Geothermie / Erdwärme
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Und
so funktioniert es...
1. Erdreich als Wärmequelle
Die Erde speichert täglich eingestrahlte
Sonnenenergie. Sie wird entweder direkt in Form von Einstrahlung oder
indirekt in Form von Wärme aus Regen und Luft vom Erdreich aufgenommen.
Die im Erdreich gespeicherte Wärme wird über senkrecht verlegte
Wärmetauscher sog. Erdsonden oder über Horizontalabsorber
(Kapillarrohrmatten) gesammelt.
Die Sondenlöcher werden mit moderner Technik auf Bohrtiefen bis max.
100m unter Geländeoberkante abgeteuft.
Bei Bedarf kann die Sondierlänge auf mehrere Bohrungen aufgeteilt
werden.
Danach werden die Sonden aus PE-Rohr eingesetzt und mit einem
Thermozement (Zement-Bentonit-Suspension) verpresst.
Dieser Einbauschritt ist sehr wichtig, damit die Wärmezufuhr zur
Erdwärmesonde gewährleistet ist. Bei nicht ordnungsgemäßer Verfüllung
kann sich die Leistung der Erdwärmeanlage um bis zu 30% verringern.
Die Kapillarrohrmatten werden in horizontal in Bodentiefen von ca. 1,00m
bis 1,20m unter Geländeoberkante eingebaut. Ober- und unterhalb wird ein
skelettloser Füllsand eingebaut, um Schäden beim Wiedereinbau des
Bodenaushubes zu vermeiden. Die Rohrleitungen der Kapillarrohrmatten
werden in einem Schacht zusammengeführt und über Anbindeleitungen an die
Wärmepumpe angeschlossen.
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Dauerhaft niedrige Heizkosten mit
Erdwärmetechnik
Erdwärmepumpe in einem Effizienzhaus 55
nach EnEV 2014
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2. Funktionsprinzip der Erdwärmepumpe
Die Wärmepumpe erschließt die in
Wasser, Erdreich oder Luft gespeicherte Sonnenenergie und gibt diese
zusammen mit der elektrischen Antriebsenergie (für die Wärmepumpe) an
den Heiz- bzw. Warmwasserkreislauf ab.
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Das Erdreich kann als Wärmequelle
auch genutzt werden. Auf dem Grundstück wird eine Tiefenbohrung mit ca.
60 bis ca. 100 Meter und ca. 16 cm Durchmesser niedergebracht. In diese
wird eine Erdsonde eingelassen, durch welche die
Wärmeaustauschflüssigkeit (sog. Sole) zirkuliert. Die Sole nimmt die
Temperatur des Erdreichs auf.
Die damit über die Sole gewonnene Wärme wird durch die Wärmepumpe an die
Heizkreise abgegeben. Die abgekühlte Sole fließt in den Kreislauf
zurück. Das Erdreich selbst regeneriert sich durch Anpassung an das
umgebende Gestein, dessen Temperatur in der Tiefe nach der
geothermischen Tiefenstufe 3° C pro 100m ansteigt. Die mögliche
Entzugsleistung wird mit 47W/Bohrmeter angesetzt.
Da ab einer Tiefe ab 100m das zur Genehmigung erforderliche Bergbaurecht
zum Tragen kommt, werden Sonden meist nicht Tiefer als 99m gebohrt womit
die Genehmigung der unteren Wasserbehörde obliegt. |
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Der Energietransfer verläuft
technisch-physikalische gesehen in 4 Phasen mittels eines
thermodynamischen Kreisprozesses ab. Ein sehr entscheidendes Element ist
in diesem Prozess das Kältemittel. Es muß die Eigenschaft haben, bei
niedrigen Temperaturen seinen Aggregatzustand (Verdampfen, Komprimieren,
Verflüssigen, Expandieren) unter Aufnahmen bzw. Abgabe von Energie in
Form von Wärme ändern zu können. Nach dem selben Prinzip entzieht auch
ein Kühlschrank seinem Inneren die Wärme und gibt diese dann nach außen
ab.
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1.
Phase
Im Verdampfer nimmt das Arbeitsmittel Wärmeenergie aus der
Umgebung auf und verdampft hierdurch bei niedriger Temperatur (z.b.
+2°C).
2.
Phase
Im Kompressor wird der Druck des gasförmigen Arbeitsmittels
erhöht (z.B. auf 15 bar). Dabei steigt die Temperatur des Arbeitsmittels
erheblich (z.B. auf +60°C). Der Kompressor verrichtet Arbeit und
benötigt mechanische Antriebsenergie für seinen Motor (aus Strom, Gas
oder flüssigem Kraftstoff).
3.
Phase
Im Kondensator ändert das Trägermittel seinen Aggregatzustand:
gasförmig / flüssig. Die dabei freiwerdende Kondensationswärme geht in
das Wasser des angeschlossenen Heizkreislaufes.
4.
Phase
Im Expansionsventil fällt der Druck des Arbeitsmittels stark ab.
Gleichzeitig sinkt die Temperatur (z.B. wieder auf +2°C), und der
Kreislauf kann von neuem beginnen. |
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3. Effizienz der Wärmepumpe
Werden die Temperaturen
und die Druckverhältnisse entsprechend den Bedingungen der
Wärmequellenanlage und des Heizsystems eingestellt, können mit der
Wärmepumpe mehr als 75% der benötigten Energie aus der Umwelt (Erde)
gewonnen werden. Diese Effizienz kann mit der Leistungszahl COP (Coefficient
of performance) ausgedrückt werden.
COP =
Heizleistung : elektrische Leistung
Einfacher
ausgedrückt ergibt 1 Kilowatt-Stunde elektrische
Energie mittels
Wärmepumpe und unter Nutzung von
Erdwärme etwa 4 Kilowatt-Stunden
Heizenergie.
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4. Gründe für die Nutzung von Erdwärme
- Geothermie ist eine einheimische und umweltfreundliche
Energiequelle. Sie ist Luftschadstoff und CO2 neutral und ist somit ein
idealer Ersatz für fossile Energieträger.
- Geothermie ist permanent und überall verfügbar. Sie wird nicht
von klimatischen Schwankungsbereichen von z.B. Jahres- oder
Tageszeit beeinflusst.
- Geothermie wird, da sie für die menschliche Vorstellungskraft
unerschöpflich ist, zu den erneuerbaren Energiequellen gerechnet.
Die Nutzung der Geothermie kann die Energie Bedürfnisse der heutigen
Generation befriedigen, ohne dadurch die Möglichkeiten künftiger
Generationen zu beeinträchtigen. Somit handelt es bei der Geothermie
um eine «nachhaltige»
Energiequelle.
- Sie benötigen keinen Gasanschluß, kein Öllager und sind damit zu
100% unabhängig von teuren fossilen Energieträgern. Sofern Sie
keinen Kamin in Ihrem Haus befeuern wollen, können Sie sogar auf
einen Schornstein verzichten.
- Geothermalsonden sind Platz sparend und an der Erdoberfläche
kaum sichtbar.
- Die Nutzung von Erdwärmepumpen kann im Verhältnis zu
konventionellen Anlagen um bis zu 70% günstiger sein.
- Sie erhalten ein zuverlässiges Wärmesystem, welches ein Leben
lang nahezu wartungsfrei arbeitet.
- Sie können mit der Erdwärmetechnik in den Wintermonaten heizen
oder in den Sommermonaten kühlen.
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