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1
Dipl.-Ing. Fritz NüßleGeschäftsführer
ZENT-FRENGER GmbH Heppenheimfritz.nuessle@zent-frenger.de
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden und wirtschaftlichen
Energieversorgung
inHaus-Forum 2008Duisburg 6. November 2008
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Geothermische Wärme- und Kälteversorgung
Oberflächennahe Geothermische Quellen
Jahresenergiebilanz
Ausführungsbeispiele -Wirtschaftlichkeit
Energienutzung im Gebäude
Zusammenfassung
Gliederung
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
48608002008 Bürogebäude K
564014002008 Bürogebäude W
30506001988 Bürogebäude K
1267018001988 Bürogebäude WkWh/m²aW/m²h/aW = Wärme | K = Kälte
Jahres-Wärme-/
Kühlarbeit
Flächenbez. Wärme-/
Kühlbedarf
Jährliche Vollbenutzungs-
stunden
Typisches Bauobjekt
Kühl- und Heizbedarf haben sich signifikant verändert und gleichen sich tendenziell an!
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Kühl/-Heizdecken
Erdwärmesonden
Wärmepumpe
Energienutzung
Energiegewinnung aus oberflächennaher
Geothermie
Energiebereitstellung
Bauteilaktivierung
Geothermische Wärme- und Kälteversorgung
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Erstellung TGA - Konzept
TGA - Planung
Erschließung Geothermie Energieverteilung Nutzenübergabe
Flächensysteme MSR - Konzept
Architektur Bauplanung
Bodengutachten / geothermisches
Gutachten
Gründungskonzept Geotechnik / Statik
Geothermische Simulation Baugrund
Überschlägige Ermittlung Heiz-
Kühlbedarf
Thermische Gebäudesimulatio
n (bei Bedarf)
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Geothermische Energie aus Erdwärmesonden
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Geothermische Energie aus erdberührten Betonfundamenten
Das Erdreich wird mit Hilfe einer Bohrschnecke gefördert, nach Einbringen des mit Kunststoffrohren bestückten Bewehrungskorb wird der Hohlraum mit Beton verfüllt und verdichtet.
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Flachkollektor unterhalb der Sohlplatte als thermische Energiequelle - Samsung Korea -
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Der Baugrund als saisonaler Thermospeicher
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Geothermische Wärmepumpe Heiz- und Kühlbetrieb
Wärme- und Kältemengen, Temperaturen Heizbetrieb mit WP, Kühlbetrieb direkte Kühlung
tin/out Geothermie + VL-Temp. Gebäude
-5
0
5
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15
20
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30
35
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
[h]
t [°C]
Tfout [°C]Geothermie
T_VL [°C]Gebäude
Tfin [°C]Geothermie
Wärme- und Kältemengen zum Gebäude
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-40
-20
0
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40
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80
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
[MWh]
WärmebedarfWärmeangebotKältebedarfKälteangebot
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
tin/out Geothermie + VL-Temp. Gebäude
-5
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5
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25
30
35
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
[h]
t [°C]
Tfout [°C] Geothermie
T_VL [°C] Gebäude
Tfin [°C] Geothermie
Wärme- und Kältemengen zum Gebäude
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-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
[MWh]
Wärmebedarf
Wärmeangebot
Kältebedarf
Kälteangebot
Geothermische Wärmepumpe Heiz- und Kühlbetrieb
Wärme- und Kältemengen, Temperaturen Heizbetrieb mit WP, Kühlbetrieb direkte Kühlung + mech. Kühlung
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Kondensator 1
Scroll-VerdichterR407 C
Kondensator 2
Verdampfer
Erdwärmesonden
PUS
PUS
TWW-Bereiter
M
M
M
M
M
Einfüllrohr
Distanzhalter
Vor- und Rücklauf
Gewicht
uniVersa-Haus Freiburg
Bürofläche 3600 m²Heizleistung 117 kWHeizarbeit 221 MWh/aKühlleistung 120 kWKühlarbeit 180 MWh/aEnergiequelle 15 St Erdsonden75 % Geothermie
25 % Elektroenergie
100 %Wärme
und Kälte
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
HNF 8.000 m²thermoaktive Betondecken Gründungspfähle 118 StGeothermische Wärmepumpe
HNF 3.720 m²thermoaktive Betondecken Gründungspfähle 144 StGeothermische Wärmepumpe
Düsseldorf, Kaistr. 13
Ettlingen, LVM Münster
Ausführungsbeispiele
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Drees & Sommer StuttgartBürogebäude 3550 m² BGFmonovalente Energieversorgung18 Erdwärmesonden, WärmepumpeBetonkerntemperierung, Kühldeckenmechanische Raumlüftungsanlage
Bezug März 2002
Kreissparkasse TübingenBürogebäude 14.000 m² BGFbivalente Energieversorgungüber 169 St. Energiepfähle geothermische WärmepumpeBetonkerntemperierung, Kühldeckenmechanische Raumlüftungsanlage
Heizleistung 225 kWKühlleistung 170 kWBezug März 2005
Ausführungsbeispiele
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Bürogebäude 1.950 m² BGFmonovalente Energieversorgung19 St. Erdwärmesonden geothermische WärmepumpeBetonkerntemperierung, KühldeckenHeizleistung 100 kWKühlleistung 60 kWBezug März 2006
Ausführungsbeispiel
Rathaus Weilheim / Teck
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Industriehalle
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Hydraulisch umschaltbare Wärmepumpen zum
Heizen – Naturalkühlen – maschinelles Kühlen,
Parallelbetrieb Heizen und Kühlen
integriertes Hydraulikmodul,
MSR in SPS-Technik
internetbasierte
Prozessvisualisierung
Fernwartung.
Geothermische Energiezentrale GEOZENT®
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
technische Daten - inHaus 2
Technische Daten GEOZENT• Heizleistung 72 – 100 kW• Kühlleistung 58 – 85 kW• elektr. Leistung max 18,6 kW• Heiz COP (ohne UP) 4,7 • Kühl COP (ohne UP) 5,6• COP Naturales Kühlen 20• Kältemittel R407c• Alle Pumpen Klasse 1
Erdwärmesondenanlage• 12 St. Erdwärmesonden• Teufe 120 m• Bohrdurchmesser 160 mm• Doppel-U-Rohrsonden• Umwälzvolumen 14 m³/h
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Temperaturaufzeichnungen aus der Messbohrung inHaus2
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Berechnungsbeispiel Wirtschaftlichkeit
221MWh/aEntzugsarbeit - Heizfall180 MWh/aWärmesenke - Kühlfall
18COP bei direkter Kühlung
Kühlbetrieb Tags (RSE)Heizbetrieb Tags (RSE)
4,7Mittlerer COP ohne Pumpen3,98Mittlerer COP ohne Pumpen
4,9 kWEl. Leistungsaufnahme WP27,0 kWEl. Leistungsaufnahme WP
23 kWKühlleistung der RSE74 kWHeizleistung der RSE
19,7 kWEl. Leistungsaufnahme WP27,0 kWEl. Leistungsaufnahme WP
80 kWKühlleistung der BKT118 kWHeizleistung der BKTKühlbetrieb Nachts (BKT)Heizbetrieb Nachts (BKT)
Technische Daten Geothermische Wärmepumpe
2.650 m²Beheizte / gekühlte HNF:3.600 m²Nutzfläche:
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Energiekostenvergleich mit Preisen von 2002Variante A Variante B Variante C Variante D
mit Kältemaschine mit KühlungKosten Gas-Brennwertkessel Gas-Brennwertkessel Erdsonden-Wärmepumpe Erdsonden-WärmepumpeKapital 5.287 13.415 13.311 15.707Betrieb 1.893 2.554 1.833 2.063Energie 9.931 18.093 7.416 10.217
Jahreskostenvergleich
05.000
10.00015.00020.00025.00030.00035.00040.000
Gas-Brennwertkessel
Gas-Brennwertkessel
Erdsonden-Wärmepumpe
Erdsonden-Wärmepumpe
mit Kältemaschine mit Kühlung
Variante A Variante B Variante C Variante D
Kos
ten
in €
/a
EnergieBetriebKapital
nur heizen nur heizen
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Ökobilanz
252 198 28Gas Geo WP Gas von bis
Heizen (Jahr) kWh 266.000 161.000 t/a 67 32 5 35 63Kühlen (Jahr) kWh 196.000 73.000 t/a 49 14 2 35 47
Gesamt kWh 462.000 234.000 t/a 116 46 7 70 110GaskesselGeo-WP-Sole: StrommixGeo-WP-Sole: Regenerativ
Geo WP
EinsparungCO2-Äquivalent [g/kWh]Gas - Geo WPÖkobilanz
Primärenergieverbrauch
35
35
63
47
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
CO2-E
insp
arun
g [t/
a]
Strommix Regenerativ
ÖkobilanzVariante D gegenüber B
Kühlen (Jahr)Heizen (Jahr)
Variante B: Gas-Brennwertkesselzentrale Heizungs-/ WasserversorgungNiedertemperatursystem mit Kühlung
Variante D:Erdsonden-Wärmepumpe zentrale Heizungs-/ WasserversorgungTAD-System mitKühlung
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Berechnungsbeispiel Bürogebäude 500 m² Nutzflächenur Heizbetrieb Preise 2008
relative Energieverbrauchskosten - Basis aktuelle Bezugspreise
0%
20%
40%
60%
80%
100%
ÖlheizungGasheizungFernwärmeGeo Wärmepumpe
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Oberflächennahe Geothermie heute …
steigende Nachfrage nach ganzheitlichen Konzepten für Heizen + Kühlen mit erneuerbarer Energie
bei Baufachleuten noch weitgehend unbekannte Technik
fehlende interdisziplinäre Zusammenarbeit
komplizierte förderale Förderpolitik
vermutete behördliche Auflagen schrecken ab
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Geothermie in der Gebäudetechnik für …
• Niedertemperatur Flächenheizung / -kühlung mit umschaltbarer Wärmepumpe
• naturale Gebäudekühlung
• naturale Luftvorkühlung
• Wärmesenke für Kühlprozesse
• Luftvorwärmung mit/ohne Wärmepumpe
• Trinkwasser Erwärmung (bis ca. 55 °C)
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Energienutzung im Gebäude
Niedertemperaturflächenheizsysteme(kleine Temperaturunterschiede zwischen Wärmeträgermedium und Raum)
Kühl-/Heizdecken• lichtreflektierend
• schallabsorbierend
• schnell reagierend
Betonkerntemperierung• speicherbasierend
• selbstregelnd
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Zusammenfassung
• Geothermie ist die sichere Basis zur wirtschaftlichenVersorgung von Gebäuden mit Heiz- und Kühlenergie
• CO2 Vermeidung ist nachhaltiger Klimaschutz
• mit Geothermie gelingt Ausstieg aus der Kostenfalle für Heizung und Kühlung
• ganzheitliche Systemtechnik ist Voraussetzung für den Erfolg
• Interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen denPlanungsparteien ermöglicht noch viele Anwendungen
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Geothermie - Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden, wirtschaftlichen Energieversorgung
Auszug ReferenzenKai 13 Düsseldorf144 Energiepfähle
uniVersa Haus Freiburg15 Erdwärmesonden
DreesSommerStuttgart18 Erdwärmesonden
Skyper FrankfurtEnergiepfähle
Entory AG Ettlingen114 Energiepfähle
Buhlmann BremenEnergiepfähle
T.I.M.E. Port BremenEnergiepfähle
VGH LüneburgEnergiepfähle
Polizeidirektion MettmannEnergiepfähle
KSK TübingenEnergiepfähle
Südleasing StuttgartEnergiepfähle
Rosenparkresidenz Stuttgart Erdwärmesonden
Fraunhofer DuisburgErdwärmesonden
8 Jahre Erfahrung -bundesweit > 80 Objekte
Zusätzl. mit Geozent Wärmepumpe - ZF Flächensysteme - Heiz-/ Kühldecken
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Vielen
Dank
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