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Erdwärme, Wärmepumpe, Erdkollektoren, Wasserwärmepumpen, Bohrungen, Sonden
dieterpapa

Beitragvon dieterpapa » 31.08.2005 16:37 Uhr

hallo,
ist es moeglich eine kombination aus erdwaerme und erdoberflaechenkuehle in z.b. verbindung mit waermepumpen oder nh3/h20 thermischen verdichtern sinnvoll zu nutzen.

z.b. basiskuehlung mittel erdobflaechentemperatur in der gaenzung mit zuschaltbarer kuehlung ueber thermische verdichter bei bedarf.
dabei eine nutzung von einem zwei kreislaufsystem, eines in oberflaechenaehe, das andere 2000m tiefer.

danke

viernickel

Beitragvon viernickel » 31.08.2005 16:37 Uhr

Natürlich ist die Kombination von Ableitung von Wärme sowohl aus - als auch in die Erde das Optimum an Nutzung von Erdwärmetauschersystemen. Bei entsprechend leistungsfähigen Systemen (z.B. dem Geohil-System) kann dabei Wärme in eine Bohrung mit Leistungen von ca 20-30kW auf einem Temperaturniveau abgeführt werden, die direkt (d.h. ohne Wärmepumpe) zur Kühlung nutzbar ist. Saisonal profitiert man dann zusätzlich vom vorher aufgewärmten oder abgekühlten Erdreich.
Thomas

Beitragvon Thomas » 31.08.2005 16:37 Uhr

Aua, da kann ich mir eine Antwort nun wirklich nicht verkneifen...

» Natürlich ist die Kombination von Ableitung von Wärme sowohl aus - als auch
» in die Erde das Optimum an Nutzung von Erdwärmetauschersystemen.

Ja, das sehe ich auch so. Für Einfamilienhäuser reichen die für die Gebäudeheizung installierten Erdwärmesonden praktisch immer auch um im Sommer zur Kühlung herangezogen zu werden. Und zwar für eine "passive Kühlung", d.h. unter Umgehung der Wärmepumpe. Der Vorteil ist der geringe Stromverbrauch (man braucht nicht viel mehr Energie als den Strom, der von der Soleumwälzpumpe aufgenommen wird). In den USA ist das übrigens das Alltagsgeschehen. Dort werden Sonden zusätzlich zum Heizen auch noch für die Kühlung im Sommer eingesetzt. Zum einen Teil sicherlich, weil es nötig ist (in den südlichen Staaten), zum anderen haben die US-Amerikaner in dieser Beziehung ein anderes Komfortdenken als wir.

Für größere Industrie-/Gewerbeobjekte ist die kostengünstige Kühlung bei uns überhaupt erst der Grund, warum ein Erdwärmesystem in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung oftmals besser abschneidet als die andere Heiz-/Kühlsysteme.

» bei entsprechend leistungsfähigen Systemen (z.B. dem Geohil-System)

Lol, da muß ich doch grinsen. Ich bin mir recht sicher, dass der "Erfinder" dieser Systeme selbst überhaupt nicht versteht, warum seine Geohil-Bohrungen mal funktionieren und warum manchmal eben nicht. Jeder Geologe, der sich die Ausbauzeichnungen (Vertikalschnittzeichnung durch den Untergrund) der Geohil-Systeme anschaut, kriegt sofort "Stellhaare". Von dem Wasser, das in den Bohrungen versickert wird, taucht oft nur ein Bruchteil oder gar nichts mehr an der Erdoberfläche auf. Vielmehr verschwindet es in besser durchlässigen Erdschichten auf Nimmerwiedersehen. Das für die Heizung geförderte Wasser ist zumeist sicherlich gewöhnliches Grundwasser, das aufgrund der Tiefe der Bohrungen etwas wärmer ist. Aufwand und Wirkung (oder: Kosten und Nutzen) stehen hier nun wirklich -von Ausnahmen abgesehen- in keinem Verhältnis mehr.

» Wärme in eine Bohrung mit Leistungen von ca 20-30kW auf einem
» Temperaturniveau abgeführt werden, die direkt (d.h. ohne Wärmepumpe) zur
» Kühlung nutzbar ist.

Bitte??? Ich versickere das Wasser und bringe es dadurch auf ein Temperaturniveau, dass ich für eine passive (direkte) Kühlung nutzen kann?? Hmmm, das kriegt man mit oberflächennahem Grundwasser (Temperatur: ca. 9°C ganzjährig) sehr viel preiswerter hin. Die Geohil-Bohrungen sind in der Regel ca. 400 m tief. Je 100 m Tiefe steigt die Erdtemperatur um ca. 3°C, d.h. in 400 m gilt:9+4*3=21°C...bei einer passiven Kühlung sind mehr als 19°C kaum noch als sinnvoll zu bezeichnen.
Das Wasser, dass im Sommer durch das Kühlsystem des Hauses gelaufen ist, kann aber in den Geohil-Bohrungen aufgrund der Tiefe bestenfalls für einen kurzen Zeitraum runtergekühlt werden. Dann haben sich das Bohrloch und die Umgebung soweit aufgeheit, dass von einem "Wärmetauschen" nicht mehr zu sprechen ist.

» Saisonal profitiert man dann zusätzlich vom vorher aufgewärmten oder abgekühlten Erdreich.

Das ist sicher so. Bei einer "normalen" Erdwärmetauscheranlage und passiver Kühlung kann die Energie, die in den jeweiligen Jahreszeiten (also Kälte in den Untergrund im Winter, Wärme im Sommer) nach unten abgeführt wird, in der jeweils anderen Jahreszeit enstprechend genutzt werden. Es ist sinnvoll, dabei den Untergrund im Sommer nicht auf Temperaturen über ca. 19°C zu bringen (sonst funktioniert die passive Kühlung nicht mehr gut, s.o.) und im Winter eine Minimaltemperatur von möglichst 4°C nicht zu unterschreiten.

Thomas
Viernickel

Beitragvon Viernickel » 31.08.2005 16:37 Uhr

Hallo Thomas, natürlich reichen die Erdsonden und anderen geschlossenen Systeme auch zur Beheizung und Kühlung aus, wenn sie richtig dimensioniert sind (um auch vernünftige Wirkungsgrade zu erzielen und nicht "heimlich" den bei Sonden- und Kollektorsystemen beliebten/notwendigen Elektroheizstab laufen zu lassen). Hier sollte man sich vom Hersteller z.B. eine Mindest-JAZ oder Rücklauftemperaturen garantieren lassen, unter denen diese Leistung erbracht wird

» Von dem Wasser, das in den Bohrungen versickert wird, taucht oft nur ein
» Bruchteil oder gar nichts mehr an der Erdoberfläche auf. Vielmehr
» verschwindet es in besser durchlässigen Erdschichten auf
» Nimmerwiedersehen. Das für die Heizung geförderte Wasser ist zumeist
» sicherlich gewöhnliches Grundwasser, das aufgrund der Tiefe der Bohrungen
» etwas wärmer ist.
Woher kommen diese Vorstellungen ? Wenn man einen Brunnen im Festgestein bohrt und mehrere Kubikmeter Wasser pro Stunde fördert dürfte er sofort trocken laufen oder der Wasserspiegel stark absinken. Das ist beim GEOHIL-System aber nicht der Fall. Das wäre auch merkwürdig, denn warum sollt sich das Wasser durch den Fels "quälen" wenn es bequem duch den groben Kies sickern kann ?

» Bitte??? Ich versickere das Wasser und bringe es dadurch auf ein
» Temperaturniveau, dass ich für eine passive (direkte) Kühlung nutzen
» kann?? Hmmm, das kriegt man mit oberflächennahem Grundwasser (Temperatur:
» ca. 9°C ganzjährig) sehr viel preiswerter hin.
Aber oberflächennahe Grundwässer hat man häufig nicht oder sie sind eisenhaltig und damit droht Verockerung. Beim GEOHIL-System in GW-Horizonten kommt es rasch zu einer Filtration auf ca 1% des Eisengehaltes (auch ein Beleg für einen Kreislauf, s.o.)

» Die Geohil-Bohrungen sind in der Regel ca. 400 m tief.
Woher kommt diese Regel ? Natürlich macht es Sinn, nur den oberen Teil der GEOHIL-Quelle zu nutzen oder flachere Bohrungen einzusetzen, wenn Kühlung im Vordergrund stehen soll. Aber die selbe Problematik gilt ja auch für die geschlossenen Systeme, die aber weniger effiziente Wärmetauscher sind.

» Bei einer "normalen" Erdwärmetauscheranlage und
» passiver Kühlung kann die Energie, die in den jeweiligen Jahreszeiten
» abgeführt wird, in der jeweils anderen Jahreszeit enstprechend genutzt
» werden. Es ist sinnvoll, dabei den Untergrund im Sommer nicht auf
» Temperaturen über ca. 19°C zu bringen
» Kühlung nicht mehr gut, und im Winter eine Minimaltemperatur von
» möglichst 4°C nicht zu unterschreiten.
Die Sondenanlage, die das Erdreich nicht unter 4°C auskühlt kann ich mir nicht vorstellen, wenn jemand dazu eine Referenz nennen könnte, wäre ich sehr dankbar. In der Regel wird in den Frost gearbeitet.
Woher haben Sie denn Ihre Erfahrungen zur saisonalen Speicherfähigkeit ? Unsere Messungen lassen erhebliche Zweifel an relevanten Energiemengen aufkommen, die man so retten könnte. Ausnahme im Aquifer, hier haben wir z.B. Untersuchungen (3 Diplomarbeiten) mit einer Quelle und 2 Messbohrungen im Grundwasserabstrom und seitlich davon, die auch Effekte über Monate belegen. Vielleicht hätten Sie ja mal Interesse zu einem persönlichen Austausch ?

Viernickel
Thomas

Beitragvon Thomas » 31.08.2005 16:37 Uhr

Hallo Herr Viernickel,

» Hier sollte man sich vom Hersteller
» z.B. eine Mindest-JAZ oder Rücklauftemperaturen garantieren lassen, unter
» denen diese Leistung erbracht wird

Ja, das sehe ich auch so. Am ehesten geht das mit der Rücklauftemperatur, da wir die im Vorfeld weit besser simulieren können als etwa die JAZ.

» Woher kommen diese Vorstellungen ? Wenn man einen Brunnen im Festgestein
» bohrt und mehrere Kubikmeter Wasser pro Stunde fördert dürfte er sofort
» trocken laufen oder der Wasserspiegel stark absinken.

Die Geohil-Anlagen sind meines Wissens nicht auf Fels beschränkt, sondern werden auch bei einem Schichtenmix aus Locker- und Festgestein gebaut.

Grundätzlich aber kann man selbstverständlich im Fels und im Lockergestein Brunnen bauen, in denen während der Pumperei keine Absenkung erzielt werden kann. Beispiel sei hier das Kieslager im Rheintal zwischen Basel und Frankfurt.

» Das ist beim GEOHIL-System aber nicht der Fall. Das wäre auch merkwürdig, denn warum
» sollt sich das Wasser durch den Fels "quälen" wenn es bequem duch den
» groben Kies sickern kann ?

Wasser- und Wärmetransport gehorchen einigermaßen ähnlichen Gesetzen. Die Fliessrichtung ist dabei immer vom hohen zum niedrigen Niveau. Bei einer entsprechenden Kluft (womöglich noch trocken), die mit der Geohilbohrung angeschnitten wird ist das Wasser futsch.
Ansonsten wird im Geohil-Brunnen eine Wassersäule aufgebaut (hohes Niveau), dass das Wasser in wassergängige Schichten regelrecht verpresst.


» Aber oberflächennahe Grundwässer hat man häufig nicht oder sie sind
» eisenhaltig und damit droht Verockerung.

Ja, das ist ein Nachteil. Und in der Regel ist kaum ein Kunde daran interessiert, zuerst eine zig-hundert Euro teure Analyse anfertigen zu lassen. Und dann existiert im näheren Umfeld womöglich nicht mal ein Brunnen für die Probenahme...

» Beim Geohil-System in GW-Horizonten kommt es rasch zu einer Filtration auf ca 1% des
» Eisengehaltes (auch ein Beleg für einen Kreislauf, s.o.)

Eine Abreicherung des Fe-Gehalts auf der Passage durch den Filterkies? Das gelöste Eisen kann natürlich unterwegs ausgefällt werden (z.B. zu Siderit). Befürchten Sie da nicht, dass es zu einer Zusetzung des Sytems kommt?

» » Die Geohil-Bohrungen sind in der Regel ca. 400 m tief.
» Woher kommt diese Regel ? Natürlich macht es Sinn, nur den oberen Teil der
» GEOHIL-Quelle zu nutzen oder flachere Bohrungen einzusetzen, wenn Kühlung
» im Vordergrund stehen soll. Aber die selbe Problematik gilt ja auch für
» die geschlossenen Systeme, die aber weniger effiziente Wärmetauscher
» sind.

Kann man bei Geohil-Systemen nur den oberen Teil der Bohrung benutzen? Das macht mich neugierig.

» Die Sondenanlage, die das Erdreich nicht unter 4°C auskühlt kann ich mir
» nicht vorstellen, wenn jemand dazu eine Referenz nennen könnte, wäre ich
» sehr dankbar.

Jede Anlage bei der Mono-Ethylenglykol als Sole-Zusatz nicht erlaubt ist (also mit Wasser gefahren wird), wird in diesen Bereich ausgelegt. Ebenso häufig Pfahlanlagen. Bei den Amerikanern ist Wasser als Wärmeträger in den Sonden übrigens auch der Regelfall. Die bohren einfach ein paar Meter mehr und haben zudem den Wärmeinput im Sommer.
In Deutschland werden (große) Anlagen zum Heizen und Kühlen derzeit mit EED oder TRNSYS ausgelegt. Für den Baseload wird 4°C bei solchen Systemen i.d.R. nicht unterschritten.

» Woher haben Sie denn Ihre Erfahrungen zur saisonalen Speicherfähigkeit ?

Na ja, womöglich aus dem einen oder anderen eigenen Projekt? Oder vielleicht aus der Mitarbeit am F&E-Projekt "Modellierung untiefer Wärmetauscher mit der Methode der Finiten Elemente"?? ;-)

» Unsere Messungen lassen erhebliche Zweifel an relevanten Energiemengen
» aufkommen, die man so retten könnte.

UTES (Underground Thermal Energy Storage) ist derzeit einigermaßen hipp. Und das sicherlich mit gutem Grund. Die Erfahrungen, die in den Anlagen gemacht wurden, sprechen doch für die Idee. Vielleicht wenden Sie sich hierzu an Herrn Reuss vom ZAE München? Der hat sicherlich mit am meisten Erfahrung auf dem Gebiet in Deutschland.

» Ausnahme im Aquifer, hier haben wir z.B. Untersuchungen (3 Diplomarbeiten) mit einer Quelle und 2
» Messbohrungen im Grundwasserabstrom und seitlich davon, die auch Effekte
» über Monate belegen. Vielleicht hätten Sie ja mal Interesse zu einem
» persönlichen Austausch ?

JAAAAAA!!! Ganz besonders zum letzten Punkt. Mögen Sie mir eine Mail schicken?

Gruß
Thomas
Thomas

Beitragvon Thomas » 31.08.2005 16:37 Uhr

Aaah, ich vergaß: die hier werden Sie brauchen:

thomas-koelbel@t-online.de

Gruß
Thomas


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