicht zu tief ausgebag-gert werden muss.

Spezifische Entzugsleistung (Heizfall) pro Uponor Erdwärmekorbbei 1800 h/a [W/Korb]

Anhaltswert für die Auslegung eines Uponor Erdwärmekorbes

Trockener,nicht bindiger Boden

Bindiger, feuchter Boden

WassergesättigterSand/Kies

500 2000600 700 1000 1200 13001100800 1400 1500 1600 1700 1800 1900

Spezifische Entzugsleistung (Heizfall) pro Uponor Erdwärmekorb XLbei 1800 h/a [W/Korb]

Anhaltswert für die Auslegung eines Uponor Erdwärmekorbes XL

Trockener,nicht bindiger Boden

Bindiger, feuchter Boden

WassergesättigterSand/Kies

500 2000600 700 1000 1200 13001100800 1400 1500 1600 1700 1800 1900

Die Vorteile der Uponor Erdwärme-körbe sind:

Keine planungs- und kostenin-tensiven Bohrarbeiten

Einfaches baurechtliches Ge-nehmigungsverfahren (Anzeige-pfl icht, abhängig vom Land)

Durch geringe Installationstiefe ist der Einsatz selbst in Wasser-schutzgebieten möglich

Keine Beeinträchtigung des Grundwassers

Keine Durchfrostungsgefahr , keine Beeinfl ussung der gärtne-rischen Flächennutzung, keine Beeinfl ussung der Kapillarwir-kung des Bodens

Schnelle Regeneration des Erd-reichs durch Sonne, Regen und Schneeschmelze

Passive Kühlung

Geringer Platzbedarf, 50 – 60 % geringer als bei horizontalen Erdwärmekollektoren

Installation auf schwer zugängli-chen Grundstücken möglich, bei denen schweres Bohrgerät nicht eingesetzt werden kann

Schnelle Installation Wartungsfreies System


Sollte auf der Baustelle der Boden nicht eindeutig klassifi ziert werden können, ist das Erdreich durch einen Geologen zu bestimmen.

Bei Betriebsarten > 1800 h muss die Anzahl der Uponor Erdwärme-körbe an die Bodenverhältnisse angeglichen werden.

Die Auswahl der benötigten Wärme-pumpe muss durch den Hersteller bzw. Fachhandwerker erfolgen. Die-ser bestimmt anhand der Heizlast, der Systemtemperaturen, des

Einfamilienhaus

Ermittelte Heizleistung * 6 kW

Entzugsleistung 4 kW (laut WP-Hersteller)

Bodeneigenschaft max. Entzugsleistung eines Uponor Erdwärmekorbes

bindig, feuchter Boden

1,2 kW

Benötigte Erdwärmekörbe 4

Solevolumen 336 l

Verteilergröße 2-fach

* inkl. Warmwasser und Sperrzeit des Energieversorgers, 1800 h Betriebsdauer

Monoethylenglykol 29%

Dichte kg/m³ 1051

cp kJ/(kg · m) 3,72

Viskosität Pa · s 0,00313

Massenstrom kg/s 0,36

Max. Anzahl von Körben in Reihe 2

Fließgeschwindigkeit m/s 0,32

Rohrlänge PE-Xa 32 x 2,9 mm pro Korb inkl. Anbindeleitung in m

150

Rohrlänge PE-Xa 32 x 2,9 mm bei Reihen-schaltung von 2 Körben in m

300

Druckverlust der Erdwärmekorbserienschaltung inkl. integrierter Anbindeleitung

280 mbar

Druckverlust Uponor Geothermieverteiler 2-fach 30 mbar

Gesamt Druckverlust inkl. Verteiler 310 mbar

Die Druckverlustberechnung bezieht sich auf das vorangegange-ne Beispiel. Hierbei werden rein die Daten für Monoethylenglykol verwendet.

Anwendungszwecks und der Lauf-zeit das jeweilige Wärmepumpen-model. Hieraus ergibt sich die Kälte- bzw. Entzugsleistung.

Die Berechnung der Anzahl der Uponor Erdwärmekörbe wird nun im folgenden Beispiel exemplarisch aufgezeigt:


Im Grundstücks- bzw. Lageplan müssen die Eintragung von Bäu-men, Leitungen (Wasser, Telefon, Abwasser usw.) berücksichtigt werden. Nur so können im Vorfeld evtl. Unwägbarkeiten geklärt und die genaue Anordnung der Erd-wärmekörbe festgelegt werden. Uponor Erdwärmekörbe können in Reihe verbunden werden. Die Lage der einzelnen Erdwärmekörbe kann beliebig festgelegt werden.

Die Uponor Erdwärmekörbe dürfen nicht mit Baukörpern wie Garagen, Carports, Keller, Schwimmbäder oder Straßen überbaut werden, da sonst eine natürliche Regeneration nicht mehr möglich ist.

Folgende Abstände sind einzu-halten: Der Abstand zu Fundamenten, Nachbargrundstücken, Verkehrs-fl ächen, Schwimmbädern und Trinkwasser- bzw. Abwasserleitun-gen muss mindestens 1,5 bis 2 Meter betragen. Die idealen Erd-wärmekorbmittenabstände wie auch die Platzbedarfe sind der Tabelle mit den technischen Daten zu entnehmen.

Der Uponor Erdwärmekorb besteht aus 150 m, der Uponor Erdwärme-korb XL aus 200 m PE-Xa Rohr der Dimension 32x2,9 mm. Das spiral-förmig angeordnete Rohr wird mit-tels vier geschäumten Polyurethan-stützen fi xiert. Die konisch zulau-fende Form vergrößert die Oberfl ä-che zur Aufnahme der Erdwärme und das Inhaltsvolumen für das Energietransportmedium. Das PE-Xa Rohr macht den Uponor Erdwärme-korb beständig gegenüber langsa-mem und schnellem Risswachstum. Besonders während des Wiederbe-füllens der Erdwärmekorbgrube

kann der Erdwärmekorb mit scharf-kantigem Auffüllmaterial in Kontakt kommen. Dies würde bei Verwen-dung von herkömmlichen Materiali-en z.B. PE100 zur Ver letzung des


Rohrmaterials führen. Es muss ein Bodenaustausch mit Humus-Sand-gemisch stattfi nden. Durch Verwen-dung des Uponor PE-Xa Rohrs ist dies nicht notwendig.

Uponor Geothermie Erdwärmekorb PE-Xa

Technische Daten Erdwärmekorb Erdwärmekorb XL

Rohrmeter 150 m 200 m

Durchmesser oben (a) 2,4 m 2,4 m

Durchmesser unten (b) 1,4 m 1,4 m

Höhe (c) 2,0 m 2,7 m

Rohrabstände 114 mm 114 mm

Korbvolumen 6,1 m³ 8,1 m³

Abstand Körbe Mitte-Mitte (d) 6,0 m 7,0

Reiner Flächenbedarf bei Reihenanordnung/Korb

15 – 20 m² 20 – 25 m²

Reiner Flächenbedarf bei Parallelanordnung/Korb

35 – 40 m² 35 – 40 m²

Verschaltung max. 2 in Reihe Direkt einzeln am Verteiler

Solevolumen 84 ltr. 108 ltr.

Entzugsleistung (gewährleistet bei 1800 Volllaststunden pro Jahr)

1,1 – 1,5 kW 1,6 – 2,0 kW

Fixierung Rohr PU-Schaumleiste mit Fixierband

Integrierte Anschlussleitung für Vor- und Rücklauf

20 m 25 m

d

a

b

c


Für die Anbindung der Uponor Erd-wärmekörbe sollte das „Tichelmann-prinzip“ angewendet werden. Die-ses besagt, dass bei gleichen Rohr-längen und gleichen Querschnitten auch identische Durchfl ussmengen und Strömungsverhältnisse herr-schen. Es muss darauf geachtet werden, dass die Stranglängenun-terschiede maximal 10 % betragen.

In den Uponor Erdwärmekörben sind bereits 20 bzw. 25 m Vor- und Rücklauf-Anbindeleitung integ-riert. Sollte dies in Ausnahmefällen nicht genügen, kann mittels Uponor Quick & Easy Verbindungstechnik oder Heizwendelschweißfi ttings die Leitung verlängert werden.

Es ist darauf zu achten, gleichmä-ßig lange Anbindeleitungen zu ver-legen, um unterschiedliche Druck-verhältnisse zu vermeiden. Sollte sich dies dennoch nicht vermeiden lassen, kann mit Hilfe der Flow-meter am Uponor Geothermiever-teiler eine Einregulierung vorge-nommen werden.

Uponor Erdwärmekörbe werden in der Regel in einer Tiefe von 1 bis 4 Metern installiert. Die Einbauzeit beträgt ca. 1 Stunde pro kW Heiz-leistung, d.h. bei einem Einfami lien -haus mit 6 kW ist mit ca. 1 Arbeits-tag zu kalkulieren.

Die Anlieferung der Uponor Erd-wärmekörbe erfolgt mit LKW auf die Baustelle. Durch das geringe Eigengewicht können diese nach

dem Abladevorgang entweder an die Baustelle gerollt oder mit einem Bagger in Position gebracht werden.

Für den Aushub sollte der Bagger je nach Projektumfang mindestens die Größe von 5 – 7,5 Tonnen haben. Falls es die Platzverhältnis-se erlauben, sind größere Geräte zu bevorzugen. Idealerweise dann mit einem Zwei-Meter-Humuslöffel.

Das Wiederverfüllen der Erdwärme-korbgrube kann mit dem zuvor ausgehobenen Material getätigt werden. Es ist darauf zu achten, dass der Aushub bei der Wiederver-füllung der Erdwärmekorbgrube eingeschlämmt wird. Um Setzungen zu vermeiden kann nach den Wie-derfüllen mit Verdichtungsequipe-ment gearbeitet werden. Andern-falls sind Setzungen im Lauf der ersten zwei Jahre möglich.

Einbringung Erdwärmekorb


Der Einbau des Uponor Erdwärme-korbes sollte nach folgenden Schrit-ten vorgenommen werden:1. Aushubtätigkeit2. Setzen des Uponor Erdwärme-

korbes und Wiederverfüllung3. Verteileranbindung4. Druckprüfung5. Anlagenbefüllung6. Abnahme und Dokumentation

der Erdwärmekorbanlage

Mit einem geeigneten Bagger wird zunächst für den ersten zu setzen-den Uponor Erdwärmekorb und Erdwärmekorb XL ein ca. 2,5 x 2,5 m quadratischer Aushub vorge-nommen. Die Aushubtiefe richtet nach der regionalen Frostgrenze. In den meisten Regionen liegt diese

Positionierung der AnbindeleitungenLösen der Anbindeleitungen Fixierung der Rücklaufl eitung

Fixierung der Vorlaufl eitung Aushub der Einbaugrube Einbringen des Erdwärmekorbes

Einschlämmen des Füllmaterials Wiederverfüllung des Uponor Erdwärmekorbes PE-Xa

Fertig installierter und verdichteter Erdwär-mekorb

bei 0,7 – 1,2 m unterhalb der Erd-oberfl äche. Folglich kann man von einer Aushubtiefe zwischen 3,2 – 3,7 m ausgehen. Nachfolgend wird ein Anbindegraben mit 1,2 Meter Tiefe vom ersten Aushub bis zum Verteiler gezogen.

Bevor der Erdwärmekorb in die Gru-be eingelassen werden kann, sollten einige zusätzlich vorbereiten-de Arbeitsgänge getätigt werden.Die im Erdwärmekorb integrierte Anbindeleitung muss aus dem Inne-ren des Erdwärmekorbes gezogen und mit Hilfe von Kabelbindern an den Rohrwindungen befestigt wer-den. Durch diesen Arbeitsschritt wird der „Drall“ aus der Anbindelei-tung genommen. Die spätere Ver-

legung im Anbindegraben wird hier-durch erleichtert. Um eine gleich-mäßige hydraulische Anbindung der einzelnen Körbe am Verteiler zu gewährleisten, werden daher die Anschlussleitungen nicht gekürzt!

Die nachfolgenden Bilder verdeut-lichen dies nochmals.

Nach den Aushubtätigkeiten wird der Erdwärmekorb mit Hilfe eines geeigneten Geräts (Bagger) in die Erdwärmekorbgrube eingelassen und mit dem vorher ausgehobenen Erdreich verfüllt. Wichtig hierbei ist die Einschlämmung mit ausreichend Wasser. Die übrigen Erdwärmekörbe werden nach dem gleichen Prinzip gesetzt.




Wasservolumen [l/m]

32 x 2,9 26,2 0,539

Es ist darauf zu achten, dass die im Vorfeld geplanten Mindestabstände der Erdwärmekörbe untereinander eingehalten werden. Nachfolgend werden Verbindungsgräben zwischen jeweils zwei einzelnen Erdwärme-körben des Korbfeldes auf Niveau Oberkante Erdwärmekorb gezogen. Diese zwei Erdwärmekörbe werden anschließend in Reihe verbunden. Der Uponor Erdwärmekorb XL muss einzeln angebunden werden.

Je nach Installationsvariante werden nun die einzelnen bereits am Erd-wärmekorb integrierten Anbindelei-tungen, die in Reihe zusammenge-schlossenen Erdwärmekörbe oder die verlängerten Anbindeleitungen an den Uponor Geothermie Verteiler angeschlossen. Diese werden mittels Klemmringverschraubungen am Verteiler montiert.

Je nach Volumenstrom der Erdwär-mekorbanlage können die Anbinde-leitungen unterschiedlich groß dimensioniert sein. Dies ist vorher zu berechnen. Die Hauseinführung sollte druckwasserdicht abgedichtet werden. Alternativ kann der Uponor Verteilerschacht zum Einsatz kom-men.

Die Druckprüfung ist nach EN 805 an jedem einzelnen Strang vorzu-nehmen.

Die Erdwärmekorbanlage muss mit einer Frostschutzlösung gemäß VDI 4640 bis mindestens -15°C befüllt werden. Dies entspricht bei Verwendung von Uponor Frost-

schutzmitteln einem Mischungsver-hältnis von 3:1. Die benötigte Sole-menge für den Erdwärmekorb ist den technischen Daten zu entnehmen. Das Frostschutzmittel und das Was-ser müssen in einem ausreichend großen Behälter vermischt werden, bevor der Uponor Erdwärmekorb mit dem Gemisch gefüllt wird!

Nach Fertigstellung des Uponor Erd-wärmekorbfeldes ist zu empfehlen, dass die tatsächliche Lage der Erd-wärmekörbe im Lageplan einge-

zeichnet und nach Strangnummern gekennzeichnet wird. Diese Doku-mentation dient der Zuordnungsmög-lichkeit am Verteiler und dem behörd-lichen Nachweis. Der Verarbeiter ist für die Einhaltung aller gültigen Nor-men und Vorschriften verantwortlich. Eine Abnahme der Anlage hat zu erfolgen.

Beispiel zum richtigen Mischungs-verhältnis:

Wichtig

Das Frostschutzmittel und das Wasser müssen in einem ausreichend großen Behälter vermischt werden, bevor der Uponor Erdwärmekorb mit dem Gemisch befüllt wird!


Für alle Energiekorbanlagen sind die länderspezifi schen Vor-schriften wie die VDI 4640 und Wasserhaushaltsgesetz (D), SIA D 0190, SIA D 0179 und BAFU-Vollzugsrichtlinie (CH) österreichi-sche Wasserrechtsgesetz, Gewerbeordnung und Bauordnung (A) zu beachten.

Wasservolumen pro Rohrdimension

Solevolumen

Uponor Erd-wärme-korb

Uponor Erdwär-mekorb XL

Solevolumen gesamt

84 l 108 l

Mischungsver-hältnis

3:1 3:1

> Frostschutz- mittel

21 l 27 l

> Wasser 64 l 81 l


Uponor Geothermie ErdwärmekorbKonische Bauform, Durchmesser 2,40 m bis 1,40 m.Mit integrierter Anschlussleitung für Vor- und RücklaufAus vernetztes Polyethylenrohr nach Verfahren Engel (PE-Xa). Gefertigt nach DIN 16892/16893. Naturfarbend mit schwarzer PE Außenschicht, UV stabilisiert, mit weißer Kennzeichnung.Für die Installation ohne Sandbett geeignet

Art-Nr. h [m] L [m] DN [mm] Kurztext LE VE ME RG

1058353 2,0 150 32 Uponor Geothermie ErdwärmekorbGeothermie PE-Xa Rohr 32x2,9 mm, 150 m 1 St. T2

1058783 2,7 200 32 Uponor Geothermie Erdwärmekorb XLGeothermie PE-Xa Rohr 32x2,9 mm, 200 m 1 St. T2

Hinweis :Bei der Anlieferung von Erdwärmekörben fallen Frachtkosten an ! Diese werden baustellenbezogen kalkuliert.

Uponor Lieferprogramm Erdwärmekörbe










55150

110

G1 1

/2

>370

>200

166100























Heizkreise 2-5 6-9 10-14 15-19 20









Uponor passive Kühlung Pumpengruppe EPG 6

Pumpengruppe EPG 6 für freie Kühlungfür die hydraulische Trennung und Regelung eines Erdwärmetauschers für freie Kühlung mit Vorlauftemperaturregelung C-46 vormontiert bestehend aus: 3-Wege-Mischventil kvs 7, Motorantrieb, Pumpe Energieeffi zienz-Klasse A (Grundfos alpha2L 25-60), Uponor Vorlauftemperaturregelung C-46 mit integrierter Schnittstelle zu Uponor Raumtemperaturregelung C-56, Wärmetauscher, Befestigungsmaterial, primäre Verbindung Rp1 4.1 (FT), sekundären Kugelhähne mit Thermometer Rp1 (FT) und integrierten Rückschlagventil, Vorlauftemperaturfühler, Außentemperatur-fühler (Montage auf der Baustelle). Zubehör: Uponor Feuchtesensor H-56 (1047846) und Uponor Thermostat T-75 (1046114) und Antenne für C-56 (1000513); oder Controller C-56 (1045565,1045562) mit Feuchtigkeits-sensor H-56 (1047846) und Uponor-Thermostat T-75 (1046114), 1-6 kW,max. 90°, max. 10 bar,Entspricht der EUP-Directive (auch Ökodesign-Richtlinie)Erfüllt die Anforderungen der EU Energie-Effi zienz-Directive für 2013.


1058304 Uponor Pumpengruppe EPG 6 für freie Kühlung 1 St. MZ

Uponor Feuchtefühler H-56Funk-Feuchtefühler mit Batteriealarm- Incl. Batterie und Montageset- Verbindung zu C-46 mit Antenne

Art-Nr. l [mm] b [mm] h [mm] Kurztext LE VE ME RG

1047846 72 72 21 Uponor Feuchtefühler H-56 1 St. MZ

Rp1 1/4 Rp1 1/4

360

580

Rp1 Rp1

125

230

80

Hinweis :Die in der Pumpengruppe EPG 6 verbaute Vorlauftemperaturregelung C-46 hat eine integrierte Schnittstelle zur Uponor DEM Funk Einzelraumregelung (C-56) (Preisliste Flächenheizung, Flächenkühlung)


Energiepfähle


Ein Energiepfahl hat zwei Funktio-nen zu erfüllen:

Die Hauptfunktion ist die Lastabtra-gung in den Baugrund, die Neben-funktion ist die Nutzung als geo-thermischer Wärmeübertrager. Durch die Nutzung des Gründungspfahles als Energiepfahl darf seine Tragfähig-keit nicht beeinträchtigt werden.

Anwendungsgrenzen

Eine Verminderung der Tragfähig-keit des Pfahles (Frostbildung, Quer-schnittsverringerung durch Wärme-tauscherrohre) muss zwingend durch Temperaturbegrenzung und statische Prüfung ausgeschlossen werden. Energiepfahlanlagen sind häufi g Grundlastanlagen. Leistungs-spitzen müssen ggf. mit zusätzlichen Geothermiesystemen abgedeckt werden.

Einfamilienhäuser mit Tiefgründung können, eine meist seltene Anwen-dung, in der Regel durch ihre sehr

gute Dämmung monovalent mit Energiepfählen versorgt werden.

Die Statik des Bauwerks bestimmt die Anordnung und die Anzahl von

Gründungspfählen. Eine Anord-nung von Gründungspfählen nach energetischen Gesichtspunkten ist häufi g unwirtschaftlich (Ausnahme: z.B. kostengünstige Fertigteilramm-pfähle, die teilweise auch als „ver-lorene Pfähle“ eingesetzt werden).


Schematische Darstellung einer Energiepfahlanlage

Vorteile

Sehr geringe zusätzlichen Investitionskosten bei geplanten Pfahlgründungen

Grundlastfähig Einsetzbar bei allen Tiefen-

gründungen Ideale Lösung für Woh-

nungsbau und Nicht-Woh-nungsbau

Tief

e im

Bod

en [

m]

Temperatur (Tiefe) [°C]Im Mittel steigtdie Bodentemperatur alle 33 m um 1 °C an.

0 205 10 1520

0

15

10

5



Uponor Energiepfahl Einbautiefe: ca. 10 - 30 m


Eine Energiepfahlanlage sollte möglichst als Wechselspeicher (saiso-nal wechselnder Heiz- und Kühl-betrieb) betrieben werden. Dadurch wird eine optimale spezifi sche Ent-zugsleistung sowohl für die Wärme- als auch für die Kältegewinnung erreicht. Das Temperaturregime der Energiepfahlanlage kann nachhal-

Einfüllrohrleitung zur Betonierung

Betoniervorgang der Ortbetonpfähle

Überwachung der Pfahlherstellung

Einbringen der Armierungskörbe

tig stabil gestaltet werden. Bei langjährig nahezu ausgeglichener Wärmebilanz ist die gegenseitige thermische Beeinfl ussung von benachbarten Energiepfählen zu -einander minimiert.

Erfahrungsgemäß ist bei mittleren und großen Energiepfahlanlagen

der Grundlastbetrieb der wirtschaft-lichste. Dabei ist ein optimales Ver-hältnis von Leistung und Arbeit im Rahmen der Bemessung anzustreben und festzulegen. Für die Wirtschaft-lichkeit der Energiepfahlanlage zählt im Wesentlichen die verrichtete Heiz- bzw. Kühlarbeit.


Gründungspfähle

Gründungspfähle werden nach der Art der Herstellung und der Installa-tion unterschieden.

Art der Herstellung:

Vorgefertigter PfahlPfahl wird vor der Einbringung in den Boden als Ganzes oder in Teilen fertig hergestellt.

Massive Betonpfähle Hohle Schleuderbetonpfähle Stahlrohre

OrtbetonpfahlPfahl wird vor Ort im Boden durch Füllen eines zylindrischen Hohl-raums mit Beton hergestellt.

Art der Installation

Ramm- und PresspfahlPfahl wird durch Rammen oder unter statischen Druck in den Boden eingepresst.

BohrpfahlPfahl wird in ein vorab erstelltes Bohrloch installiert. Die Her stel-lung der Bohrlöcher kann nach verschiedenen Bohrverfahren erfolgen.

Bohrverfahren

Kelly-VerfahrenMit dem Kelly-Verfahren werden unverrohrte, teilverrohrte, vollverrohrte oder suspensions-gestützte Bohrpfähle herge-stellt. An einer teleskopierbaren Kellystange ist das Bohrwerkzeug befestigt, mit dem der Boden schrittweise ausgebohrt wird. Bei Verwendung einer Vollverroh-rung werden Bohrrohre auf die erforderliche Tiefe in den Boden eingedreht und bis zum Erreichen der Endteufe ausgebohrt.

Kelly-Verfahren mit Fuß -auf weitungPfahlfußaufweitungen beruhen auf dem Prinzip der rotations-symmetrischen Querschnitts-erweiterung am Fußende einer Pfahlbohrung. Durch die Vergrö-ßerung der Pfahlaufstandsfl ä-che im Bereich des tragfähigen Bodens wird die äußere Tragfä-higkeit des Bohrpfahls erhöht. Das Aufweitungsmaß wird unter Berücksichtigung des anstehen-den Bodens und der geometri-schen Grenzkriterien nach stati-schen Erfordernissen festgelegt. Eine weitere Möglichkeit die Tragfähigkeit zu erhöhen, ist die Mantelverpressung. Bei diesem

Verfahren wird die Mantelreibung des Bohrpfahls durch Verpressen mit Zementsuspension erhöht.

SOB-Verfahren Das Schneckenortbeton (SOB)-Verfahren ist ein Drehbohrver-fahren, welches eine hohe Bohr-leistung in standfesten Böden ermöglicht. Bei diesem Verfahren wird eine Endlosschnecke als Bohrwerkzeug verwendet. Nach Erreichen der Endteufe wird durch das Seelenrohr der Hohl-schnecke von unten nach oben betoniert.

DKS-Verfahren Das Doppelkopfsystem (DKS) ist die Verknüpfung des SOB-Verfahrens mit durchgehen-der Bohrschnecke und dem Kelly-Verfahren mit Verrohrung. Das Ergebnis ist eine verrohrte Bohrung hergestellt mit einer Endlosschnecke.

VDW-Verfahren Das Vor-der-Wand-Verfahren entwickelte sich aus dem Bedürfnis, bei innerstädtischen Baumaßnahmen unmittelbar vor bestehenden Gebäuden neue Bauwerke erstellen zu können. Das Herstellungsprinzip ent-spricht dem des DKS-Verfahrens, es wird jedoch mit kleineren Durchmessern gearbeitet.

Herstellung eines Bohrpfahls Fertig betonierter Bohrpfahl


Gründungspfahltypen

Bohrpfähle (Hohlpfähle)Bohrpfähle (Hohlpfähle) sind runde Pfähle aus Beton, die durch ver-schiedene Bohrverfahren in den Boden eingebracht werden. Sie lei-ten hohe Bauwerkslasten in tiefer liegende, tragfähige Böden ab, bil-den aneinander gereiht eine stüt-zende Wand für eine Baugrube oder einen Geländesprung, beseitigen Hindernisse im Untergrund oder sperren unterirdisch Grundwasser ab. Entsprechend dem Nutzungszweck können Länge, Durchmesser, Mate-rial, Ausbildung und Anordnung der einzelnen Pfähle variiert werden.

Eine Sonderform der Bohrpfähle sind Mikropfähle. Diese sind Gründungs-elemente bis 300 mm Durchmesser, mit deren Hilfe Lasten über Mantel-reibung in tiefer liegende, tragfähige Bodenschichten abgetragen werden. Die Besonderheit des Mikropfahls besteht u.a. darin, dass bei kleinem Durchmesser durch gezielte Ver-presstechniken ein hohes Tragverhal-ten erreicht wird.

Durch eine Vielzahl von Gerätevaria-tionen sind auch unter beengten Verhältnissen hochproduktive Ver-fahren zur Herstellung von Klein-bohrpfählen möglich.

Gebäude, welche durch ungleichmä-ßige Setzungen geschädigt sind, können durch vorspannbare Mikro-pfähle stabilisiert und/oder gehoben werden. Mikropfähle können, den jeweiligen Bodenverhältnissen ange-passt, mit einer Vielzahl von Bohr-verfahren hergestellt werden. Die Bohrpfähle werden mit durchgehen-der Bewehrung versehen, welche Zug- bzw. Druck oder Wechsellasten aufnehmen.

Die Kraftübertragung zum umge-benden Baugrund wird durch Verfül-len oder Verpressen des Bohrlochs mit Zementmörtel (mit oder ohne Stützkorn) erreicht. Zur Erhöhung der Mantelreibung/Lastabtrag wird der Pfahl im Bereich der Krafteinlei-tungslänge nachverpresst.

HohlbetonrammpfähleDer Hohlbetonrammpfahl stellt eine äußerst wirtschaftliche und tech-nisch einwandfreie Alternative zu konventionellen Gründungssystemen dar. Der duktile Rammpfahl ist ein schnelles, fl exibles und einfaches Gründungssystem, bei welchem duk-tile Schleudergussrohre und nach Längenbedarf zusätzlich mit Rohr-segmenten, die mit Muffenverbin-dungen ineinander gesteckt sind, in den Baugrund zur Abtragung von Lasten eingeschlagen werden.

Der Pfahl wird je nach Bodenbe-schaffenheit als Aufstandspfahl oder als mantelverpresster Pfahl herge-stellt. Je nach Höhe der abzutragen-den Lasten stehen für die Pfahlher-stellung verschiedene Rohrdurch-messer mit entsprechenden Wand-stärken zur Verfügung. Durch den Einsatz leichter und wendiger Hyd-raulikbagger ist auch die Ausführung kleinerer Baumaßnahmen unter beengten Platzverhältnissen mög-lich. Die Pfähle werden auf der Bau-stelle mit Hilfe eines Schnellschlag-hydraulikhammers nahezu erschütte-rungsfrei eingebaut.

StahlbetonpresspfähleDer Stahlbetonpresspfahl ist ein aus Abschnitten zusammengesetz-ter Pfahl, der mit einer Hydraulik-anlage in den Boden eingepresst wird. Dazu wird der erforderliche Gegendruck einem vorhandenen Gebäude oder einer Ballastanlage

entnommen. Der Pfahl wird aus auf-einander gestellten Stahlbetonab-schnitten zusammengesetzt. Durch den hohlen Pfahlkern kann Erde aus dem Pfahl gelöst werden, um den Pfahl auf die gewünschte Tiefe niederzubringen, ohne, dass ein großer Gegendruck erforderlich wäre. Wenn der Pfahl die Endtiefe erreicht hat, wird mittels Einstamp-fen von Blechdosen, die mit einer trockenen Mörtelmischung gefüllt werden, unter dem Pfahl eine Fuß-verbreiterung gebildet. Der Pfahl-kern wird mit Beton gefüllt. Dieses Verfahren ist nahezu erschütte-rungsfrei.

Da die Arbeiten mit leichten, zerleg-baren Geräten ausgeführt werden, eignet sich dieses System insbeson-dere für komplizierte Arbeitsum-stände und Arbeiten in sehr kleinen Räumen.

Der Stahlbeton-Presspfahl wird vor allem für die Ausbesserung von Gründungen eingesetzt. Der erfor-derliche Gegendruck wird dabei meistens dem Gebäude selber über einer Ortbetondecke entnommen. Es werden in diesen Betonboden Anker einbetoniert und Aussparun-gen freigelassen, durch die die Pfähle eingepresst werden. Dieses Verfahren wird in der Abbildung weiter oben dargestellt. Es ermög-licht eine Befestigung der Pfähle an den Betonboden unter einer vor-her eingestellten Vorspannung.

Der Einsatz dieses Pfahls empfi ehlt sich für Arbeitshöhen ab 0,8 m. Ein Stahlbeton-Presspfahl kann somit unter einer vorhandenen Gründung eingepresst werden, wobei der Gegendruck dieser Grün-dung entnommen wird.


FertigbetonpfähleFertigbetonpfähle werden mit kreis-runden oder im viereckigen Quer-schnitt ohne Hohlraum hergestellt. Sie leiten hohe Bauwerkslasten in tieferliegende, tragfähige Böden über Mantelreibung und Lastabtrag ab und werden dafür mit durchge-hender Bewehrung versehen.

FertigbetonrammpfahlDer Fertigbetonrammpfahl stellt ebenfalls eine äußerst wirtschaft-liche und technisch einwandfreie Alternative zu konventionellen Gründungssystemen dar.

Die vorgefertigten Vollwandpfähle werden auf der Baustelle mit Hilfe eines Schnellschlaghydraulikham-mers nahezu erschütterungsfrei eingebaut.

Je nach Untergrund kann es sein, dass die ursprünglich geplante Plat-zierungstiefe nicht erreicht wird und der Pfahl eingekürzt werden muss. Im Falle eine Aktivierung mit Rohr-schlaufen birgt die Entfernung des überstehenden Betons, Gefahren bezüglich Beschädigung der Wär-metauscherrohre.

OrtbetonpfähleBeim Großbohrpfahl wird die Erde nicht verdrängt, sondern ein unten offenes Stahlrohr in die Erde gebohrt. Die Erde wird dann ent-fernt und es wird eine innenliegen-de Stahlbewehrung eingebracht und mit Ortbeton verfüllt. Das Stahlrohr wird wieder herausge-

zogen. Diese Art Ortbetonpfahl wird für die statisch anspruchsvolls-ten Gründungen wie Hochhäuser verwendet.

SchlitzwändeSchlitzwände sind im Boden herge-stellte Wände aus so genanntem Ortbeton die bis in große Tiefen reichen können. Die Herstellung der Wände – Dicke nach statischer Erfordernis und eingesetzter Gerä-tetechnik – erfolgt mit geräusch- und erschütterungsarmen Verfah-ren.

Schlitzwände sind besonders ver-formungsarm und werden daher insbesondere im innerstädtischen Tiefbau als Baugrubenumschlie-ßung verwendet. Aufgrund ihrer relativ hohen Wasserdichtigkeit

eignen sie sich auch als Außenwand des späteren Bauwerks. In Sonder-fällen werden einzelne Schlitzwand- elemente auch zur Tiefgründung eingesetzt. Dichtwände werden zur Abdichtung von Stauseen und Gewässern und zur Umschließung von Mülldeponien, Tanklagern oder sonstigen industriellen Anla-gen verwendet, von denen eine Gefährdung des Grundwassers aus-gehen kann.

Mittels Spezialgreifer oder -fräsen wird der Baugrund schlitzförmig in die Tiefe erschlossen, wobei der entstandene Schlitz durch eine Stützfl üssigkeit kontinuierlich ge-sichert wird.

Ortbetonschlitzwand Nach dem Erreichen der ge-wünschten Wandtiefe wird die Stützfl üssigkeit in der Regel durch bewehrten Beton ersetzt, sodass sowohl statisch wirksame als auch grundwasserrückhal-tende Wände erstellt werden können.

Einphasendichtwände Einphasendichtwände sind Schlitzwände aus einer selbst-erhärtenden Suspension, die in einem im Baugrund ausgehobe-nen Schlitz hergestellt werden.

Die selbsterhärtende Suspension wird hierbei gleich als Stütz-suspension verwendet. Abdich-tungselemente wie Membranen oder Spundwände können zusätzlich eingebaut werden.

Einbringen des Stahlarmierungskorbes in das Bohrloch


WP UP

Aushub einer Baugrube und Erstellung eines Rammplanums

Rammen und kuppeln der Hohl-pfähle

Abtrennen der vorstehenden Hohl-pfähle. Kontrolle des Hohlraums und Messen der effektiven Hohlraum-länge mit dem Messband

Einsetzen der Doppel-U-Sonden und anschließendes Hinterfüllen des Hohlraums

Verlegen und Montieren der horizon-talen Anbindeleitungen mit Anschluss an die Verteileranschlussgruppe,Druckprobe des ganzen Systems, Betonieren der Fundamentplatte.

Fertigstellen des Rohbaus und Montage von Umwälzpumpe (UP) und Wärmepumpe (WP)

Bohrpfähle (Hohlpfähle)Hohlbetonramm- und Presspfähle werden erst nach dem Einbringen in das Erdreich mit den Kollektor-rohren bestückt. Darin besteht auch ein großer Vorteil dieser Hohlbetonpfähle; die Kollektor-rohre können der tatsächlichen Einbringtiefe im Vorfeld angepasst werden und die Gefahr von Beschädigung der Kollektorrohre kann durch vorhergehende

Inspektion des Pfahlhohlraums minimiert werden.

Ähnlich wie bei Erdsonden werden zwei Rohrschlaufen versenkt und mit einer Hinterfüllung aufgefüllt. Bei engen Biegeradien der Rohr-schlaufen empfi ehlt sich der Einsatz von anschweißbaren U-Bögen oder alternativ können direkt auch Erd-sonden eingebracht werden. Bei der Hinterfüllung ist darauf zu achten,

Aktivierung von Gründungspfählen

dass die Verfüllung eine hohe Wärme-leitfähigkeit aufweist, einen guten Kontakt zu den Materialien unter unterschiedlichen Umgebungsbedin-gungen aufweist und sich ohne Hohlräume einbringen lässt.

Die Vor- und Rückläufe eines jewei-ligen Energiepfahls können über Ypsi-lon oder T-Formstücke gebündelt werden und mit weiteren Pfählen in Gruppen zusammengeführt werden.

Einbau thermisch aktivierter Hohl-pfähle


FertigbetonrammpfähleFertigbetonrammpfähle werden bereits im Werk mit den jeweiligen Kollektorrohren bestückt.

Hierzu werden an der Innenseite des Armierungskorbes die Kollektor-rohre fi xiert und der Pfahl durch Betonierung hergestellt. Die Rohr-schlaufenzahl orientiert sich hierbei an der Pfahlform und dem Pfahl-durchmesser.

Eine Aussparung für die Anschluss-leitungen am unteren Ende des Pfahls ist vorzusehen. Die Rohren-

den werden dort aus dem Pfahl _herausgeleitet, so dass sie nach dem Einbau entsprechend herausragen. Beim Einbau sollte die Richtung der

Einbau thermisch aktivierter Fertig-betonpfähle

Aushub einer Baugrube Erstellung eines Rammplanums Rammen der Fertigbetonfähle

Entfernen der Schutzummantelung und Installieren der 90° Winkel

Verlegen und Montieren der horizon-talen Anbindeleitungen mit Anschluss an die Verteileranschlussgruppe,Druckprobe des ganzen Systems,Betonieren der Fundamentplatte

Fertigstellen des Rohbaus undMontage von Umwälzpumpe (UP)und Wärmepumpe (WP)

WP UP

herausragenden Rohrenden so gewählt werden, dass die Anbinde-leitung nicht um den Pfahl herum-geführt werden muss.

Je nach Untergrund kann es sein, dass die ursprünglich geplante Plat-zierungstiefe nicht erreicht wird und der Pfahl eingekürzt werden muss. Im Falle einer Aktivierung mit Rohr-schlaufen birgt die Entfernung des

überstehenden Betons Gefahren bezüglich Beschädigung der Wär-metauscherrohre.

Vorteilhaft bei der Nutzung von Fertigbetonpfählen ist, dass die Belegung und die Druckprüfung am Werk durchgeführt werden und Beschädigungen der Wärmetau-scherrohre durch die Betonierung des Pfahls auf der Baustelle aus-geschlossen sind.


OrtbetonpfähleBei Pfählen, welche im Ortbeton-verfahren hergestellt werden, wird der Armierungskorb vor dessen Ein-bringung in das zuvor hergestellte Bohrloch mit den Kollektorrohren bestückt. Die Kollektorrohre wer-

den üblicherweise an der Innenseite der Armierungskörbe angebracht, um eine Beschädigung der Rohre beim Einbringen des Armierungs-korbes zu verhindern. Die Kollek-torrohre werden dabei vertikal endlos spiralförmig an der Armie-

rungskorbwand oder über Kreuz am Pfahlfuß oder in einzelnen Rohr-schlaufen mit Umlenkung (Omega-bogen) an der Armierungskorb-wand oder über Kreuz am Pfahlfuß im Armierungskorb durch z.B. Kabelbinder befestigt.

Einbringen der PE-Xa Rohrschlaufen Ablängen der eingebrachten Rohrschlaufen Fixierung der Rohrschlaufen

Lagerung bereits belegter Armierungskörbe Anbindeleitungen aus Uponor Geothermie PE-Xa Rohren

In die Armierungs-körbe eingebrachte Rohrschlaufen


Durchmes-ser Pfahl

Anzahl von vertikalen Rohren

20 – 70 cm 4 – 6 U-Bogen oder mit angeschweißten U-Bogen im Fußbe-reich

75 – 80 cm 4 – 6 mit Omega-bogen im Fußbereich

90 – 120 cm 6 – 8

130 – 180 cm 8 – 12

Einbau- und Installationsvarianten

Installation mäanderförmig Installation paralleler Rohr-schlaufen

Installation der Rohrschlaufen über Kreuz

Installation spiralförmig

Dabei sind besonders bei kleinen Pfahldurchmessern die Biegeradien zu beachten. Bei engen Biegeradien ist die Verwendung von Rohrfüh-rungsbogen zu empfehlen oder der Einsatz von anschweißbaren U-Bögen.

Bei kurzen Pfahllängen ist eine schlangenförmige Verlegung im Pfahl mit einer Vor- und Rücklauf-leitung direkt zum Verteiler mög-lich. Die Anzahl der einzubringen-den Rohrschlaufen richtet sich nach dem Durchmesser des Armie-rungskorbes. Richtwerte sind:

Die Vor- und Rückläufe eines jeweiligen Energiepfahls können über einen Pfahlkopfverteiler, über Ypsilon oder T-Formstücke gebündelt werden und mit weite-ren Pfählen in Gruppen zusam-mengeführt werden. Bei unter-schiedlichen Bauniveaus sind die Rohrenden am Pfahlkopf z.B. mit Schutzrohren oder Rohrisolie-rung min. über die Länge des nach Herstellung des Pfahls wieder zu entfernden Betons zu versehen. Alle Rohr enden sind gegen den Eintrag von Schmutz entsprechend zu verschließen.

Grundsätzlich ist bei der Einbrin-gung von Bauteilen in den Grün-dungspfahl aus Beton immer die mögliche statische Schwächung zu berücksichtigen.

Um ein Beschädigen der Kollektor-rohre zu verhindern, ist der Pfahl mit einem Verfüllrohr zu betonieren

(Kontraktorverfahren). Beim Ver-füllen ist darauf zu achten, dass der Kontraktorschlauch die Rohr-leitungen nicht beschädigt. Zur Verdichtung des Betons dürfen keine Rüttler eingesetzt werden. Wird der Pfahl im Schüttverfahren betoniert, hat an dieser Stelle ein allgemeiner Hinweis an den Tiefbauer zu erfolgen.


Erstellung der Bohrlöcher durchBohren mit Schnecke undEinrammen von Bohrrohren

Einführen der Bewehrung mitRohrregistern

Verfüllen der Bohrrohre mit Betonim Kontraktorverfahren und gleich-zeitiges Ziehen der Bohrrohre

Entfernen der Schutzummantelung und Installieren der 90° Winkel

Verlegen und Montieren der horizon-talen Anbindeleitungen mit Anschluss an die Verteileranschlussgruppe,Druckprobe des ganzen Systems,Betonieren der Fundamentplatte

Fertigstellen des Rohbaus undMontage von Umwälzpumpe (UP)und Wärmepumpe (WP)

WP UP

Einbau thermisch aktivierter Ortbetonpfähle

SchlitzwändeBei Schlitzwänden, die vor Ort her-gestellt werden, müssen die Armie-rungskörbe vor Einbringung mit den Kollektorrohren bestückt werden. Die Kollektorrohre werden üblicher-weise an der Innenseite der Armie-

rungskörbe angebracht, um eine Beschädigung der Rohre beim Ein-bringen des Armierungskorbes zu verhindern.

Übliche Gründungspfahllängen be-tragen ca. 10 – 30 m. Die Tempera-

turen in der obersten Erdschicht vari-ieren mit den Jahreszeiten. Sobald aber die Frostgrenze unterschritten wird, werden diese Schwankungen deutlich geringer. Ab einer Tiefe von ca. 15 m hat das Erdreich eine weit-gehende konstante Temperatur.


Die Dimensionierung von Energie-pfählen ist von der jährlichen Betriebsstundenzahl der Wärme-pumpenanlage und der Ausführung der Betonpfähle sowie der gegen-seitigen Beeinfl ussung der Energie-pfähle abhängig.

Je geringer der thermische Wider-stand R

E des Energiepfahls, desto

höher die Wärmeübertragung. Der thermische Widerstand gibt den Temperaturverlust beim Übergang der Wärme aus dem Untergrund auf das Wärmeträgermedium (Sole) an. Entscheidende Kriterien für den thermischen Widerstand sind der Bohrpfahldurchmesser, die Wär-meleitfähigkeit des Pfahlmaterials und die Art des Energiepfahls.

Ein geringerer Pfahldurchmesser ver-ringert den thermischen Wider-stand. Höhere Wärmeleitfähigkeiten des Pfahlmaterials vermindern den Wärmeverlust beim Wärmeübergang bzw. verringern den thermischen Widerstand.

Der thermische Widerstand des Energiepfahls R

E setzt sich somit

aus den Übergangswiderständen einzelner Elemente sowie den spe-zifi schen Materialwiderständen zusammen.

Übergangswiderstände:Erdreich < > Pfahlmaterial < > Rohr < > Wärmeträgermedium (Sole)

Materialwiderstände:

Auslegung von Energiepfählen

Die Kälteleistung entspricht dem aus der Umgebung entzogenen Leistungsanteil der Wärmepumpe und stellt die Differenz der Heiz-leistung Q

H und der elektrischen

Leistungsaufnahme Pel dar.

Rc Wärmeübergangskoeffi zient Wärmeträgermedium/Rohr

RS Wärmeübergangskoeffi zient Rohrschleifen

RP Wärmeübergangskoeffi zient Pfahlmaterial

Die erforderliche Länge der Rohr-schlaufe L richtet sich nach der spe-zifi schen Entzugsleistung q

E des

Untergrunds und der Kälteleistung Q

O der Sole/Wasser-Wärmepumpe.

Bei der Dimensionierung der Anbindeleitungen der Energiepfäh-le ist auf geringe Druckverluste – wichtig erhöhte Zähigkeit der Sole gegenüber Medium Wasser – zu achten, da die Pumpenleistung die Jahresarbeitszahl β der Wärme-

Untergrund Spezifi sche Entzugsleistung qE pro m

Pfahltiefe für Heizleistungen bis 30 kW

1800 h/a 2400 h/a

Schlechter Untergrund, trockenes Sediment

25 W/m 20 W/m

Normales Festgestein Untergrund und wasser gesättigtes Sediment

60 W/m 50 W/m

Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit

84 W/m 70 W/m

Bei längeren Laufzeiten ist neben der spez. Entzugsleistung auch die spez. jährliche Entzugsarbeit zu berücksichtigen.

Quelle VDI 4640

Spezifi sche Entzugsleistung pro Meter Pfahltiefe

RE = R

c + R

R + R

P[W/(m²K)]

L = Q

O

qE

[m]

QO = Q

H + P

el [W]


pumpenanlage verringert. Die Strö-mungsgeschwindigkeit sollte maxi-mal 1 m/s betragen. Die Strö-mungsgeschwindigkeit in den Ener-giepfählen sollte turbulent sein, da turbulente Strömung den Wärme -übergang vom Rohr auf die Sole verbessert und somit sich die Sole-temperatur erhöht.


G und




G und zur Brauch- bzw.

Warmwasserbereitung Qww


schlaufen zurück gegriffen, so erhöhen sich die Betriebsstunden der Wärmepumpe. Dies bedeutet, der Energiepfahl wird mehr belastet bzw. eine größere Entzugsarbeit entsteht. Zur Kompensation der Betriebsstundenerhöhung muss dann die Rohrschleifenlänge ver-größert werden und ein erhöhter Stromverbrauch ist die Folge.

Für die Auslegung einer Energie-pfahlanlage ist die Kenntnis der thermischen Eigenschaften des Untergrundes von wesentlicher Bedeutung. Die Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit aus ungestörten Proben von Bohrkernen einer Pro-bebohrung ist prinzipiell möglich, jedoch eine sehr aufwendige Methode, die nur im Labor durch-zuführen ist.

Die Auslegung von Energiepfahl-anlagen mit entsprechenden Simula-tionsprogrammen setzt die Infor-mation der effektiven thermischen Leitfähigkeit über die gesamte Bohrlochlänge voraus. Diese Infor-mation wird in der Praxis durch

den Thermal Response Test (TRT) direkt vor Ort am Standort ermit-telt.

Thermal Response TestDer Thermal Response Test wird an einem bereits fertig erstelltem Energiepfahl durchgeführt. Dem Energiepfahl wird dabei eine konstante thermische Leistung zugeführt und entzogen und die Auswertung erfolgt über die Kelvin`sche Liniequellentheorie. Das Ergebnis stellt die geologi-schen Verhältnisse am Standort exakt über die gesamte Energie-pfahllänge und unter typischen Betriebsbedingungen inklusive den Einfl uss eines möglichen vorhande-nen Grundwasserfl usses dar.

Aufgrund der komplexen geolo-gischen und hydrogeologischen Zusammenhänge der Energie-pfahldimensionierung sowie der speziellen technischen Kenntnis-sen sind Planung, Simulation und Ausführung von Energiepfahlan-lagen nur von Fachunternehmen durchzuführen.

QWP

= (QG + Q

WW) · Z [W]

Wird bei der Wahl der Wärmepum-pe auf ein Modell mit geringerer Heizleistung bzw. kürzeren Rohr-


Energiepfahlanlagen sollten immer als alternierende Wärme- und Käl-tetauscher betrieben werden. Durch die überbaute Erdreichfl äche ist eine natürliche Wärmezufuhr nicht im ausreichenden Maße gegeben und somit würde über eine mehr-jährige Nutzung das Temperatur-niveau im relevanten Erdreich absinken und unter die eigentliche Nutzungsgrenze fallen. Dabei sollte im Heizbetrieb das Temperaturni-veau so niedrig wie möglich (< 35 °C) und im Kühlbetrieb so hoch wie möglich (> 16 … 18 °C) sein.

Alle Energiepfähle inkl. deren Anbindeleitungen sollten von glei-cher Länge sein und nach dem Tichelmann-Prinzip über Vor- und Rücklaufverteiler mit Sammelleitun-gen an eine Wärmepumpe ange-schlossen werden.

Bei der Verlegung im Tichelmann-Prinzip wird die benötigte Energie-pfahllänge für die entsprechende Entzugsleistung in parallel geschal-tete Energiepfähle aufgeteilt. In Bezug auf den Druckverlust ist somit der Volumenstrom der ein-zelnen Energiepfähle, die Rohrlän-gen und Rohrdurchmesser zu beachten.

Ist die Installation gleichlanger Energiepfähle inkl. Anbindeleitun-gen nicht gegeben, so hat ein hydraulischer Abgleich mit Einregu-lierventilen zur Wahrung gleicher Druckverluste je Rohrschlaufe stattzufi nden.

Die Vor- und Rückläufe eines jewei-ligen Energiepfahls können über einen Pfahlkopfverteiler, über Ypsi-lon oder T-Formstücke gebündelt


werden und mit weiteren Pfählen in Gruppen zusammengeführt wer-den.

Der Anschluss an die horizontale Anbindeleitung fi ndet am Pfahlkopf statt. Die Rohrenden werden dabei so aus dem Pfahlkopf herausgelei-tet, dass die Anbindeleitungen nicht um den Pfahl gelegt werden müs-sen. Mit 90° Formstücken werden die vertikalen Rohrleitungen aus dem Bohrpfahl so an die horizonta-len Leitungen angebunden, dass sich keine Luftsäcke in diesem Bereich bilden können.

Die Verlegung der Anbindeleitun-gen hat mit minimaler Steigung zum Verteiler zu erfolgen, damit eine Entlüftung ermöglicht wird. Diese erfolgt vorzugsweise horizontal in der Sauberkeitsschicht bzw. in

AusgangslageTemperatur des Untergrundes

ca. 8-12°C

SommerGebäudekühlungUntergrund dient als Wärmesenke

HerbstWärrmespeicherung

im Untergrundbei ca. 12-16°C

WinterGebäudeheizungUntergrund dient als Wärmequelle

FrühlingKältespeicherung

im Untergrundbei ca. 4-8°C

Energiepfähle: Thermische Nutzung des Untergrundes


einem Sandbett – bei PE-Xa ohne Sandbett möglich – unter der Fun-damentplatte bis zum jeweiligen Verteiler.

Es ist darauf zu achten, dass die Anbindeleitungen nicht im direkten Kontakt zueinander liegen, um kei-nen thermischen Kurzschluss zwi-schen den Vor- und Rückläufen zu bewirken. Idealerweise sollte die Rücklaufanbindungen als gedämm-te Rohrvariante z.B. mit Uponor Ecofl ex Thermo Mini ausgeführt werden.

Die Anbindeleitungen können ent-weder einzeln (parallel) oder in Sammelsträngen (seriell) zum jewei-ligen Verteiler geführt werden. Die Verbindung jedes einzelnen Pfahles mit dem jeweiligen Verteiler hat den Vorteil, dass bei Ausfall eines Pfahles auch nur dessen Leistung verloren geht.

Alle Verteiler und Armaturen sollten außerhalb der Gebäude regen-wassergeschützt in zugänglichen Schächten installiert werden. Alle

Uponor Ecofl ex Thermo Mini

Energiepfähle sollten an den Ver-teilern durch Kugelhähne eine Absperrmöglichkeit aufweisen. Die Anbindeleitungen sind spannungs-frei an die Verteiler anzuschließen.

Die gegenseitige Beeinfl ussung der Energiepfähle ist zu beachten. Die Anzahl und Anordnung der Energiepfähle nach energetischen Gesichtspunkten ist in der Regel nicht möglich und wird über die statischen Voraussetzungen des Gebäudes defi niert. Eine Möglich-keit der Beeinfl ussung sind soge-nannte „verlorene Pfähle“, d.h. diese werden nicht geothermisch aktiviert oder ohne statische An -forderung zusätzlich als Energie-pfähle installiert.

Wichtig

Aus statischen Gesichtspunk-ten sind die Temperaturlimits der eingesetzten Sole (min. > 0 °C/max. 25 – 30 °C) zu berücksichtigen.

Auf der Baustelle hergestellte, im Betrieb nicht zugängliche Rohrver-bindungen sind durch wartungsfreie Verbindungstechnik z.B. Uponor Quick & Easy oder Heizwendelform-teile herzustellen.

Alle Anbindeleitungen im Bereich der Mauerdurchführung sowie alle im Haus installierten soleführende Rohre müssen nach DIN 4140-2 kältetech-nisch (wasserdampfdiffusionsdichte Dämmung) gedämmt werden, um Kondenswasserbildung zu vermeiden.

Um ein Einfrieren der Wärmetau-scherrohre, Anbindeleitungen und des Verdampfers zu vermeiden, wird die Wärmepumpenanlage mit Sole – in der Regel einem Gemisch aus Wasser und Glykol (Wärmeträgermedium) gefüllt.

Abdrücken der einzelnen Energiepfahlinstallationen Anbindung der Energiepfähle mit Uponor PE-Xa Rohren


Bettung der Anbindeleitungen. Vorlauf ungedämmt – Rücklauf gedämmt.


Für alle Energiepfahlanlagen sind die länderspezifi schen Vor-schriften wie die VDI 4640 und Wasserhaushaltsgesetz (D), SIA D 0190, SIA D 0179 und BAFU-Vollzugsrichtlinie (CH) österreichi-sche Wasserrechtsgesetz, Gewerbeordnung und Bauordnung (A) und zu beachten.



Wasservolumen [l/m]

20 x 2,0 16,0 0,201

25 x 2,3 20,4 0,327

32 x 2,9 26,2 0,539

40 x 3,7 32,6 0,835

50 x 4,6 40,8 1,307

63 x 5,8 51,4 2,075

75 x 6,8 61,4 2,961

90 x 8,2 73,6 4,254

110 x 10,0 90,0 6,362

125 x 11,4 102,2 8,203


Versorgungs-leitung


Bet

tung

min

. 30

cm. S

and,

be

i vor

gedä

mm

ten

Roh

rsys

tem

en

PE-X

a oh

ne S

andb

ett

mög

lich

min

. 70

cm 120

- 15

0 cm


Wichtig

Das Frostschutzmittel und das Wasser müssen in einem ausreichend großen Behälter vermischt werden, bevor der Uponor Energiepfahl mit dem Gemisch befüllt wird!

Wärmeträgermedien für Wärmetau-scherrohre und Anbindeleitungen sind grundsätzlich so zu wählen, dass im Fall einer Leckage eine Grundwasser- und Bodenverschmut-zung vermieden oder möglichst gering gehalten wird. Es sind Subs-tanzen zu wählen, die möglichst ungiftig oder bei organischen Subs-tanzen biologisch abbaubar sind – VDI 4640.

Für die Befüllung sind an geeigneter Stelle entsprechende Füll- und Ent-leerungseinrichtungen vorzusehen. Um eine Überfüllung zu vermeiden, ist die Wärmepumpenanlage mit einem entsprechenden Sicherheits-ventil auszuführen.

Der Anteil an Glykol liegt im Regel-fall bei 25 – 30 %. Dadurch sind die Druckverluste der Kollektorrohre um 1,5 – 1,7 größer; dies ist bei der Pumpendimensionierung entspre-chend zu beachten.

Die Druckprüfung hat nach EN 805 zu erfolgen. In Abhängigkeit von der eingesetzten Rohrart sind die Anbin-

deleitungen in einem entsprechen-dem Sandbett zu verlegen. Einzig bei PE-Xa Rohren kann durch seine Beständigkeit gegen langsames und schnelles Risswachstum auf eine Sandbettung verzichtet werden.

Die Fixierung der Anbindeleitungen in Bezug auf Höhenlage und Rohr-abstand kann mittels Erdnägeln, oder durch Aufknüpfen der Rohre auf Bewehrungsmatten erfolgen.




1058045 20 2 Uponor Geothermie PE-Xa Rohr 20SDR11, 20x2,0mm, Fixlänge - m T1













Uponor Verbindungstechnik

Uponor Heizwendelschweiß U-BogenHeizwendelschweißformstück aus PE100 schwarz zur Verbindung von Uponor PE-Xa Geothermie Rohren

Art-Nr. d [mm] Kurztext LE VE ME RG

1058345 25 Uponor Heizwendelschweiß U-Bogen 25für Geothermie PE-Xa Rohr 25x2,3 mm 1 Set T3

Systemkomponenten





Uponor Lieferprogramm Energiepfähle


Systemkomponenten

Uponor Rohrkappenfür Uponor PE-Xa Rohre


1058490 20 Uponor Rohrkappe 20für PE-Xa Rohr 20x2,0 mm 20 St. T3





Uponor Geothermie AbdrückgarniturFür die Druckprüfung Uponor Geothermie PE-Xa Rohre nach EN 805.Klemmringverschraubung aus Messing. Inklusive Uponor Abdrückventil.


1058351 20 Uponor Geothermie Abdrückgarniturfür PE-Xa Rohre 20 x 2,0 mm 10 St. T3

1058352 25 Uponor Geothermie Abdrückgarniturfür PE-Xa Rohre 25 x 2,3 mm 10 St. T3





Hinweis:Verkauf von Art-Nr. 1005287 pro Verpackungseinheit von 1 Beutel = 100 St. zum Preis von 9,00 EUR.Verkauf von Art-Nr. 1005372 pro Verpackungseinheit von 1 Beutel = 100 St. zum Preis von 13,00 EUR.

Uponor Flipfl ex Rohrführungsbogenzur Fixierung von Rohrbiegungen

Art-Nr. d [mm] r [mm] Kurztext LE VE ME RG

1034554 16-20 120 Uponor Flipfl ex Rohrführungsbogenfür Rohrdimension 16 - 20 mm 1 St. T3



Erdsonden

Zur Nutzung der oberfl ächennahen Geothermie werden aus Platzgrün-den sehr oft Erdsonden verwendet. Erdsonden können in nahezu jedem Untergrund eingesetzt werden.

Schematisch Darstellung einer Erdsondenanlage


Vorteile

Vergleichsweise platzsparen-de Art der Geothermie

Vielseitige Untergründe für den Einbau möglich

Sowohl aktives und passi-ves Kühlen als auch Heizen möglich

Ideale Lösung für Wohnungs- und Nicht-Wohnungsbau

Uponor Einfach U-Sonde Uponor G12 Sonde

Anwendungsgrenzen

Eine Erdwärmesonde besteht im Allgemeinen aus ein oder zwei pa-rallelen, U-förmigen Kunststoffroh-ren. In beiden Rohren zirkuliert eine Wärmeträgerfl üssigkeit, die sog.

Sole, ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel. Die Sole entzieht dem Erdreich Wärme, transportiert diese zum Verdampfer der Wärme-pumpe und fl ießt anschließend

abgekühlt wieder zurück in die Erd-sonde. Die dem Erdreich entzoge-nen Energie wird mit Hilfe des Ver-dichters in der Wärmepumpe auf das benötigte Temperaturniveau des

Die erforderliche Entzugsleistung ist abhängig von den geologischen und klimatischen Bedingungen, der Wärmeentzugstechnik und dem saisonal schwankenden Wärmebe-

darf des Verbrauchers. Für größere Leistungen können sog. Sonden-felder generiert werden. Dies ist eine Zusammenfassung mehrerer Sonden.


Erdsonden sind prinzipiell Wärme-tauscher, welche vertikal in das Erd-reich eingebracht werden. Hier-durch wird die im Boden vorhande-ne Wärme, in Kombination mit einer Wärmepumpe, für das Heizen von Gebäuden und für die Erwärmung von Warmwasser nutzbar gemacht. So wie auch andere Geothermiesys-teme können Erdsonden im Sommer auch zum passiven und aktiven Kühlen verwendet werden. Dies ist einer der Hauptvorteile gegenüber konventionellen Heizsystemen. Hierbei wird die Wärme, die beim Kühlen eines Gebäudes im Sommer anfällt, ins Erdreich abgegeben.


Tief

e im

Bod

en [

m]

Temperatur (Tiefe) [°C]Im Mittel steigt die Bodentemperatur ca. alle 33 m um 1 °C an.

0 205 10 1520

0

15

10

5



Uponor Erdsonde Einbautiefe: 30 bis 250 m

Erdsonden-Typen

Bei den Erdsonden unterscheidet man grundsätzlich drei verschiedene Grundkonstruktionen:

Einfach U-SondeEine Einfach U-Sonde besteht aus zwei Kollektorrohren, die am unte-ren Ende – am sogenannten Son-denfuß – durch ein in der Regel U-förmigenes PE-Schweißform-stück verbunden sind. Somit ver-fügt die Einfach U-Sonde über eine Vor- und Rücklaufl eitung.

Doppel U-SondeEine Doppel U-Sonde besteht aus vier Kollektorrohren, die am Sondenfuß – paarweise durch ein in der Regel doppel U-förmiges PE-Schweißformstück verbunden sind. Somit hat die Doppel U-Sonde je zwei Vor- und Rücklaufl eitungen.

KoaxialsondeKoaxial ist die Bezeichnung für übereinstimmende Rota-tionsachsen dreidimensionaler Elemente. Eine Koaxial-sonde ist somit eine Sonde bestehend aus zwei Kollektor-rohren, die ineinander verbaut werden (Innenrohr und Außenrohr). Somit wird je nach Einsatzart entweder das Innenrohr zum Vor- oder Rücklauf.

Sonderform: gedämmtes Rohr mit zirkular mehrfach angebrachten äußeren ungedämmten Rohren

Querschnitt durch eine einfach U-Sonde Querschnitt durch eine Doppel U-Sonde Querschnitt durch eine Koaxi-alsonde

Heizsystems gebracht. In der Regel liegt dies bei ca. 35°C Vorlauftem-peratur. Eine möglichst niedrige Systemtemperatur ist anzustreben, um somit die Voraussetzung für eine hohe Jahresarbeitszahl zu schaffen.

Die Erdsonden für die Nutzung der oberfl ächennahen Geothermie sind je nach System bis zu 400 m lang. Schweißung zwischen Sondenfuß und Sondenrohr werden werkseitig mit einer Druckprobe nach EN 805 überprüft. Auf der Baustelle darf keine Schweißung mehr an dem vertikalen Teil der Erdwärmesonde vorgenommen werden. Die Erdwär-mesonde muss vorkonfektioniert und druckgeprüft auf die Baustelle geliefert werden

Die Temperaturen in der obersten Erdschicht variieren mit den Jahres-zeiten. Sobald aber die Frostgrenze

unterschritten wird, werden diese Schwankungen deutlich geringer. Ab einer Tiefe von ca. 15 m hat das Erdreich eine weitgehende konstan-

te Temperatur. Erdsonden unter-liegen somit nur in einem sehr geringen Maß den saisonalen Tem-peraturschwankungen.


Die Dimensionierung von Erdson-den ist von der Untergrundbeschaf-fenheit, der jährlichen Betriebsstun-denzahl der Wärmepumpenanlage, dem Bohrlochdurchmesser, der Bohrlochverfüllung, Lage der Rohre im Bohrloch und bei Erdsondenan-lagen von der gegenseitigen Beein-fl ussung abhängig.

Je geringer der thermische Bohr-lochwiderstand R

b, desto höher die

Wärmeübertragung. Der thermische Bohrlochwiderstand gibt den Tem-peraturverlust beim Übergang der Wärme aus dem Untergrund auf das Wärmeträgermedium (Sole) an. Ent-scheidende Kriterien für den Bohr-lochwiderstand sind der Bohrloch-durchmesser, die Wärmeleitfähigkeit des Verfüllmaterials und die Art der Erdsonde.

Ein geringerer Bohrlochdurchmesser verringert den Bohrlochwiderstand. Höhere Wärmeleitfähigkeiten der Bohrlochverfüllung vermindern den Wärmeverlust beim Wärmeübergang bzw. verringern den Bohrlochwider-stand. Der thermische Bohrloch-widerstand setzt sich somit aus den Übergangswiderständen einzelner Elemente sowie den spezifi schen Materialwiderständen zusammen.

Übergangswiderstände:Erdreich < > Bohrlochverfüllung < > Rohr < > Wärmeträgermedium (Sole)

Materialwiderstände:

Auslegung von Erdsonden

Die Kälteleistung entspricht dem aus der Umgebung entzogenen Leistungsanteil der Wärmepumpe und stellt die Differenz der Heizleis-tung Q

H und der elektrischen Leis-

tungsaufnahme Pel dar.

Rc Wärmeübergangskoeffi zient Wärmeträgermedium/Rohr

RS Wärmeübergangskoeffi zient Sondenrohr

RV Wärmeübergangskoeffi zient Verfüllmaterial

Die erforderliche Sondenlänge L richtet sich nach der spezifi schen Entzugsleistung q

E des Untergrunds

und der Kälteleistung QO der Sole/

Wasser-Wärmepumpe.

Bei der Dimensionierung der Anbin-deleitungen der Erdsonden ist auf geringe Druckverluste – wichtig erhöhte Zähigkeit der Sole gegen-über Medium Wasser – zu achten, da die Pumpenleistung die Jahres-arbeitszahl β der Wärmepumpenan-

Untergrund Spezifi sche Entzugsleistung qE pro m

Sondentiefe für Heizleistungen bis 30 kW

1800 h/a 2400 h/a

Schlechter Untergrund, trockenes Sediment

25 W/m 20 W/m

Normales Festgestein Untergrund und wasser gesättigtes Sediment

60 W/m 50 W/m

Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit

84 W/m 70 W/m

Bei längeren Laufzeiten ist neben der spez. Enzugsleistung auch die spez. jährliche Entzugsarbeit zu berücksichtigen. Für Erdwärmesonden sollte diese zwischen 100 und 150 kWh/(m · a) liegen. Für die Schweiz gelten die Auslegungsbedingenen der AWP/FWS.

Quelle VDI 4640

Spezifi sche Entzugsleistung pro Meter Sondentiefe

Rb = R

c + R

S + R

V[W/(m²K)]

L = Q

O

qE

[m]

QO = Q

H + P

el [W]


lage verringert. Die Strömungsge-schwindigkeit sollte maximal 1 m/s betragen. Die Strömungsgeschwin-digkeit in den Erdsonden sollte tur-bulent sein, da turbulente Strömung den Wärmeübergang vom Rohr auf die Sole verbessert und somit sich die Soletemperatur erhöht.


G und




G und zur Brauch-

bzw. Warmwasserbereitung Qww


steht. Zur Kompensation der Betriebsstundenerhöhung muss dann die Sondenlänge vergrößert werden und ein erhöhter Strom-verbrauch ist die Folge.

Als Faustformel gilt:Bei der monovalenten Auslegung einer Sole/Wasser-Wärmepumpe muss die Leistung der Wärmepum-pe mindestens 100 % des Gesamt-leistungsbedarfs betragen.

Für die Auslegung größerer Erd-sondenanlagen (> 30 KW) ist die Kenntnis der thermischen Eigen-schaften des Untergrundes von wesentlicher Voraussetzung. Die Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit aus ungestörten Proben von Bohr-kernen einer Probebohrung ist prinzipiell möglich, jedoch eine sehr aufwendige Methode, die nur im Labor durchzuführen ist.

Die Auslegung von Erdsondenan-lagen mit entsprechenden Simula-tionsprogrammen setzt die Infor-mation der effektiven thermi-schen Leitfähigkeit über die gesamte Bohrlochlänge voraus. Diese Information wird in der Praxis durch den Thermal Respon-se Test (TRT) direkt vor Ort am Standort ermittelt.

Thermal Response Test

Der Thermal Response Test wird an einer bereits fertig erstellten Sonde durchgeführt. Der Erdsonde wird dabei eine konstante thermische Leis-tung zugeführt und entzogen und die Auswertung erfolgt über die Kelvin`sche Linienquellentheorie. Das Ergebnis stellt die geologischen Ver-hältnisse am Standort exakt über die gesamte Bohrlochlänge und unter typischen Betriebsbedingungen inklu-sive den Einfl uss eines möglichen vor-handenen Grundwasserfl usses dar.

Aufgrund der komplexen geologi-schen und hydrogeologischen Zusammenhänge der Erdsondendi-mensionierung sowie der speziellen technischen Kenntnissen sind Pla-nung, Simulation und Ausführung von Erdsondenanlagen nur von Fachunternehmen durchzuführen.

QWP

= (QG + Q

WW) · Z [W]

Wird bei der Wahl der Wärmepumpe auf ein Modell mit geringerer Heiz-leistung bzw. kürzerer Sondenlänge zurück gegriffen, so erhöhen sich die Betriebsstunden der Wärme-pumpe. Dies bedeutet, dass die Erdsonde mehr belastet wird bzw. eine größere Entzugsarbeit ent-


Alle Erdsonden inkl. deren Anbinde-leitungen sollten von gleicher Länge sein und nach dem Tichelmannprin-zip über Vor- und Rücklaufverteiler mit Sammelleitungen an eine Wär-mepumpe angeschlossen werden.

Bei der Verlegung im Tichelmann-prinzip wird die benötigte Sonden-länge für die entsprechende Ent-zugsleistung in parallel geschaltete Erdsonden aufgeteilt. In Bezug auf den Druckverlust ist somit der Volu-menstrom der einzelnen Erdsonden, die Rohrlängen und Rohrdurchmes-ser zu beachten.

Ist die Verlegung gleichlanger Erd-sonden inkl. Anbindeleitungen nicht gegeben, so hat ein hydraulischer Abgleich mit Einregulierventilen zur Wahrung gleicher Druckverluste je Erdsondeninstallation, stattzufi nden.

Die Verlegung der Anbindeleitungen hat mit minimaler Steigung zum Ver-teiler zu erfolgen, damit eine Entlüf-tung ermöglicht wird.

BetriebssicherheitAlle Verteiler und Armaturen sollten außerhalb der Gebäude regenwas-sergeschützt in zugänglichen Schächten installiert werden. Alle Erdsonden sollten an den Verteilern durch Kugelhähne eine Absperrmög-lichkeit aufweisen. Die Anbindelei-tungen sind spannungsfrei an die Verteiler anzuschließen.

Erdsonden sollten zur Vermeidung der gegenseitigen thermischen Beeinfl ussung in einen von der Umgebung (länderspezifi sch) abhän-gigen Mindestabstand installiert werden. Bei grundwasserführendem Untergrund sollten die Erdsonden quer zur Grundwasserfl ießrichtung angeordnet werden. Die Versiege-lung der Erdsondenbereiche ist zu vermeiden.


Auf der Baustelle hergestellte, im Betrieb nicht zugängliche Rohrver-bindungen sind durch wartungsfreie Verbindungstechnik z.B. Heizwen-delformteile herzustellen.

Alle Anbindeleitungen im Bereich der Mauerdurchführung sowie alle im Haus installierten soleführende Rohre müssen nach DIN 4140-2 kältetech-nisch (wasserdampfdiffusionsdichte

In Abhängigkeit von der einge-setzten Rohrart sind die Anbinde-leitungen in einem entsprechen-dem Sandbett zu verlegen. Einzig bei PE-Xa Rohren kann durch seine Beständigkeit gegen langsames und schnelles Riss-wachstum auf eine Sandbettung verzichtet werden.

Dämmung) gedämmt werden, um Kondenswasserbildung zu vermeiden.

Um ein Einfrieren der Erdsondenins-tallation und des Verdampfers zu vermeiden wird die Wärmepumpen-anlage mit Sole – in der Regel einem Gemisch aus Wasser und Glykol (Wärmeträger medium) befüllt.

Bettung der Anbindeleitungen. Vorlauf ungedämmt – Rücklauf gedämmt.

Versorgungs-leitung


Bet

tung

min

. 30

cm. S

and,

be

i vor

gedä

mm

ten

Roh

rsys

tem

en

PE-X

a oh

ne S

andb

ett

mög

lich

min

. 70

cm 120

- 15

0 cm





Wasservolumen [l/m]

40 x 3,7 32,6 0,835

50 x 4,6 40,8 1,307

63 x 5,8 51,4 2,075

75 x 6,8 61,4 2,961

90 x 8,2 73,6 4,254

110 x 10,0 90,0 6,362

125 x 11,4 102,2 8,203


Wichtig

Das Frostschutzmittel und das Wasser müssen in einem ausreichend großen Behälter vermischt werden, bevor der Uponor Erdsonde mit dem Gemisch befüllt wird!

Bau und UmweltWärmeträgermedien für Wärmetau-scherrohre und Anbindeleitungen sind grundsätzlich so zu wählen, dass im Fall einer Leckage eine Grundwasser- und Bodenver-schmutzung vermieden oder mög-lichst gering gehalten wird. Es sind Substanzen zu wählen, die mög-lichst ungiftig oder bei organischen Substanzen biologisch abbaubar sind – VDI 4640.

Für die Befüllung sind an geeigneter Stelle entsprechende Füll- und Ent-leereinrichtungen vorzusehen. Um eine Überfüllung zu vermeiden, ist die Wärmepumpenanlage mit einem entsprechenden Sicherheitsventil auszuführen.

Die Anteile an Glykol liegen im Regelfall bei 25 – 30 %. Dadurch sind die Druckverluste der Kollek-torrohre um 1,5 – 1,7 größer; dies ist bei der Pumpendimensionierung entsprechend zu beachten.

Die Erdsonden werden vorgefertigt auf die Baustelle angeliefert. Um nach der Bohrung die Erdsonde ein-zubringen, ist diese vor dem Ein-setzen mit Wasser zu füllen, um ein Aufschwimmen zu verhindern. In der Regel werden zusätzliche Gewichte am Sondenfuß ange-bracht. Diese sind bei der Bestim-mung der Bohrlochlängen entspre-chende mit einzukalkulieren.

thermisch verbesserte Hinterfüllung von bis zu 2,5 W/mK. Dadurch las-sen sich höhere Soletemperaturen erzielen oder die nötigen Sonden-längen bei gleicher Soletemperatur verkürzen. Die Verpressung der Erdsonden über ein Verfüllrohr bzw. Injektionsrohr sollte stets von unten nach oben geschehen, um Hohlräu-me zu vermeiden.

Abstandshalter zwischen den Son-denrohren vermeiden einen thermi-schen Kurzschluss zwischen Vor- und Rücklauf. Mit Abstandshalter werden die Sondenrohre weiter außen näher an die Bohrlochwand fi xiert und somit der Wärmeüber-gang von Bohrlochwand zu den Sondenrohren verbessert.

Die Wahl des Bohrlochdurchmessers ist von der Konstruktion der Erd-sonde sowie von den länderspezifi -schen Gegebenheiten abhängig. Je kleiner der Bohrlochdurchmesser umso besser ist der Wärmeüber-gang.

Ist eine Verfüllung der Erdsonde vorgeschrieben, sollte dies mit ther-misch verbesserter Hinterfüllung erfolgen. Standard Hinterfüllungen wie Betonit besitzen eine Wärme-leitfähigkeit von 0,7 – 0,8 W/mK;



Für alle Erdsondenbohrungen sind die länderspezifi schen Geneh-migungen der zuständigen Behörden – vor allem auch lokal unterschiedliche Vorschriften sowie die VDI 4640, Wasserhaus-haltsgesetz und Bergrecht (D), SIA 384/6 und BAFU-Vollzugs-richtlinie (CH), österreichische Wasserrechtsgesetz, Gewerbeord-nung und Bauordnung (A), Commodo-Gesetz (Lux) sind zu beachten.

Ausführende Bohrunternehmen sollten eine Zertifi zierung nach DVGW W120 (D), ein FWS Gütesiegel Erdwärmesonde (CH), BRL SIKB 2000 (Nl) vorweisen können.

Die Druckprüfung hat nach EN 805 zu erfolgen. Dabei ist darauf zu achten, dass diese kurz nach der Verfüllung – vor Aushärtung des Verfüllmaterials geschieht oder erst nach Aushärtung des Verfüllmateri-als, um die Bildung eines Luftring-spaltes nach Druckwegnahme zwi-

schen Rohrwand und Verfüllmaterial zu vermeiden. Die Bildung eines Luftringspaltes führt zu einer Dämmwirkung durch die Luft und damit zur deutlichen Verminderung des Wärmeübergangs auf die Rohr-wand bzw. auf das Wärmeträger-medium.

Die Fixierung der Anbindeleitun-gen in Bezug auf Höhenlage und Rohrabstand kann durch Aufknüp-fen der Rohre auf Bewehrungs-matten erfolgen.















1058061 40 3,7 100 Uponor Geothermie PE-Xa Rohr 40SDR11, 40X3,7mm, 100m Ring 100 m T1






Uponor PE-Xa Sammel- und Verteilleitungen

Uponor PE-Xa Rohr Trinkwasser, SDR 11, 12,5 barVernetztes Polyethylenrohr nach Verfahren Engel (PE-Xa). Gefertigt nach DIN 16892/16893. MPA-überwacht. Gekennzeichnet mit DVGW-Reg.-Nr. DW-8440BQ0075 und DW-8441BQ0076. Hellblau durchgefärbt, lichtdicht, mit schwarzer Kennzeichnung.Dauerbetriebsdruck gemäß DVGW 12,5 bar. Werksfreigabe 16 bar.Eignung als einzige Rohrart nach DVGW Regelwerk W400-2 für die sandbettfreie Verlegung.

Art-Nr. d [mm] s [mm] Kurztext LE VE ME RG

1018050 63 5,8 Uponor PE-Xa Rohr Trinkwasser 63SDR 11, 63x5,8, 50m Ring 200 50 m K1

1018054 75 6,8 Uponor PE-Xa Rohr Trinkwasser 75SDR 11, 75x6,8, 50m Ring 50 m K1



1048050 125 11,4 Uponor PE-Xa Rohr Trinkwasser 125SDR 11, 125x11,4 50m Ring 50 m K1

Uponor Lieferprogramm Anbindesysteme


Uponor Flexible, vorgedämmte Rohrsysteme

Uponor Ecofl ex Thermo Minifl exibles, vorgedämmtes, selbstkompensierendes Kunststoff-Rohrleitungs-system für die Erdverlegung. Zum Transport von Heizwasser.Mediumrohr:Vernetztes Polyethylen (PE-Xa) gemäß DIN 16892/16893. Sauerstoff-diffusionsdicht nach DIN 4726. Korrosions- und verrottungsfrei.Max. Temperatur- und Druckbelastung: +95°C/ 6 barDämmmaterial:Einlagiger, alterungsbeständiger, geschlossenzelliger, vernetzter Polyethy-len Dämmstoff, dauerelastisch, Wasseraufnahme gem. DIN 53428 kleiner 1% Vol.Mantelrohr:Gewelltes Polyethylen (PE-80). Mit statischer Nachweisführung für SLW60 nach ATV-DVWK-A127.

Art-Nr. d [mm] s [mm] DN [mm] d2 [mm] Bieger. [m] Gew. [kg] Kurztext LE VE ME RG

1018132 25 2,3 20 68 0,2 0,5 Uponor Ecofl ex Thermo Mini 2525x2,3 /68 200 m H1

1018133 32 2,9 25 68 0,25 0,55 Uponor Ecofl ex Thermo Mini 3232x2,9 /68 150 m H1

Uponor Ecofl ex Thermo Twinfl exibles, vorgedämmtes, selbstkompensierendes Kunststoff-Rohrleitungs-system für die Erdverlegung zum Transport von Heizwasser. Vor- und Rücklauf mit integriertem, farblich gekennzeichneten „Dog-Bone“ zur eindeutigen Zuordnung. Wärmedurchlasskoeffi zient nach VDI-2055 fremdüberwacht.Mediumrohre:Vernetztes Polyethylen (PE-Xa) gemäß DIN 16892/16893. Sauerstoff-diffusionsdicht nach DIN 4726. Korrosions- und verrottungsfrei.Max. Temperatur- und Druckbelastung: +95°C/ 6 barDämmmaterial:Mehrlagiger, alterungsbeständiger, geschlossenzelliger, vernetzter Polyethylen Dämmstoff, dauerelastisch, Wasseraufnahme gem. DIN 53428 kleiner 1% Vol.Mantelrohr:Gewelltes Polyethylen (PE-80). Mit statischer Nachweisführung für SLW60 nach ATV-DVWK-A127.Zulassungen:VDI / Kiwa Gesamtsystemzertifi zierung - Überwacht nach VDI 2055Kiwa KOMO Systemzertifi zierung nach BRL 5609Deklaration nach DIN EN 15632 durch Zertifi zierungsstelle Kiwa N.V.DIN-CERTCO Wärmeverlustzertifi zierung - Überwacht nach VDI 2055.

Art-Nr. dxs [mm] d1xs1 [mm] DN [mm] d2 [mm] Bieger. [m] Gew. [kg] Kurztext LE VE ME RG

1018134 25x2,3 25x2,3 20+20 175 0,5 2,2 Uponor Ecofl ex Thermo Twin 252x25x2,3 /175 200 m H1



1018137 50x4,6 50x4,6 40+40 200 1 3,5 Uponor Ecofl ex Thermo Twin 502x50x4,6 /200 100 m H1

d x s = Vorlauf, d1 x s1 = Rücklauf


Uponor Rohrverbindungstechnik

Uponor Heizwendelschweiß Y-StückHeizwendelschweißformstück aus PE100 schwarz zur Verbindung von Uponor Geothermie PE-Xa RohrenFür Zusammenführung von Vor- bzw. RückläufenAm Vor- bzw. Rücklaufstutzen ist jeweils die Heizwendel integriert. Zur Verbindung des Zusammenführungsabgang mit der Sammelleitung ist ein zusätzliche Heizwendelschweißmuffe notwendig

Art-Nr. d1 [mm] d2 [mm] Kurztext LE VE ME RG

1058337 32 25 Uponor Heizwendelschweiß Y-Stück32-25-25 1 St. T3



Uponor HeizwendelschweißmuffeHeizwendelschweißformstück aus PE100 schwarz zur Verbindung von Uponor Geothermie PE-Xa Rohren


1058348 32 Uponor Heizwendelschweißmuffe 32für Geothermie PE-Xa Rohr 32x2,9 mm 1 St. T3



Uponor Q&E PPSU Kupplungaus PPSU.Q&E Ringe müssen separat bestellt werden.

Art-Nr. d [mm] p [bar] Kurztext LE VE ME RG

1008932 20 6+10 Uponor Q&E Master Kupplung 20-20PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/ 6+10 bar 80 5 St. F1

1008671 25 6+10 Uponor Q&E Master Kupplung 25-25PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/ 6+10 bar 50 5 St. D1

1008673 40 6 Uponor Q&E Master Kupplung 40-40PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/6 bar 10 1 St. B7

1001235 32 6+10 Uponor Q&E Master Kupplung 32-32PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/ 6+10 bar 20 1 St. F1

1042866 50 6 Uponor Q&E Master Kupplung 50-50PPSU, ohne Q&E Ring 10 1 St. F1

1042865 63 6 Uponor Q&E Master Kupplung 63-63PPSU, ohne Q&E Ring 5 1 St. F1

Uponor Q&E PPSU Kupplung, reduziertaus PPSU.Q&E Ringe müssen separat bestellt werden.

Art-Nr. d [mm] d1 [mm] p [bar] Kurztext LE VE ME RG

1008676 25 20 6+10 Uponor Q&E Master Kupplung red. 25-20PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/ 6+10 bar 40 5 St. F1

1001240 32 25 6+10 Uponor Q&E Master Kupplung red. 32-25PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/ 6+10 bar 20 1 St. F1

1008678 40 32 6 Uponor Q&E Master Kupplung red. 40-32PPSU, ohne Q&E Ring 10 1 St. F1






Uponor Q&E PPSU Winkelaus PPSU.Q&E Ringe müssen separat bestellt werden.


1008680 20 6+10 Uponor Q&E Master Winkel 20-20PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/ 6+10 bar 40 5 St. F1



1008683 40 6 Uponor Q&E Master Winkel 40-40PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/ 6 bar 10 1 St. B7

1042859 50 6 Uponor Q&E Master Winkel 50-50PPSU, ohne Q&E Ring 5 1 St. F1

1042858 63 6 Uponor Q&E Master Winkel 63-63PPSU, ohne Q&E Ring 3 1 St. F1

Uponor Q&E T-Stück PPSUaus PPSU.Q&E Ringe müssen separat bestellt werden.


1008685 20 6+10 Uponor Q&E Master T-Stück 20-20-20PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/ 6+10 bar 35 5 St. F1



1008688 40 6 Uponor Q&E Master T-Stück 40-40-40PPSU, ohne Q&E Ring 5 1 St. F1





Uponor Q&E T-Stück, reduziert PPSUaus PPSU.Q&E Ringe müssen separat bestellt werden.

Art-Nr. d [mm] d1 [mm] d2 [mm] p [bar] Kurztext LE VE ME RG

1008703 25 20 20 6+10 Uponor Q&E Master T-Stück red. 25-20-20PPSU, ohne Q&E Ring, AK 2+5/ 6+10 bar 25 5 St. F1









1008713 32 40 32 6 Uponor Q&E Master T-Stück red. 32-40-32PPSU, ohne Q&E Ring 10 1 St. F1





1008709 32 6 PPSU, ohne Q&E Ring 1 F1














Uponor Q&E Sicherungsring, natur, mit Fixieranschlagwird auf das Rohr aufgesteckt, zusammen mit dem Rohr defi niert aufgeweitet und anschließend gemeinsam auf den Fittingnippel geschoben. Durch die besonderen Materialeigenschaften zieht sich das Rohr und der Ring wieder auf seine ursprüngliche Dimension zurück. Dadurch dichtet der Rohrwerkstoff direkt am Fitting.Material: PE-XaLieferung im Kunststoffbeutel.

Art-Nr. d [mm] Farbe [-] p [bar] Kurztext LE VE ME RG

1042836 20 natur 6+10 Uponor Q&E Ring mit Anschlag Typ 20für PE-Xa Rohr 20 520 20 St. F1

1042840 25 natur 6+10 Uponor Q&E Ring mit Anschlag, Typ 25für PE-Xa Rohr 25 300 15 St. F1

1044993 32 natur 6+10 Uponor Q&E Ring Typ: 32 natur f.Rohr 32 AK 2+5/6+10 bar 150 5 St. F1

1045464 40 natur 6 Uponor Q&E Ring Typ: 40 natur f.Rohr 40 AK 2+5 / 6 bar 80 5 St. B7

1045489 50 natur 6 Uponor Q&E Ring mit Anschlag, Typ 50für PE-Xa Rohr 50 70 1 St. F1

1045490 63 natur 6 Uponor Q&E Ring mit Anschlag, Typ 63für PE-Xa Rohr 63 35 1 St. F1



Uponor Q&E Akku Set M18elektromechanische Antriebsmaschine, geliefert im Kunststoffkoffer inklusive zwei 18V Li-Ion Akkus und einem Schnellladegerät 220-240V/50-60Hz und Schmiermittel (Mo). Metallgetriebe und Metallgehäuse. Inkl. LED Arbeitslicht. Betriebsanleitung im Koffer. Automatische Rotation mit den M18 Aufweitköpfen.Einsatz für 6 bar Rohre (AK5) in den Dimensionen bis 40 mm. Einsatz für 10 bar Rohre (AK2) in den Dimensionen bis 32 mm.Technische Daten:Ladespannung: 18VLadestandanzeige: Optische AnzeigeAkku-Ladezeit: ca. 0,5 Std.Für Dimensionen: < 40 mm (AK5/6 bar); < 32 mm (AK2/10 bar)

Art-Nr. Hub [mm] p [bar] Kurztext LE VE ME RG

1057169 25 6 Uponor Q&E Aufweitwerkzeug M18mit H Aufweitköpfen 20-25-32, AK5/6 bar 1 Set NET

Uponor Q&E H Aufweitkopf M18passend für Q&E Akkuaufweitwerkzeug M18.Anwendungsklasse 5 / 6 barAnwendungsklasse 2 / 10 bar

Art-Nr. d [mm] Hub [mm] p [bar] Kurztext LE VE ME RG

1057178 20 25 6 Uponor Q&E Aufweitkopf H20x1.9/2.0 mmf. M18, f. evalPEX Rohre 6 bar 1 St. NET

1057180 25 25 6 Uponor Q&E Aufweitkopf H25x2.3 mmf. M18, f. evalPEX Rohre 6 bar 1 St. NET

1057182 32 25 6+10 Uponor Q&E Aufweitkopf H32x2.9/4.4 mmf. M18, f. evalPEX/PEX Rohre 6/10 bar 1 St. NET

1057183 40 25 6 Uponor Q&E Aufweitkopf H40x3.7 mmf. M18, f. evalPEX Rohre 6 bar 1 St. NET

Uponor Grafi tpasteGrafi tpaste für Q&E Akkuaufweitwerkzeug und Q&E Handaufweitwerkzeug.Gleitmittel für Wipex Edelstahlschrauben.


1005017 Uponor Q&E Grafi tpaste Tube 100gr. 70 1 St. NET

Uponor Q&E hydraulisches Werkzeug 250, 230 VAufweitwerkzueg als Set im Kunststoffkoffer. Elektrisch betriebener, hydraulisches Aufweitwerkzeug mit Pistole, Grafi tpaste und Aufweitköpfen.


1004042 Uponor Q&E Hydraulik Werkzeug ab 40 mmohne Aufweitköpfe, Box 1 St. NET



Alle Aufweitköpfe ohne H-Kennzeichnung können mit dem Q&E Hand- und Akkuaufweitwerkzeug verwendet werden.Alle Aufweitköpfe mit der Kennzeichnung H sind speziell für die Q&E Akkuaufweitwerkzeuge gefertigt und benötigen weniger Aufweitvorgänge.Anwendungsklasse 2+5 / 6 bar.

Art-Nr. d [mm] s [mm] Typ [-] Kurztext LE VE ME RG

1004036 50 4,6 H 50x4,6 Uponor Q&E Aufweitkopf Typ: 50f. PE-Xa Rohre 50x4,6 f. Hydraulikwerkzg 1 1 St. NET

1004038 63 5,8 H 63x5,8 Uponor Q&E Aufweitkopf Typ: 63f. PE-Xa Rohre 40x3,7 f. Hydraulikwerkzg 1 1 St. NET

Uponor Geothermieverteiler








55150

110

G1 1

/2

>370

>200

166100





Uponor Geothermieverteiler









Uponor Systemzubehör

Uponor Flipfl ex Rohrführungsbogenzur Fixierung von Rohrbiegungen

Art-Nr. d [mm] r [mm] Kurztext LE VE ME RG



Heizkreise 2-5 6-9 10-14 15-19 20










Hinweis:Verkauf von Art-Nr. 1005287 pro Verpackungseinheit von 1 Beutel = 100 St. zum Preis von 9,00 EUR.Verkauf von Art-Nr. 1005372 pro Verpackungseinheit von 1 Beutel = 100 St. zum Preis von 13,00 EUR.

Uponor Rohrkappenfür Uponor PE-Xa Rohre










Uponor Classic Trägerelementzur stabilen Aufnahme von Rohrhaltern und normgerechten Montage von Flächenheizungsrohren. Werkstoff: Stahl, grundiert

Art-Nr. l [mm] b [mm] d [mm] r [mm] A [m²] Kurztext LE VE ME RG

1005087 2100 1200 3 150 2,5 Uponor Classic Trägerelement 15cm RasterVz 15 u. 30, grundiert 625 25 m² M5

l

b

r

r

D

Uponor Drillgerät f. Trägerelementzur stabilen Verbindung der Trägerelemente mittels Mattenbinder


1006243 Uponor Drillgerät f. Mattenbinderzur Verbindung der Trägerelemente 1 St. NET



Uponor Geothermie Erdnägelfür Uponor Geothermie PE-Xa Rohraußendurchmesser 20 - 40 mm


1058344 Uponor Geothermie Erdnägel25 - 40 mm 100 St. T3

Uponor Mauerdurchführung DWDzur Gebäudeeinführung des Mantelrohres bei drückendem Wasser. Zum direkten Einsatz in einer WU-Beton Kernlochbohrung oder in einbetonier-tes Uponor Faserzementrohr.

Art-Nr. d [mm] d1 [mm] l [mm] Gew. [kg] Kurztext LE VE ME RG

1007358 68 125 110 1,21 Uponor Mauerdurchführung DWD 68druckwasserdicht 68/125 1 St. H2

1007360 140 200 110 2,42 Uponor Mauerdurchführung DWD 140 1 H2

1007361 250 3,7 Uponor Mauerdurchführung DWD 175druckwasserdicht 175/250 1 St. H2

1007362 200 300 110 4,9 Uponor Mauerdurchführung DWD 200druckwasserdicht 200/300 1 St. H2

d = Mantelrohrdurchmesser, d1 = Kernlochbohrung


Uponor Faserzementrohr DWDZum Einbetonieren in WU-Betonwand oder WU-Betonplatte für den Einsatz der Uponor Mauerdurchführung DWD, als Alternative zu einer WU-Beton-Kernlochbohrung.

Art-Nr. d [mm] d1 [mm] l [mm] Gew. [kg] Kurztext LE VE ME RG

1007368 68 125 400 8 Uponor Faserzementrohr für DWD 68 1 St. H2

1007370 140 200 400 15,2 Uponor Faserzementrohr für DWD 140 1 St. H2

1007371 175 250 400 18,8 Uponor Faserzementrohr für DWD 175 1 St. H2

1007372 200 300 400 22 Uponor Faserzementrohr für DWD 200 1 St. H2

d = Mantelrohrdurchmesser, d1 = Innendurchmesser Faserzementrohr

Uponor Gummi-Endkappenzum Schutz der Dämmung an den Rohrenden und zur Bauteilabschottung. Bestehend aus Gummiendkappe, Klemmring aus Edelstahl und Quell-Dichtungsring.Zulassung:Gesamtsystemzertifi zierungVDI / Kiwa KOMO Systemzertifi zierung nach BRL 5609Deklaration nach DIN EN 15632 durch Zertifi zierungsstelle Kiwa N.V.Wasserdicht bis 0,3 bar bei 30°C

Art-Nr. d [mm] Anz. [St.] d2 [mm] l [mm] l1 [mm] Gew. [kg] Kurztext LE VE ME RG

1018316 25-40 1 68 80 174 0,27 Uponor Gummi-Endkappe, Single 68für 25+32+40 1 St. H2

1018309 25-40 2 175 90 184 0,67 Uponor Gummi-Endkappe, Twin 175für 25+32+40 1 St. H2

1018307 40-63 2 200 90 184 0,72 Uponor Gummi-Endkappe, Twin 200für 40+50+63 1 St. H2

Anz. = Anzahl Auslasstutzen


Uponor Qualitätsmaterialien

Mit ihrer Langlebigkeit und der enormen Robustheit bieten Uponor PE-Xa Rohre nicht nur Versorgungs-sicherheit, sondern auch ein hervor-ragendes Preis-/Leistungsverhält-nis. Für eine geringe Differenz erhalten Anwender eine für Jahr-zehnte unübertroffene Sicherheit.

Als einziges Unternehmen hat Upo-nor für die Verlegung ohne Sand-bett nach den allgemein gültigen Richtlinien eine erweiterte Gewähr-leistung von 10 Jahren, inkl. Scha-densersatz bis 1 Mio. Euro im Ein-zelfall.

Uponor PE-Xa Rohre sind neben der Verarbeitung mit dem Uponor Quick & Easy Fittingsystem, mittels han-delsüblicher Heizwendelschweißfi t-tings schweißbar und weisen hier die gleiche Qualität wie die Verbin-dung nicht vernetzter Polyethylen-rohre auf.

Bei der Herstellung von Uponor PE-Xa Rohren werden Polyethylen-moleküle in einem patentierten Ver-fahren zu einem hochdichten dreidi-mensionalen Netzwerk verbunden. Durch diese Vernetzung erhält das Rohr herausragende thermische und mechanische Eigenschaften, die es zur ersten Wahl für anspruchsvolle Geothermie Anwendungen macht.

Uponor Geothermie PE-Xa Rohre werden nach dem patentierten Engelverfahren hochdruckvernetzt. Hierbei wird das hochwertige Poly-ethylenmaterial aufgeschmolzen und in sogenannten Rammextru-dern zu einem Rohr geformt.

Durch die dabei entstehende hohe Temperatur und den hohen Druck reagiert das zugesetzte Peroxid in der Schmelze und trennt stellenwei-se Wasserstoffatome von den Koh-lenstoffatomen der Polyethylen-Molekülketten ab. An diesen freien Stellen können sich jetzt die Mole-külketten miteinander verbinden. Ein stabiles dreidimensionales Netz-werk entsteht, das nicht mehr ent-schlaufen kann. Dadurch zeichnen sich PE-Xa Rohre besonders für alle materialbeanspruchenden Verlege-verfahren aus.

PE-Xa

Der Memory-Effekt der PE-Xa Roh-re ist der entscheidende Mechanis-mus im Zusammenhang mit der Uponor Verbindungstechnik Quick & Easy. Hier wird das PE-Xa Rohr aufgeweitet, der Fitting eingebracht und durch den Memory Effekt schrumpft das PE-Xa mit der not-wendingen Dichtkraft und ohne zusätzliche Dichtelemente auf den Fitting zurück – schnell und sicher!

Entschlaufen der Molekühlkette unter Belas-tung bei unvernetztem Polyethylen

Die Molekülstruktur von vernetztem Polyethy-len PE-Xa verhindert ein Entschlaufen unter Belastung

Rückformen von Knicken mit Heißluft

Im Gegensatz zu nicht vernetzten Polyethylenrohren besitzen vernetz-te Polyethylenrohre den so genann-ten Memory-Effekt. Hierunter ver-steht man das Bestreben des Mate-rials, sich nach erzwungener Verfor-mung, beispielsweise bei einer Aufweitung, nahezu selbstständig in die Ursprungsform zurück zu ver-formen.

Selbst Knickstellen können so durch Erwärmung des Rohres auf max. 140 °C wieder beseitigt werden.


Sandbettfreie Verlegung von PE-Xa Rohren

Uponor Geothermie PE-Xa erhält bei den vier wichtigs-ten Prüfungen nur die besten Ergebnisse:

Langsame Rissfortpfl an-zung: Versuch ohne Ergebnis abgebrochen (bei 14.300 h)

Schnelle Rissfortpfl an-zung: S4-Test zeigte keinerlei Rissfortpfl anzung

Zeitstandfestigkeit: 30 Jahre echte Prüfzeit ergibt eine Lebens dauer von weit über 100 Jahren

Verhalten bei Punktlast: keine Beeinträchtigung, zuge lassen für sandbett-freie Verle gung nach DVGW W400-2

pi

Ft Ft

Fr Fr

Fr Ft Ft Fr+ +

1 2

+

=

1

2

3

Die Folge:

pi

Tangentialspannunginfolge des Innendrucks

Randfaserspannunginfolge der Punktlast

Überlagerung der Spannungen an der inneren Rohrwand

Langsame Rissfortpflan-zung von innen nach außen als typische Schadensursache bei herkömmlichen, unvernetzten Polyethylenrohren

Erdreich

Punktlast

Rohrwandung

Rissbildung bei unvernetzten PE-Rohren

hPE 80 PE 100

Umgerechnetauf 80 °C

Versuch bei 95 °C ohne Bruch beendet

Bruch

Bruch

80.000

70.000

60.000

50.000

40.000

30.000

20.000

10.000

0

PE-Xa

PE-Xa

FNCT – σ = 4 N/mm · Standzeit bei υ = 80 °C

Vollwandrohre aus PE100 müssen grundsätzlich aufwendig und kos-tenintensiv im Sandbett verlegt werden. Peroxidisch vernetzte, hochwertige PE-Xa Rohre sind dagegen sehr zäh und mechanisch hoch belastbar und können gemäß DVGW Arbeitsblatt W 400-2 auch ohne Sand- oder Kiesbett verlegt werden. Oft kann der Grabenaus-hub direkt wieder zum Verfüllen verwendet werden. Das spart Zeit und Geld.

Werden Kunststoffrohre sandbett-frei verlegt, sind sie sehr hohen Belastungen ausgesetzt. Auf die Rohre wirken dabei Randfaser-spannungen durch äußere Punkt-lasten, z.B. durch Steine und Scherben, und die vom Innen-druck bewirkte Tangentialspan-nung des Rohres zusammen. An der Rohrinnenwand überlagern sich beide Kräfte. Dadurch kön-nen bei nicht vernetzten Poly-ethylenrohren Risse in der Rohr-wand auftreten, die sich im Laufe der Zeit von innen nach außen ausbreiten.

Bei Uponor Geothermie PE-Xa Roh-ren können unter Praxisbedingun-gen, dank der besonderen Vernet-zung, keine Risse entstehen und sich somit auch nicht im Material fortsetzen. Dieser entscheidende Materialvorteil wurde in unabhängi-gen Prüfungen (S4, Notch,FNC-Test) bestätigt. Ein wichtiges Krite-rium für die sandbettfreie Verlegung ist die Untersuchung der Standfes-tigkeit der Rohre im FNCT (Full Notch Creep-Test). In dem Test wird die Zugfestigkeit einer Materialpro-be bei erhöhten Temperaturen gemessen. Hierfür wird ein Ver-suchskörper umlaufend mit 10 % der Materialstärke eingekerbt und in einem temperierten Netzmittel-bad auf Zug belastet. Nun wird die Zeit gemessen, bis es zu einer Riss-

bildung durch die Kerbe, zum Riss-fortschritt und letztlich zum Reißen des Rohres kommt. Der Test von Uponor PE-Xa Rohren wurde bei einer Temperatur von 95°C nach 14.300 Stunden ohne Beschädi-gung abgebrochen. Extrapoliert auf die für PE übliche Versuchstempera-tur von 80 °C ergibt dies eine Standzeit von über 70.000 Stunden – ein Wert der um Klassen oberhalb der Leistung selbst der modernsten unvernetzten PE-Werkstoffe liegt.

Aufgrund dieser hohen Beständig-keit gegen mechanische Belastun-


Uponor PE-Xa Rohre (hochdruck-vernetzt nach dem Verfahren Engel) besitzen ein thermisches Gedächt-nis, den sogenannten Memory-Effekt. Daraus resultiert ein ausge-prägtes Rückstellvermögen, das wir für die Quick & Easy Verbindungs-technik gezielt nutzen. Wird ein Uponor PE-Xa-Rohr mit einem geeigneten Werkzeug aufgeweitet, will es sich binnen kurzer Zeit wie-der in seine Ursprungsform zurück-stellen. Der Rohrwerkstoff wird bei dieser Verbindung zum Dichtwerk-stoff. Er verbindet sich kraft- und formschlüssig mit dem Quick & Easy Fitting. Eine 100% sichere Verbin-

dung von Fitting und Rohrleitung wird ohne O-Ringe hergestellt. Zunächst wird ein Sicherungsring auf das Rohrende aufgesteckt, um es anschließend mit dem Siche-rungsring gemeinsam aufzuweiten. Hierzu wird eine Akku-Maschine oder Hydraulikgerät und Aufweit-köpfe für die unterschiedlichen Uponor PE-Xa Rohr-Typen und Dimensionen verwendet.

Bevor das Rohrende versucht, seine Ausgangsform wieder anzunehmen, wird der Uponor Quick & Easy Fit-ting eingeschoben. Schon nach einigen Sekunden schrumpft das

Quick & Easy

Rohr auf seine Originalgröße zurück und es entsteht eine absolut sichere und dichte Verbindung. Je nach Verarbeitungstemperatur kann meist schon kurz nach Abschluss der Installationsarbeiten die Dicht-heitsprüfung erfolgen.

Für geothermische Anwendungen stehen das Uponor Quick & Easy Fittingsortiment aus PPSU zur Ver-fügung. Der Hochleistungskunst-stoff Polyphenylsulfon (PPSU) überzeugt mit hoher mechanischer Festigkeit und Temperaturbestän-digkeit.

Aufweiten des RohrendesAufstecken des Sicherungsringes Aufschieben des Rohrs auf den Fittingnippel

gen sind Uponor PE-Xa Rohre im Besonderen für geothermische Anwendungen einsetzbar:

Bei Ortbeton Energiepfählen kann es sowohl beim Aufbinden der Roh-re auf den Armierungskorb, beim Einbringen des bestückten Armie-rungskorbes aber auch bei der Betonierung des Pfahles zu mecha-nischen Belastungen und Beschädi-gungen kommen.

Anbindeleitungen für Erdsonden und Energiepfähle unterliegen auf-grund der Baustellenabläufe oft während und nach der Verlegung starken mechanischen Belastungen. Es kommt zu mangelnden Unter-fütterungen Rohre und Begehung der Rohrleitungen durch Mensch und Gerät.

Zusätzlicher Nutzen der PE-Xa Rohre ist der Verzicht auf eine

Bettung in Sand; trockener Sand stellt bei z.B. Horizontalkollekto-ren aufgrund der geringen Wärme-leitfähigkeit eine schlechte ther-mische Einbindung dar. Bei PE-Xa Rohren kann das in der Regel ursprünglich besser leitfähige Ursprungsbodenmaterial einfach als Bettung wieder verwendet wer-den – neben der höheren Energie-effi zienz, spart dies zusätzlich auch Kosten.


Projektplanung

Projektablaufplanung

Die Planungsaufgaben auf dem Gebiet der Geothermie lassen sich in zwei Bereiche gliedern: In die geothermische Planung (TBA-Pla-nung) und in die TGA-Planung.

Die TBA-Planung behandelt die Geothermieanlage, die TGA-Pla-nung die technische Gebäudeaus-rüstung/Haustechnikanlage.

Nachfolgend wird der Planungsab-lauf mit der inhaltlichen Ausgestal-tung und Aufgabenzuordnung zur geothermischen Planung und zur Planung der technischen Ausrüs-tung des Gebäudes dargestellt, umeinen Überblick über die notwen-digen Arbeiten aufzuzeigen und dem Fachingenieur neben diesem

Überblick ein Instrument zur Rei-henfolge der Abarbeitung zu geben. Zudem soll dieser Ablauf die Kom-munikation zwischen Auftraggeber und den verschiedenen Fachingeni-euren vereinfachen und eine Kont-rolle der Aufgabenerfüllung ermög-lichen.

Projektablauf

Planungsschritte

Planungsablauf. Quelle: Manja Gust, HGN Hydrologie GmbH, Niederlassung Magdeburg, 2008

Grundlagenermittlung1.

Vorplanung2.

Entwurfsplanung3.

Genehmigungsplanung4.

Ausführungsplanung5.

Vorbereitung der Vergabe6.

Mitwirkung der Vergabe7.

Objektüberwachung8.

Objektbetreuung, Dokumentation9.


Inhaltliche Ausgestaltung/Aufgabenverteilung

ggf. TestarbeitenParameterermittlung

TBA-Planung TGA-Planung

TestarbeitenModellierung/Simulation

Testarbeitenz.B. GRT-Test

Machbarkeitsvorprüfungvon Geothermie

(technisch/genehmigungsrechtlich)

Voreinschätzung geotherm.Potenzial am Standort

abschätzende BemessungGeothermieanlage (Geother. Anl.)

Planung der Geother. Anl.

Erstellung behördlicher Genehmigungsunterlagen(Antrag Wasserbehörde/Bergamt)

Präzisierung, DetailplanungGeothermische Anlagen

Erstellung Ausschr. unterl. Geother. Anl.ggf. baubegl. Optimierung

Mitwirkung b. VergabeGeother. Anl.

Projektbegl., Objektüberwachung, baubegl.Optimierung Geother. Anl.

Begleitung, Abnahme, Übergabe,Dokumentation Geother. Anl.

Variantenvergleich, Wirtschaftlichkeitsbetrachtung,Randbedingungen einschätzen

Vorzugsvariante

SchnittstelleHausanschluss

ausgearbeitete Planung, Geother. Anl.Gebäudetechnik, Messprogramm

Ausführungsreife Detailplanung

Ausschreibung/Vergabe

Betriebsoptimierung,Einstellung/Anpassung Nutzungsverhalten

Ermittlung von Art und UmfangWärme-/Kältebedarf und

-leistung

Prüfung, ob Geothermie(wirtschaftl.) Alternative zukonventionellen Systemen

BedarfspräzisierungWärme/Kälte

abschätzende BemessungGebäudetechnik

Planung Gebäudetechnik

ggf. Baugenehmigungsplanung

Präzisierung, DetailplanungGebäudetechnik

Erstellung Ausschreibungs-unterlagen Gebäudetechnik

Mitwirkung bei der VergabeGebäudetechnik

Objektüberwachung, Gebäudeaus-rüstung, ggf. baubegl. Optimierung

Abnahme, Übergabe, Dokum.Gebäudeausrüstung


Detailplanung

Grundlagenermittlung

Grundlage für die erste Planungs-phase bilden die Abstimmungen zwischen allen Beteiligten. Dabei werden die prinzipiellen Nutzungs-ziele und die jeweils zu übergeben-den Energiemengen festgelegt:

1 Nur Wärmeversorgung2 Nur Kälteversorgung3 Kombination Wärme- und Kälte-

versorgung4 Wärme- und Kältespeicherung

Neben den grundsätzlichen Nut-zungszielen müssen bereits in die-sem Planungsstadium Kennziffern der Heiz- und Kühlsysteme (Ziel-temperaturen, Wärme und Kühlleis-tungen, Jahresarbeitszahl etc.), die an die Geothermieanlage mit Wär-me- bzw. Kälteerzeugungsanlage angeschlossen werden sollen, mit dem TGA-Planer abgestimmt wer-den. Für die fachlich korrekte Anla-genauslegung können zusätzliche Untersuchungen oder Testarbeiten notwendig sein. Sie sind als geson-derte Leistungen zu betrachten und im Vorfeld mit dem Auftraggeber abzustimmen.

Planungsphasen

Aus den beschriebenen Zielvorga-ben und den durchzuführenden Recherchen und Untersuchungen zur Untergrundbeschaffenheit kön-nen dann die am jeweiligen Ein-

satzort anwendbaren geothermi-schen Nutzungsverfahren erarbeitet werden.

In der Ausführungsplanung werden abschließend die Abmessungen und Parameter sowie das Vorgehen bei der Errichtung der Anlage fest-gelegt, wie z.B.:

Wärme- bzw. Kälteerzeugungs-anlage (Wärmepumpe/KäIte-maschine)

Wirkungsweise, Leistungspara-meter (LeistungszahI)

Abmessungen, Anordnung, An-schlüsse an Heiz- und Kühlsyste-me, Anschlüsse an Geothermie-anlage etc.

Geothermieanlage Anordnung der Bohrungen Ausführung Verteilersystem Flächenbedarf für Ausführung Personalqualifi kation Material der einzubringenden

Sonden und Kollektoren Vorgehen und Materialeinsatz

bei Bohrlochverpressung Betriebsmittel für Kreislauf Prüfungen und Kontrollen der

Funktion

Vergabe/Realisierung

Konnte bei Geothermiesondenins-tallationen im Vorfeld kein Thermal Response Test (TRT) an einer Vor-bohrung durchgeführt werden, empfi ehlt es sich, diesen spätestens an der ersten ausgebauten Sonde

durchzuführen. Mit den ermittelten Parametern kann dann eine Simula-tion durchgeführt werden. Bei Bedarf ist die Planung anzupassen. Vor Inbetriebnahme geothermi-scher Anlagen, die zum Wärmeaus-tausch mit dem Boden Wärmeträ-gerfl uidkreisläufe mit Pumpen ver-wenden, ist das System i. d. R. mit einem geeigneten, fertig ange-mischten Wärmeträgerfl uid zu befühlen und anschließend zu ent-lüften. Zur Sicherstellung der Drucksicherheit ist eine Druckprü-fung aller Kreisläufe nach EN 805 zu dokumentieren. Desweiteren ist vor Inbetriebnahme die gleichmä-ßige Durchströmung der Geothermie-austauscher zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren. Zur Drucküberwachung ist am Geother-mieaustauschersystem ein Mano-meter mit Anzeige des zulässigen Druckbereichs zu installieren. Bei Einsatz eines Wärmeträgerfl uids ist das System gegen Flüssigkeitsver-luste zu sichern.

Der spätere Betreiber der Anlage wird von den Fachingenieuren in die Bedienung der Anlage, deren War-tung und Maßnahmen bei Störfällen eingewiesen.

Im Nachgang der Planung wird empfohlen, den Anlagenbetrieb zu prüfen und ggf. zu optimieren und das Nutzungsverhalten an die Geo-thermieanlage anzupassen bzw. auf die Anlage einzustellen.


Energiebedarf ermitteln

Wärme-/Kältebedarf ermitteln TGA

Aufgabenstellung klären/präzisieren TGA

Energie- und Leistungsbedarf, Art und Umfang ermitteln, Abstimmung mit Auftraggeber

TGA

Prüfen, ob Geothermie eine Alternative zu kon-ventionellen Systemen ist

TBA/TGA

Ergebnis: Geothermie ist eine (wirtschaftliche) AIternative zu konventionellen Systemen.

Machbarkeit prüfenVorprüfung der Genehmigungsfähigkeit

Prüfen der genehmigungsrechtlichen Situation TBA

Ermitteln von länderspezifi schen Anforderungen und behördlichen Aufl agen

TBA

Nutzungskonkurrenzen prüfen TBA

Ergebnis: Geothermienutzungsvarianten, die unter Beachtung der behördlichen Erfordernisse prinzipiell genehmi-gungsfähig sind.

Klärung Geologie, Hydrogeologie, Hydrologie (qualitativ) durch Recherche und Auswertung von Datenbanken und PIanungsunterlagen und -karten, Zusammenstellen von Daten

TBA

Auswertung von Berichten und Unterlagen, Extraktion von Daten

TBA

Plausibilitätsprüfung von Daten TBA

Zusammenstellung und Einschätzung der hydro-geologischen Standortbedingungen auf der Grundlage der verfügbaren Daten und Unterla-gen

TBA

Ermittlung von Projektrisikofaktoren TBA

Angaben zu thermischen und hydraulischen Umweltauswirkungen

TBA

Ermittlung Erkundungsbedarf/Testarbeiten TBA

Abschätzung relevanter geothermischer Unter-grundparameter (u.a. Wärmestrom /-leitfähig-keit des Bodens, Grundwasserverhältnisse, Grundwasserqualitäten)

TBA

Bedarfspräzisierung Wärme/Kälte, Anpassung Wärme/Kältebedarf an geothermisches Poten-zial

TGA

Ergebnis: Voreinschätzung des geothermischen Potenzials am Standort.

Grundlagenermittlung

Ggf. weiterführende Grundlagenermittlung/Testarbeiten

Ermittlung von Parametern (durch Probeboh-rungen mit Probeentnahmen und Untersuchun-gen von Boden- und Grundwasserproben, Geo-physik)

TBA

Planung und Ausführung von weiteren geotech-nischen/geophysikalischen Erkundungsarbeiten

TBA

Hydrogeologische Gutachten TBA

Ausführung von Umweltverträglichkeitsstudien TBA

Gründungskonzepte TBA

Hinweise auf Finanzierungsmodelle und Förder-möglichkeiten

TBA

Abstimmung mit fachlich Beteiligten, Überarbei-ten nach Bedenken und Anregungen

TBA/TGA

Ergebnis: Geothermienutzungsvarianten, die unter Beachtung der behördlichen Erfordernisse genehmigungsfähig sind und aufgrund der Voreinschätzung des geothermischen Potenzials am Standort als realisierbar eingestuft werden.


Fortschreiben der Grundlagenermittlung/Testarbeiten

Modellierung des Wärmeaustausches/der Tem-peraturverteilungen im Boden

TBA


TBA

Ergebnis: Wirtschaftliche Vorzugsvariante einer Geothermie-anlage am Standort.

Variantendiskussion (Art der geothermischen Energiegewinnung) und Vorschlag technisch machbarer Vorzugslösungen bzw. Aufzeigen von Ausschlussvarianten

TBA

Vordimensionierung der Geothermieanlagen und der diesbezüglichen Tiefbauarbeiten

TBA


TBA

Einschätzung der Randbedingungen (z.B. Platzangebot am Standort)

TBA

Einschätzung der Randbedingungen (z.B. Nutzungsverhalten)

TGA

Vorplanung Steuer- und Regeltechnik, Energie-verteilung

TGA

Vordimensionierung einer Vorzugsvariante der Geothermieanlagen basierend z.B. auf Simulati-onsergebnissen

TBA

Erstellung eines Funktionsschemas der gebäude-technischen Anlagen

TGA

Vorbemerkung der Gebäudetechnik TGA

Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen/Kostenschät-zung für Varianten

TBA/TGA

Abstimmung mit fachlich Beteiligten, Überarbei-ten nach Bedenken und Anregungen

TBA/TGA

Nachweis des thermisches Leistungsvermögen des Untergrundes bzw. der geothermischen Anlage durch Berechnungen auf der Basis der Datensammlungen aus den vorherigen Pla-nungsphasen

TBA

Vorgabe von Anzahl und Dimension der geo-thermischen Bauwerke (Geothermiesonden, -kollektoren, Brunnenanlagen, Energiefunda-mente etc.), der Wärme- bzw. Kälteerzeugungs-anlagen und der Messeinrichtungen

TBA/TGA

Ermittlung von Rechtsträgern/Eigentümern, Abstimmung mit Träger öffentlicher Belange TÖB, Vorbereitung der Bohrfreiheit

TBA

Auswahl und Dimensionierung der erforderli-chen Anlagenteile, Auslegung der Gebäudetech-nik

TGA

Erarbeiten der genehmigungsfähigen Kartier-ungen

TBA/TGA

Umsetzung des Konzeptes in Arbeitsschritte, Aufstellen von Bau- und Kostenplänen

TBA/TGA

Berechnung und Bemessung TBA

Aufstellung von Arbeitsschutz-/Sicherheitskon-zepten

TBA/TGA

Konzept eines Messprogramms zur Betriebsopti-mierung/Einregulierung der Geothermieanlage

TBA

Ergebnis: Entwurfsplanung einer Geothermieanlage am Standort.

Vorplanung Entwurfsplanung


Genehmigungs-planung

Vorbereitung der Vergabe

Ausführungs-planung

Mitwirkung bei der Vergabe

Verhandlungen mit Behörden TBA

Einholen der Betretungsgenehmigungen TBA/TGA

Erarbeiten von Anträgen auf Ausnahmen und Befreiungen

TBA/TGA

Erarbeiten des wasserrechtlichen Antrages TBA

Erarbeiten Bohranzeige TBA

Anzeige/Antragstellung bei den zuständigen Behörden

TBA

Baugenehmigungsplanung TGA

Ergebnis: Ausgearbeitete Antragsunterlagen und Anzeige/Antragstellung.

Festlegung der Bohransatzpunkte, Darstellung mit Einmessung und Bezugspunktfestlegung

TBA

Aufstellung der Leistungsparameter für Wärme- bzw. Kälteerzeugungsanlage, Festlegung Anschlussstellen

TGA

Aufstellung von Genauigkeitsvorgaben TGA

Wiederholung der Abstimmung mit Bauwerks- bzw. Anlagenplanes

TBA/TGA

Erstellung von Leistungsbeschreibung und Leis-tungsverzeichnis der Gebäudetechnik ab Haus-anschluss

TGA

Überarbeitung und Präzisierung des Entwurfs der Anlagenteile der Gebäudeausrüstung

TGA

Ausführungsreife Darstellung der Lösung TBA/TGA

Erstellung von Ablaufplänen und Sicherheits-koordinationsplänen

TBA/TGA

Ergebnis: Ausführungsreife Planung

Festlegung der Ausschreibungsart (öffentliche, beschränkte Ausschreibung, freihändige Vergabe)

TBA/TGA

Aufstellen von Verdingungsunterlagen, Anferti-gung von Leistungsbeschreibungen mit Menge-nermittlung, bestehend aus Baubeschreibung und Leistungsverzeichnis oder Leistungspro-gramm der Geothermieanlage

TBA

Aufstellen von Verdingungsunterlagen, Anferti-gung von Leistungsbeschreibungen mit Mengen -ermittlung bestehend aus Baubeschreibung und Leistungsverzeichnis oder Leistungsprogramm der Gebäudetechnik ab Hausanschluss

TGA

Aufstellen der Vertragsbedingungen TBA/TGA

Abstimmung der zeitlichen Koordination sowohl der Ausschreibung/Vergabe als auch der Bau-ausführung mit weiteren fachlich Beteiligten

TBA/TGA

Zusammenstellung der Verdingungsunterlagen Geothermieanlage und Gebäudetechnik bzw. Übergabe an Projektsteuerer/Architekt

TGA

Ergebnis: Ausschreibung

Einholen von Angeboten TBA/TGA

Prüfen und Werten der Angebote, Aufstellen Preisspiegel

TBA/TGA

Prüfen und Werten von Nebenangeboten (u. a. Änderungen Bohrtechnologie, Änderungen Dimensionierung der Anlagen)

TBA

Mitwirken bei Verhandlungen mit Bietern TBA/TGA

Fortschreibung Kostenberechnung/Kostenkon-trolle

TGA

Vorbereitung der Auftragserteilung, Erarbeitung Vergabevorschlag

TBA/TGA

Ergebnis: Vergabe


Begleitung der Bohrarbeiten (Einweisung Bohrtrupp, operative Entscheidungen zum Aus-bau/Bohrungsabbruch, ggf. Abnahme geother-mischer Anlagen)

TBA

Auswertung von Erkenntnissen aus den Bohrar-beiten

TBA

Koordinierung Unterlagenbereitstellung (Schich-tenprofi le, Bohr- und Verfüllungsprotokolle, MateriaInachweise für Rohrleitungen und Ver-füllstoffe, Druckproben)

TBA

Kostenfeststellung und -kontrolle TGA

Qualitäts- und Zeitplanüberwachung TGA

Mitwirkung bei Abnahmen, Druckproben und Materialbeprobungen

TBA

Koordinierung behördlicher Abnahmen

Überprüfung der Einhaltung der Leistungsbe-schreibung, der Vorschriften und der anerkann-ten Regeln der Technik

TGA

Koordinierung und Prüfung der technischen Änderungen

TGA

Begleitung der Aufmaßerstellung TGA

Zusammenstellung der Übergabeunterlagen (Schichtenprofi le, Bohr- und Verfüllungsproto-kolle (wenn Verfüllung vorgeschrieben), Materi-alnachweise für Rohrleitungen und Verfüllstoffe, Druckproben, Bedienungshandbücher)

TBA

Ausfertigung und Beurkundung des bergmänni-schen Risswerkes

TBA

Einreichung der Dokumentation bei der zustän-digen Behörde

TBA

Datenübernahme in Datenbank TGA

Inhaltliche Auswertung der Daten TGA

Mitwirken beim Erstellen von Bedienungsanlei-tungen und beim Einweisen des Nutzers

TGA

Mitwirkung bei Inbetriebnahme TGA

Abnahme, Übergabe, Dokumentation TGA

Mängelfeststellung, Überwachen der Mängelbe-seitigung

TGA

Ergebnis: Ausführung der Leistungen nach Planungsvorgabe

Inbetriebnahme, Anpassung Nutzungsverhalten, Begleitung der Einregulierungsphase

TBA/TGA

Ergebnis: betriebsfähige Anlage

ObjektüberwachungObjektbetreuung und

Dokumentation


Schon bei der Planung einer Anlage zur Nutzung der oberfl ächennahen Geothermie muss auch an den späte -ren Rückbau der Anlage gedacht werden. Bei Stilllegung ist darauf zu achten, dass von allen im Bau-grund verbleibenden Anlagenteilen auch langfristig keinerlei direkte oder indirekte Umweltgefährdung ausgeht.

Das in den Wärmeaustauschern befi ndliche Wärmeträgerfl uid ist mit Frischwasser auszuspülen und fachgerecht zu entsorgen. Wärme-austauscherrohre können, wenn sie ungiftig und aus korrosionsbestän-digem Material sind, im Baugrund verbleiben. Sie sind dann aber dau-erhaft, vollständig und dicht mit einem geeigneten Material zu ver-

Stilllegung

füllen. Ist nicht auszuschließen, dass von den Wärmeaustauscher-rohren langfristig eine Umwelt-gefährdung ausgeht, sind diese zu ziehen und der entstehende Hohl-raum schichtengerecht zu verfül-len. Der Rückbau von Geothermie-austauschern ist der zuständigen Genehmigungsbehörde anzuzei-gen.


Konzeption und Beratung

Planung AusführungGebäude-nutzung

simply more

Uponor bietet seinen Kunden Qualität, aktuellstes Know-how, Service und eine langfristig angelegte Partnerschaft. Als eines der führenden Unter-nehmen im Bereich der Haus- und Versorgungstechnik sind wir für Lösungen bekannt, die Lebenswelten zum Wohlfühlen schaffen.

Unsere Philosophie des „Simply More“ umfasst die Begleitung in allen Projektphasen – vom ersten Entwurf bis zur Gebäudenutzung.

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Ti geothermie 1059110 06 2012

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