Die Erdwärmenutzung mit Erdwärmesonden und -kollektoren hat in den letzten Jahren einen enormen Aufschwung erlebt. Dabei wurden auch neue Materialien entwickelt, die gegenüber den bis dahin verwendeten konventionellen Rohrwerkstoffen PE-80/PE-100 erheblich verbesserte Eigenschaften aufweisen und neue Einsatzmöglichkeiten erlauben. Im Mittelpunkt steht dabei der Einsatz von vernetztem Polyethylen, insbesondere PE-Xa. Daraus hergestellte Erdwärmesonden oder -kollektoren bieten gegenüber unvernetztem Polyethylen Vorteile hinsichtlich Spannungsriss-, Kerb- und Punktlastbeständigkeit. Zudem ermöglichen Erdwärmesonden aus vernetztem Polyethylen aufgrund einer Temperaturbeständigkeit bis 95 °C die Errichtung von Erdwärmesondenspeichern und das Einspeisen von Überschusswärme aus einer thermischen Solaranlage in die Erdwärmeanlage.
Die Nutzung der oberflächennahen Geothermie gewinnt vor dem Hintergrund global steigender Energiekosten,der weltweit geforderten Begrenzung des CO2-Ausstoßes und der vom Nutzer geforderten Grundlastfähigkeit stark an Bedeutung. In der Anfangszeit der Nutzung der oberflächennahen Geothermie waren grundwasserbasierte, zum Gebirge offene Systeme mit einer direkten Nutzung der im Grundwasser enthaltenen Wärme noch weit verbreitet („standing column wells“). Diese Art der Geothermienutzung bedarf jedoch stets einer aufwendigen wasserrechtlichen Genehmigung und ist nur genehmigungsfähig, wenn existierende Grundwasserhorizonte nicht miteinander verbunden werden. Ebenso muss die problemlose Verpressung des entnommenen Grundwassers im sogenannten „Schluckbrunnen“ über Jahre problemlos möglich sein. Darüber hinaus ist die maximal erreichbare Entzugsleistung bei wasserbasierten Systemen durch den Gefrierpunkt des Wassers begrenzt.
Copyright: | © wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH | |
Quelle: | Sonderherft 2010 (Februar 2010) | |
Seiten: | 7 | |
Preis inkl. MwSt.: | € 4,00 | |
Autor: | Dipl.-Ing. Guido Kania Dipl.-Ing. Daniel Gottschalk | |
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Geothermie-Industrieforschungsanlage zur Untersuchung hybrider Erdwärmesondenkonzepte
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (2/2010)
Erdwärmetiefsonden zur Nutzung oberflächennaher Geothermie weisen für Raumheizzwecke ein hohes Wachstumspotenzial auf. Den bestehenden Konzepten der Erdwärmenutzung ist jedoch der Nachteil eigen, dass sich durch die langsame Abkühlung des Untergrundes aufgrund des fortschreitenden Wärmeentzuges die Arbeitszahl der angekoppelten Wärmepumpen verschlechtern kann und damit der Verbrauch an Primärenergie ansteigen würde. Es muss somit nicht gewährleistet sein, dass diese Heizsysteme über eine Nutzungszeit von 15 bis 20 Jahren mit gleichbleibend hoher Effizienz betrieben werden können.
Anbindung und Verteilung von Erdwärmesonden
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (2/2010)
Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen sind ein komplexes System, welches seine Effektivität ausschließlich aus dem funktionierenden Zusammenspiel seiner einzelnen Gewerke erhält. Die beste Wärmepumpe ist nur so effizient, wie es die Entzugsseite zulässt. Hier entscheidet die „schlechteste“ Komponente über die Gesamtleistung des Systems. Es sind z. B. nicht nur die Bohrmeter und der Ausbau der Sondenbohrung von höchster Wichtigkeit, sondern auch die Anbindung und die Verteilertechnik haben einen sehr großen Einfluss auf die Leistung der Gesamtanlage. Dies gilt insbesondere bei Anlagen, die nicht nur heizen, sondern auch kühlen.
Erdwärmesonden – Temperaturentwicklung im Sondennahbereich
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (10/2016)
Im Rahmen eines durch das Land Baden-Württemberg geförderten Forschungsprojektes wurde auf der Basis eines großskaligen Versuchsstandes die hydraulischthermisch-mechanische Interaktion zwischen einer Erdwärmesonde und dem umgebenden Mehrphasenmedium Boden experimentell und numerisch untersucht. Hierzu wurde eine Erdwärmesonde mit Temperatursensoren innerhalb des Verfüllbaustoffes ausgerüstet, in den Großbehälter der Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung (VEGAS) der Universität Stuttgart eingebaut und das Nahfeld der Sonde mit weiteren Temperatursensoren versehen.
Standardisierte Bausteine für Geothermiesonden
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (5/2014)
Wie lässt sich eine Idee für ein neues Messverfahren für tiefe Geothermiebohrlöcher schnell in ein In-situ-Funktionsmuster integrieren? Für ähnliche Fragestellungen hat die Automobilindustrie die Plattformstrategie entwickelt. An einer Plattform für Geothermiesonden arbeitet das Karlsruher Institut für Technologie seit einigen Jahren. Der Baukasten, namens ZWERG, enthält sehr unterschiedliche Komponenten. Einerseits handelt es sich dabei um Blaupausen bewährter Konzepte (zum Beispiel Auslegung und Ausführung des Sondengehäuses) oder Informationen zur Beschaffungslogistik (zum Beispiel Lieferant und Richtpreis für die Halbzeuge des Sondengehäuses). Andererseits enthält er fertige Komponenten, die flexibel einsetzbar sind (zum Beispiel HiTES-Sondensteuerung: High Temperature Embedded System). Die erste Anwendung der Plattform ist eine Sonde zur Inspektion tiefer und heißer Bohrlöcher, die GeoKam.
Hochleistungs-Energiepfähle zur Nutzung der Kühlwirkung des Bodens
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (5/2014)
Mit neuartigen Hochleistungs-Energiepfählen lässt sich die Kühlwirkung des Bodens für Großanwendungen, wie Prozesswärmeableitung und Großgebäude- Klimatisierung, wirtschaftlich nutzen. Mit einer Mantelfläche von bis zu 167 m2 zum Erdreich und einem Inhalt von 65 m³ Wasser je Pfahl dringt das System in Kühlleistungsbereiche vor, die bisher konventionellen Kühltechniken vorbehalten waren. Möglich wird dies durch die Übertragung der bislang im Mast- und Hochbau eingesetzten Bauweise von vorgespannten Schleuderbeton-Fertigteilen auf die Anwendungen der Geothermie. Zum Einsatz kam die Technik bei der bayrischen Firma OM-Klebetechnik GmbH in der Prozesskühlung dreier Druckstraßen. Seither konnte der Strombedarf für die bisherige Kühlung auf den Bedarf der Umwälzpumpen gesenkt werden.