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Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten TN © 2016 Einführung in die Oberflächennahe Geothermie Dr.-Ing. Timo Krüger Ingenieurgesellschaft Heidt + Peters mbH Titelmasterformat durch Klicken bearbeiten EINFÜHRUNG IN DIE OBERFLÄCHENNAHE GEOTHERMIE

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Einführung in die Oberflächennahe Geothermie

Dr.-Ing. Timo Krüger

Ingenieurgesellschaft Heidt + Peters mbH

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1. Grundlagen

2. Projektphasen

3. Bemessung und Auslegung von Sondenfeldern

4. Mehrwert durch Regeneration

5. Fazit

Gliederung

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1. Grundlagen

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■ Temperatur an der Erdoberfläche variabel

■ Jahreszeitliche Beeinflussung bis ca. 10-15 m

■ Geothermischer Gradient ca. 3°C/100 m

■ Wärmetransport im Untergrund über

■ Wärmeleitfähigkeit des Gesteins

■ Abhängig von Gesteinsart und Wassersättigung

■ Grundwasserstrom

Quelle: Geoberichte 24, LBEG

Geothermie – Erdwärme

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Quelle: Nutzung von Erdwärme in Brandenburg, ETI

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■ Oberflächennahe Geothermie 0- 400 m

■ Temperaturen zwischen 10° C und 20 ° C

■ Wärmepumpe erforderlich

■ Mitteltiefe Geothermie 400 bis 1.000 m

■ Temperaturen von rund 20 bis 50 °C

■ Direkte Nutzung zu Heizzwecken

■ Tiefe Geothermie > 1.000 m

■ Temperaturen über 200 °C möglich

■ Stromerzeugung möglich

Definition

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Erschließung oberflächennaher Geothermie

Erdsonde

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Erschließung oberflächennaher Geothermie

■ Weiter Möglichkeiten der Erschließung ist die geothermische Aktivierung der Gründung oder erdberührender Bauteile

■ Energiepfähle

■ Schlitzwände

■ Spundwände

■ Schachtbauwerke

■ Tunnel

■ …

Erdsonde

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Sondenfelder

■ Durch die Kombination mehrerer Sonden wird die Leistungsfähigkeit erhöht

■ Die Anordnung bestimmt dabei die Funktion

■ Offene, gestreckte Anordnung erhöht den Wärmetransport

■ Kompakte Anordnung erhöht die Wärmespeicherung

■ Sondenfelder können überbaut werden

offene, gestreckte Anordnung Kompakte Anordnung

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2. Projektphasen

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Bedarfsplanung Detailplanung Ausführung

Projektphasen

I. Machbarkeit II. Auslegung III. Ausführung

StandortbeurteilungVordimensionierung

Variantenentwicklung

WirtschaftlichkeitGenehmigungsfähigkeit

GRTModellsimulation

Konkrete Dimensionierung

Genehmigungsreife PlanungKostenberechnung

AusschreibungBauüberwachung

Fachtechnische Abnahme

Funktionierendes Bauwerk

Gründliche Vorerkundung Konkrete Messungen (Pumpversuch, Geothermal Response Test) Gewissenhafte Dimensionierung Fachkundige Ausschreibung und Bauüberwachung

sind elementare Bausteine für eine wirtschaftliche Projektabwicklung

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3. Bemessung und Auslegung von Sondenfeldern

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■ Kleine Anlagen

■ bis 30 kW, reiner Wärmeentzug

■ Bemessung nach standardisierten Richtwerten, z.B. VDI 4640

■ Maßgeblich ist die spezifische Entzugsleistung des Untergrundes in W/m

■ Mittelgroße Anlagen

■ 30 bis 100 kW, Heizen und Kühlen

■ Bis 2.000 Gesamtsondenmeter bzw. <20 m³/h

■ Geothermal Response Test sinnvoll

■ Temperaturentwicklung durch Simulationsrechnung

■ keine Berücksichtigung des Grundwasserströmung

■ Große Anlagen

■ ab 100 KW, Heizen und Kühlen

■ Geothermal Response Test erforderlich

■ Bemessung durch numerische Simulation

■ Direkte Berücksichtigung des Grundwasserstroms

Bemessungsverfahren abhängig von der Leistung

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■ Kollektoren meist bei kleineren Heizleistungen kostengünstiger, haben jedoch einen hohen Flächenbedarf (keine Überbauung/Verschattung)

■ Erdwärmesonden erschließen tiefere Erdschichten und haben einen geringeren Flächenbedarf

■ Regeneration entscheidend:

■ Während der Heizperiode kühlen die Sondenfelder den Untergrund aus

■ Außerhalb der Heizperiode regeneriert sich der Untergrund durch Zustrom aus den umliegenden Erdschichten passive Regeneration

■ Die Größe des Erdsondenfeldes wird nicht direkt vom Wärmeentzug, sondern vom "Nachströmen" der Wärme bestimmt. Das Sondenfeld darf über die Jahre nicht auskühlen

■ Aktive Regeneration, d.h. Einleitung von Wärme reduziert die Größe des Sondenfeldes und damit die Investitionskosten

Auslegung von Sondenfeldern

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4. Mehrwert durch Regeneration

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■ Regeneration des Sondenfeldes über Solarabsorber

■ Speicherung von Sonnenenergie für die Heizperiode

■ Günstige Variante zur Reduzierung der Größe des Sondenfeldes

■ Kein Nutzungsvorteil

■ Regeneration des Sondenfeldes durch Gebäudekühlung

■ Nutzung der kühlen Sole zur passiven, energiesparenden Gebäudekühlung oder IT-Kühlung

■ Speicherung der zur Kühlung entzogenen Energie für die Heizperiode

■ Vorteil der energie- und kostenoptimierten Klimatisierung

■ Regeneration des Sondenfeldes aus anderen Quellen z.B. BHKW Kühlung

■ Kombination der Energielieferanten BHKW und Geothermie

■ Speicherung der Überschusswärme des BHKW im Sommer

Aktive Regeneration – Speicherung von Wärme im Sondenfeld

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Auslegung von Sondenfeldern

Simulation über 30 Jahre nur Heizen Simulation über 30 Jahre Heizen + Kühlen

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■ Simulation des Temperaturverlaufs über 20 bis 30 Jahre schafft Investitionssicherheit und eine Optimierung der Investitionskosten

■ Vergleich zweier identischer Sondenfelder mit unterschiedlicher Nutzung

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5. Fazit

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Fazit

■ Geothermie ist umweltfreundlich, nachhaltig und sicher

■ Die Einsatzmöglichkeiten für Geothermie sind vielfältig

■ Eine gute Konzeption ergibt wirtschaftliche Lösungen

■ Kompetente Planung sichert die Investitionskosten

■ Zusammenspiel verschiedener Fachplaner erforderlich

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Dr.-Ing. Timo Krüger

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