Wärmepumpe - Luxor
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Abhandlung zur Wärme- / Kälteerzeugung mit alternativer Energie Teil 1 - Wärmepumpe - Kurzdokumentation Dipl.-Ing. Udo Meyer Ollenhauerstraße 7 D - 81737 MÜNCHEN Tel. 089 / 62728654 Fax 089 / 62728719 [email protected] www.luxor-architekten.com INHALT: Praktische Nutzung der Geo- / Aerothermie Energieverbrauch allgemein Beschreibung Funktion - Wärmepumpe Detailbeschreibung - Energiequelle 1. 2. 3. 4. 5. Erdreich Grundwasser Luft Betonbauwerke Thermalwasser Beispiele für Heizzentralen Matrix - Einsatzbereiche A B C D E F G H I K Einzelhaus Hausgruppen Geschosswohnungsbau bis 100 WE Geschosswohnungsbau ab 100 WE Kommunale Heizsysteme Industrielle Nutzung (Heizen-Kühlen) Landwirtschaftliche Nutzung Verkehrsbauten Altbausanierung Einfamilienhaus Altbausanierung Mehrfamilienhaus Kosten Liste von Anbietern / Projektanten Oberflächennahe Geothermie Tiefengeothermie Energie Die privaten Haushalte sind, neben der Industrie, die größten Energieverbraucher. Fast 90% der im Haushalt genutzten Energie werden zum Heizen und Warmwasserbereiten eingesetzt. Hier muss man ansetzen um etwas für die Energieeinsparung und für die Umwelt zu tun. Zum Beispiel mittels Geothermie. Mit einer Wärmepumpe lassen sich bequem geothermische Energiequellen erschließen und zur Wärmeo. Kälteerzeugung nutzen. Die Wärmepumpe arbeitet im Prinzip wie ein Kühlschrank: gleiche Technik, nur umgekehrter Nutzen. Der Kühlschrank entzieht Lebensmitteln Wärme und gibt diese dann über seine Rückseite an den Raum ab. Die Wärmepumpe entzieht einer Umgebung ebenfalls Wärme und pumpt sie auf ein höheres TemperaturNieveau, das völlig ausreicht, um damit beispielsweise ein Haus zu heizen. In der Wärmepumpe befindet sich ein geschlossenes Rohrsystem, in dem ein Arbeitsmittel zirkuliert, das verdampft, verdichtet, verflüssigt und wieder entspannt wird. Durch diese Zustandsveränderungen wird Wärme an das System abgegeben. Für die Verdichtung des gasförmigen Arbeitsmittels sorgt ein Kompressor, der mit Strom betrieben wird. Funktionsprinzip einer Wärmepumpe Abbildung und Funktion eines Kühlschranks 1. Energiequelle Erdreich (Sole) Erdreich ist ein sehr guter Wärmespeicher, da die Temperatur das ganze Jahr über mit 8 bis 12 °C relativ konstant ist. a. Erdwärmesonde Die Sonden werden senkrecht in den Boden eingelassen. Sie bestehen aus zwei U-förmigen Kunststoffrohren, durch die das Arbeitsmittel fließt. b. Erdkollektor Ein waagrechtes Rohrschlangen – System, in ca. 1,20m Tiefe verlegt, durch welches das Arbeitsmittel fließt. c. Energiekörbe Das sind spiralförmige Rohrkörbe, die in 2 – 4m Tiefe in den Boden eingebracht werden. ENERGIEKORB 2. Energiequelle Grundwasser Grundwasser ist ein guter Speicher von Sonnenwärme. Selbst an kältesten Tagen beträgt die Temperatur 7 bis 12 °C. Über einen Förderbrunnen wird das Grundwasser entnommen und dem Verdampfer der Wärmepumpe zugeführt, die dem Wasser die Wärme entzieht. Das abgekühlte Wasser wird anschließend in einen zweiten Brunnen, den so genannten „Schluckbrunnen“ abgeführt. Voraussetzungen: Vorhandenes Grundwasser in entsprechender Tiefe, Qualität und Quantität Genehmigung für die Nutzung 3. Energiequelle Luft Luft gibt es als Wärmequelle überall und sie kann ohne großen baulichen Aufwand erschlossen werden. Ventilatoren führen die Außenluft am Verdampfer der Wärmepumpe vorbei, wobei ihr Wärme entzogen wird. Die Wärmepumpe speist das Haus mit Wärme. Weil mit fallender Außentemperatur der Wirkungsgrad der Wärmepumpe abnimmt, unterstützt ein Elektro-Heizstab die Wärmepumpe an den wenigen wirklich sehr kalten Tagen des Jahres. ( unter – 20 °C ) Abbildungen einer im Freien stehenden Luftwärmepumpe für ein Einfamilienhaus 4. Energiequelle Betonbauwerke Beton leitet Wärme sehr gut und kann daher Solarenergie-Einstrahlung speichern. Eine Wärmeträgerflüssigkeit, welche in einbetonierten Kunststoffrohren zirkuliert, gibt die Energie an die Wärmepumpe weiter. Als Massiv-Absorber eignen sich z. B. Stützwände, Schallschutzwände, Balkonbrüstungen und alle Betonfassaden. Zur Gründung von Großbauwerken sind zum Teil tief in den Untergrund reichende Betonstrukturen (Gründungspfähle, Schlitz- od. Pfahlwände, Fundamentplatten etc.) erforderlich. Diese Strukturen lassen sich hervorragend zur Gewinnung und Speicherung von thermischer Energie verwenden. Diese Technik lässt sich sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen od. Klimatisieren (z. B. Museen, Fabrik- und Verwaltungsgebäuden, Kurheimen, Lagerhallen) nutzen. Mittlerweile verwirklicht sind erste Anwendungsbeispiele, in denen Straßen- oder Brückenbauwerke (Thun, Schweiz) oder sogar die Landebahnen eines Flughafens (Eindhoven, Niederlande) über oberflächennahe Geothermie temperiert und eisfrei gehalten werden. Tribüne Schutzwand Zirkulations-Rohrverlegung in einem Bewehrungskorb Zirkulations-Rohrverlegung in einer Fundamentplatte Brücke 5. Energiequelle Thermalwasser (Tiefengeothermie) In vielen Regionen unserer Erde, und zwar in der Erdrinde in Tiefen ab ca. 400m, befindet sich hydrothermale Energie in Form von so genanntem Thermalwasser. Dieses ist in vieler Hinsicht energetisch nutzbar. ( Wärme und Stromerzeugung ) Dieses Thermalwasser fließt in so genannten Aquiferen. Das sind wasserführende Schichten in unterschiedlicher Tiefe. Mit steigender Tiefe steigt in der Regel auch die Temperatur des Thermalwassers. (Unterhaching ca. 130 °C) Ab ca. 130 °C ist dieses Medium auch zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendbar. ( sh Unterhaching) Fündigkeit: (Bohrung Unterhaching bis ca.3.446m tiefe) Insbesondere im Großraum München haben sich in den letzten Jahren die Vorhaben geothermaler Projekte zur Nutzung des Thermalwassers für die Versorgung ganzer Ortschaften mit Wärme- oder zusätzlicher Stromenergie als erfolgreiche Alternative zur herkömmlichen Energieversorgung entwickelt. Schema der Kraftwerksanlage von Unterhaching Selbst die Großstadt München hat bereits solcheWärmeenergie-Projekte erfolgreich verwirklich und ist nunmehr bestrebt, einen Großteil der erforderlichen Haushaltsversorgung auf die Nutzung der Tiefengeothermie umzustellen. Realisierte Projekte: - München-Riem (Messestadt) - Unterhaching bei München - Pullach bei München - Stadt Erding - Sauerlach bei München - Unterschleißheim bei München - und viele andere... AnsichtAnsicht des Kraftwerkes vom Kraftwerk Unterhaching Unterhaching Über dieses hinaus ist die Nutzung von Thermalwasser natürlich für den Betrieb von Thermalbädern weltweit von allerhöchstem wirtschaftlichem Interesse. Therme Erding - geöffnetes Dach Querschnitt durch das Molassebecken im Großraum München Therme Erding - Thermalbecken innen Beispiele - Heizzentralen Heizzentrale Mehrfamilienhaus Sole - Wärmepumpe Heizzentrale Niedrigenergie-Haus Alles ist schön aufgeräumt Einsatzmöglichkeiten der Systeme Darstellung einer möglichen oder sinnvollen Verwendung geothermischer Energiequellen für die verschiedenen Einsatzbereiche Wärme aus Erdreich Wärme aus Grundwasser Wärme aus Luft Wärme aus Betonbauwerk Wärme aus Thermalbohrung A. Einfamilienhaus B. Hausgruppen C. Wohnungsbau bis 100 WE D. Wohnungsbau ab 100 WE E. Kommunale Heizung F. Industrielle Nutzung G. Landwirtschaftl. Nutzung H. Verkehrsbauwerke etc. I. Altbausanierung EFH K. Altbausanierung MFH Kosten Die kosten für eine Wärmepumpenheizung sind von der Heizleistung abhängig. Ausgehend von 8 – 9 kW Heizleistung (ausreichend für 180 m² beheizte Fläche, Neubau mit 40W/m² Wärmebedarf) ergeben sich für die Heizung + Warmwasserbereitung (ohne Preis für Fussbodenheizung) folgende ca. – Preise incl. MWST: Wärmepumpenheizung Sole/Wasser – Wärmepumpe ca. 8.500 – 11.500 € Wasser/Wasser – Wärmepumpe ca. 9.000 – 12.000 € Luft/Wasser – Wärmepumpe ca. 10.000 – 12.000 € Wärmequellenerschließung Erdwärmesonden ca. 650 – 950 €/kW Heizleistung Erdwärmekollektor ca. 250 – 300 €/kW Heizleistung Brunnenanlage mit 2 Brunnen 15m tief ca. 4.500 – 5.500 € Luft/Wasser - WP ca. 250 – 500 € Wegfallende Investitionskosten Kamin / Schornstein 3.000 – 4.000 € Öltank 1.000 – 2.000 € Tankraum ca. 2.100 € Gasanschluss 1.500 – 4.000 € Auswahl von Anbietern / Projektanten Anbieter Wärmepumpentechnik Alpha Inno Tec GmbH, Industriestr. 3, D – 95359 Kasendorf Glen Dimplex GmbH, Am Goldenen Feld 18, D – 95303 Kulmbach Hovalwerk AG, Austraße 70, FL – 9490 Vaduz OCHSNER GmbH, Ochsnerstraße 1, A – 3350 Haag Vaillant GmbH & Co.KG, Berghauer Str. 40, D – 42859 Remscheid Viessmann Werke GmbH & Co.KG, Viessmannstr. 1, D – 35108 Eder WATERKOTTE GmbH, Gewerkenstr. 15, D – 44628 Herne Max Weishaupt GmbH, Max-Weishauptstr. 14, D – 88475 Schwendi Dr. Burkhard Sanner VDI Asternweg 2 D – 35633 Lahnau Prof. Dr. Horst Rüter Schürbakstr. 20 A D – 44287 Dortmund Dr. Achim Schubert, Erdwerk GmbH Bonner Platz 1 D – 80803 München Dr. Markus Wolfgramm, GTN GmbH Seestraße 7 A D – 17033 Neubrandenburg GEOTEC CONSULT, Stephan Uhlig Neusatzer Str. 5a D – 85570 Markt Schwaben Dr. Ernst Huenges, GFZ Forschung Telegrafenberg D – 14473 Potsdam e.terras AG, Herbert Schambeck Johannisplatz 3 D – 81667 München Prof. Dr. Ing. Ladislaus Rybach Dohlenweg 28 CH – 8050 Zürich Consulting / Projektanten
