dr.-ing. helmut hoffmann leiter des amtes für technischen umweltschutz des rhein- sieg-kreises...
TRANSCRIPT
Dr.-Ing. Helmut HoffmannLeiter des Amtes für Technischen Umweltschutz des Rhein-
Sieg-KreisesKaiser-Wilhelm-Platz 1, 53721 Siegburg Tel: 02241-132310
Fax: 02241-132218E-Mail: [email protected]
Nutzung von Erdwärme in Hennef
Vortrag am 26-März 2008 in Hennef
Erdwärmesonden-Wärmepumpen Komplexes Gesamtsystem
Einordnung:
Die Wärmepumpe als ein möglicher, regenerativ gespeister Wärmeerzeuger
Das Erdreich als eine mögliche Wärmequelle
Erdwärmesonden als eine mögliche Technik
Aber auch komplexes Wechselspiel zwischen: Gebäude Wärmebedarf Heizsystem Wärmepumpe Erdwärmesonden Erdreich
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Erhoffte Eigenschaften von Erdwärmesonden-Wärmepumpen-Anlagen:
• technisch ausgereift
• versorgungssicher
• leicht handhabbar
• wartungsarm
• sauber und ungefährlich
• ökologisch vorteilhaft
• sparsam und wirtschaftlich
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Ausgangslage und Zielsetzungdes Projekts
Sinnvolle Anwendungsgebietefür Wärmepumpenheizanlagen
… vor allem für kleine Gebäude (EFH, 2FH, Kindergärten) und für zu klimatisierende Gebäude (Büros/Verwaltung, Museen, …)
... in Verbindung mit Niedertemperaturheizsystemen (Fußbodenheizung, Deckenheizung, Wandheizung)
… vor allem in Neubauten
… vor allem bei Verdrängung von Heizöl
… bei einem günstigen Strombezugspreis
… an emissionssensiblen Standorten (Kurorte, Innenstädte)
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Geothermische Nutzungssysteme
• Erdwärmekollektoren
• Zweibrunnensystem
• Flache Erdwärmesonde
Geothermische Nutzungssysteme
• Erdwärmekollektoren
Quelle: LFU Bayern
Geothermische Nutzungssysteme
. Zweibrunnensystem
Quelle: www.geothermie.de
Geothermische Nutzungssysteme
• Flache Erdwärmesonde
Quelle: Deutsche geophysikalische Gesellschaft
Geothermische Nutzung im Rhein-Sieg-Kreis
Über 1000 Anlagen
Genehmigte Erdsonden im Rhein-Sieg-Kreis für den Zeitraum 01.01.2004-20.06.2008
0
10
20
30
40
50
60
70
Alfter
Bad H
onne
f
Bornhe
imEito
rf
Hennef
Königs
winter
Lohm
ar
Mec
kenhe
imM
uch
Neunkir
chen
-See
lscheid
Niede
rkas
sel
Rheinba
ch
Ruppich
tero
th
Sankt
Augus
tin
Siegbu
rg
Swistta
l
Troisd
orf
Wach
tber
g
Wind
eck
Kommune
An
zah
l
Geothermische Nutzung in Hennef
• 82 Anlagen
davon
• Erdsonden 77
• 2-Brunnensystem 1
• Erdkollektoren 4
Geothermische Potential in Hennef
Quelle: Geologischer Dienst NRW
Geothermische Potential in HennefFlächeninfo
Genehmigungsgrundlagen
Vereinfachtes Verfahren nach § 44 LWG Voraussetzungen:• für Erdwärmepumpen außerhalb
Wasserschutzgebieten• für Anlagen mit einer Leistung < 50 kJ/s(=50 kW)• bei Bohrtiefen < 100 m • Unbelastetes Grundwasser
Genehmigungsgrundlagen
Vereinfachtes Verfahren nach § 44 LWG
Bedingungen:
1. Antrag gemäß Formblatt
2. Anlagen Bescheinigungen eines qualifizierten Unternehmens über Auswirkungen und Errichtung
Genehmigung gilt als erteilt, wenn keine Ablehnung innerhalb drei Monate nach Eingang erfolgt Durchschnittliche Bearbeitungsdauer 3-6 Wochen
Erlaubnis für 25 Jahre
Genehmigungsgrundlagen
Standardverfahren mit Genehmigung• Antragstellung wie bei dem vereinfachten
Verfahren• Erlaubnis mit Nebenbedingungen
Wasserschutzzonen in Hennef
Erfahrungswerte aus Baden-WürttembergDie typische Klein-Anlage (EWS und WP-
Anlage)• Ø 2,2 (1 bis 5) Doppel-U-Rohr-Sonden
mit Ø 88 m (30 m bis 200 m) Sondenlänge
• Ø Inbetriebnahme Wärmepumpe Anfang 2004 (1997 bis 2007)
• Heizleistung Wärmepumpe Ø 12,5 kW (1 kW bis 30 kW)
• > 50 % der Anlagen mit Elektro-Heizstab (Ø 6,7 kW Heizleistung)
• 85 % der Anlagen mit Pufferspeicher (Ø 560 Liter Volumen)
• 90 % der Anlagen mit Warmwasser-Erwärmung über Wärmepumpe
• 12 % der Gebäude auch über WP klimatisiert / gekühlt
• 96 % der Anlagen mit Sondervertrag für Strombezug
• Jahresstromverbrauch Ø 7.000 kWh (aus 121 Angaben)
• 9 % der Anlagen mit Wärmezähler (Unterlagen selten auswertbar)
• 22 % der Gebäude mit zusätzlicher solarthermischer Anlage(Ø 10 m2 Kollektorfläche) aus Ø 2002
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Verwendete Wärmeträgerflüssigkeiten
• Überwiegend Wasser-Glykol (Glykolanteil 3 % bis 40 %)
• 5 Anlagen mit reinem Wasser (in unterschiedlichen Landkreisen)
• 3 Anlagen mit CO2 oder Propan (2 davon im LK Heilbronn)
• 2 Anlagen mit Kaliumcarbonat (beide im LK Breisgau-HSW)
• 1 Anlage mit Kochsalzlösung (im LK Heilbronn)
• Insgesamt 28 Anlagen (23 %) in Wasserschutzgebieten, davon:
– 19 Anlagen mit Wasser-Glykol (Glykolanteil 3 % bis 40 %)
– 4 Anlagen mit reinem Wasser
– 2 Anlagen mit Kaliumcarbonat
– 1 Anlage mit einer Kochsalzlösung
– 2 Anlagen ohne Angaben zur Wärmeträgerflüssigkeit
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Wärmepumpenheizleistung
über Wohnfläche
0
5
10
15
20
25
30
35
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Wohnfläche in m2
Wä
rme
pu
mp
en
he
izle
istu
ng
in
kW
reines Wasser (5 Anlagen) sonstige Wärmeträgerflüssigkeiten
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Risiken und Probleme
Grundwasserschutz• Vorab-Aufklärung über Risiken: 50 %
• Vertreter Untere Wasserbehörde bei Bohrung anwesend: 20 %
• Bei 1 Anlage zeitweise Vereisung/Hebungen/Setzungen des Erdreichs
im Bereich der Zuleitungen (nach Erweiterung der Anlage behoben)
• Bei 1 Anlage Probleme durch Anbohren eines Artesers
• Bei ≥ 1 Anlage Verwendung nicht genehmigter Hinterfüllmaterialien
• Bei 4 Anlagen Sondenrücklauftemperatur < 0°C, bei 1 Anlage dauerhaft
• In Einzelfällen Niederbringung weiterer Bohrungen
• Nachfüllen von Wärmeträgerflüssigkeit:
18 % (meistens 1 x, 1 mal 2 x, 1 mal 3 x; von 0,5 Liter bis 20 Liter)
• Schichtenverzeichnis an LGRB übermittelt: > 81 %
• Leitfaden des Landes weitgehend unbekannt
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Risiken und Probleme
Anlagenauslegung und -effizienz• Probleme bei Planung (12 %), Genehmigung (17 %), Errichtung (23 %),
Inbetriebnahme (19 %) und Betrieb (30 %); davon sind 80 % gelöst
• Bei ca. 6 Anlagen Unterdimensionierung von EWS und/oder WP
• Gefundene Jahresarbeitszahlen: 3,1 / 3,3 / 2,7 (3 Anlagen)
• Wartungsvertrag abgeschlossen: 2 %
• Motivation Wirtschaftlichkeit = 84 %
tatsächlich:
– Stromverbrauch erfasst = 98 %
– Wirtschaftlichkeit (angeblich) verfolgt = 56 %
– Wärmezähler eingebaut = 9 %
– ex-post-Wirtschaftlichkeitskontrolle ≈ 0 %
– Note für Zufriedenheit mit Wirtschaftlichkeit = 1,4
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Jahresstromverbrauch über Wärmepumpenheizleistung
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
0 5 10 15 20 25 30 35
Wärmepumpenheizleistung in kW
Str
om
ve
rbra
uc
h i
n k
Wh
/a
reines Wasser (5 Anlagen) sonstige Wärmeträgerflüssigkeiten
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Ansatzpunkte für VerbesserungenAnlagenauslegung und -effizienz
Vorbemerkung: Wärmepumpen weisen gegenüber konkurrierendenWärmeerzeugungssystemen keine speziellen Probleme auf,beinhalten jedoch die Gefahr einer inakzeptablen Jahresarbeitszahl!• Gewährleistung für EWS-Auslegung und Anlageneffizienz:
– Vertrag mit einem Partner mit langjähriger Erfahrung – gute Referenzen des Partners und der Unterauftragnehmer– frühzeitige Abstimmung der Beteiligten untereinander– bei Bauträgern: Heizung gesondert beauftragen?
• Heizsystemtemperaturen minimieren (Wärmeschutz, Umbauten, Einstellungen)• Notwendigkeit Pufferspeicher hinterfragen• Minimierung Glykolanteil in Wärmeträgerflüssigkeit• Benutzerfreundlichere Bedienung WP-Anlage• regelmäßige Kontrolle Stromverbrauch (mindestens monatlich)• Einbau und regelmäßige Ablesung Wärmezähler• Angebot Fernüberwachung durch Anbieter• Bereitstellung neutraler Informationen
(v. a. Anlageneffizienz, Stromverbrauch/Jahresarbeitszahl)
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg
Ansatzpunkte für Verbesserungenbei Bohrunternehmen
Vorbemerkung: Spezielle Überwachung und Kontrolle der
Bohrunternehmen wegen hoher (auch finanzieller) Risiken ratsam!
• unabhängige Überwachung des Bohrunternehmens
(z. B. durch Untere Wasserbehörde, Sachverständigen, Geologen)!
• offene Benennung der Risiken in Gesprächen und Unterlagen
• neutrale Musterausschreibung, neutraler Mustervertrag
• Abpufferung / Gestaltung der Wartezeit bis Bohrbeginn
• Minimierung der Schmutzentwicklung beim Bohren
und beim Abtransport des Bohrguts
Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW
Quellenangaben:
1.Studie im Auftrag des Landes Baden-WürtembergErgebnisse der Evaluierung von 150 bestehenden Erdwärmesonden-WärmepumpenanlagenDr.-Ing. Martin SawillionKEA Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg GmbH Kaiserstr. 94 a 76133 Karlsruhe
2.Gothermische Potentiale in NRW CD-Rom Geologischer Dienst NRWDe-Greiff-Str. 19547803 KrefeldTel.-Nr. 02151-897-0