Geothermie und Nutzungs- potentiale im Bereich inner

Geothermie und Nutzungspotentiale im Bereich innerstädtischer Infrastrukturen
Dipl.-Ing. Frank Leismann
Geothermie Brockerage Event, 23. März 2010
Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach
Geothermie
Bezeichnet ursprünglich die wissenschaftliche Fachrichtung
„Wärmelehre des Erdkörpers“.
Heute:
Synonym für die ingenieurmäßige Beschäftigung mit Wärme
im Boden und Grundwasser sowie
Prozesswärmenutzung (Kanalisation, Abluft etc.)
Zweck: Thermische Nutzung
Energie Gewinnung & Speicherung
in Form von Wärme & Kälte
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Vorteile der Geothermie
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Geothermie wird zu den erneuerbaren Energien
gezählt
quasi unerschöpflich
Grundlastfähige, konstant vorhandene Energieform
vielseitige Einsatzmöglichkeiten zur Wärme- und
Kältegewinnung
praktisch überall bedarfsgerecht verfügbar
keine Beeinträchtigungen des Landschaftsbildes
bewährte Technik ohne Risiken
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Geothermiequellen
Tiefe Geothermie (ab 400m)
…
…
…
„
Im Untergrund mit zunehmender Tiefe steigende
Temperaturen (~3K / 100 m)
geeignet für Strom- und Wärmeproduktion
beträchtlicher technischer Aufwand erforderlich
keine Bauwerken vorhanden
Oberflächennahe Geothermie
…
…
…
Nutzung der in Boden und Grundwasser gespeicherten
Wärmeenergie
je nach Bedarf als Wärme- oder Kältequelle bzw. Speicher
Synergieeffekte mit innerstädtischen Bauwerken
http://www.ubeg.de/pic/geothermie_1_b300.gif
„
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Ursprung geothermischer Energie
Der Ursprung der geothermischen Energie im Erdkern (bis 6000°C) lässt
sich im Wesentlichen auf zwei Quellen zurückführen:
„ Restwärme aus der Erdentstehung
„ Radioaktive Zerfallsprozesse
Oberflächennah wird die die Temperatur im Untergrund vom Wärmeeintrag
der eingestrahlten Sonnenenergie dominiert.
Bereichsweise bestehen anthropogene Einflüsse
… Wärmeeintrag aus Infrastrukturen, Tiefgaragen, Kanalisation, Tunnel etc.
Vortrag: Henze
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Erdoberflächennahe Wärmebilanz
Temperaturgleichgewicht:
„ Oberflächennah im wesentlichen
Sonneneinstrahlung, geringfügig
Wärmekontakt mit der Luft
„ Terrestrische Wärmestromdichte
1/20.000 der Sonneneinstrahlung
Ab 20m Tiefe existiert konstante Temperatur zwischen 8-12 °C
Faustregel:
Temperatur in 10m Tiefe = mittlere Jahreslufttemperatur + 1 °C
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Nutzungsformen: Direkte Nutzung
„
„
Medium Temperatur (ca. 8-12°C) steht direkt zum Heizen
oder Kühlen zur Verfügung.
Anwendungen z.B.:
…
Kühlung (Gebäudeklimatisierung)
… Beheizen von Treibhäusern
… Fahrbahnheizung (Eisfreihaltung im Winter)
„
„
Vortrag: Blosfeld
Vorteil:
sehr geringe Betriebskosten
Nachteil: geringere Wärmeentzugsleistung
eingeschränktes Temperaturspektrum
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Nutzungsformen: Indirekte Nutzung
„
„
Wärmepumpen heben unter Einsatz
von Energie das angetroffene
Temperaturniveau des Mediums an
Beliebige Temperaturen erreichbar,
aber höhere Temperaturdifferenz
mindert die Effizienz
Saisonaler Thermospeicher
Im Sommer in den Boden eingetragene Wärme begünstig
den winterlichen Heizertrag und umgekehrt.
Kombination ist effizienter und wirtschaftlicher.
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Erschließbare Wärmepotentiale
Im Bereich innerstädtischer Infrastrukturen:
„ Potential innerhalb der Bauwerke z.B.:
…
Luft im Tunnel,
… Abwasser im Kanal,
… Berg-/ Grundwasser in Drainageleitungen
„
Potential des Untergrundes
Nutzung durch Einsatz in den erdberührten Bauteilen durch:
…
Kollektoren
… Sonden
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Energieverwendung
Eigennutzung z.B.
„ Klimatisierung von Betriebsräumen
„ Eisfreihaltung von Betriebswegen, Treppen, Verkehrsflächen,
Löschwasserleitungen
„ Weichenheizungen
Externe Nutzung:
„ Bei Einsatz von Wärmepumpen für beliebige Heizzwecke
Immaterielle Vorteile - „Tue Gutes und sprich darüber!“:
„ Imagegewinn durch die nachhaltige Energiegewinnung
„ Verbessertes Kosten-Nutzen-Verhältnis
„ Erhöhung des Zustimmungsgrades von Bauvorhaben
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Nutzung der (Tunnel)-Luft
„
„
„
Wärmepumpen ermöglichen
effektive Nutzung der in
Umgebungsluft enthaltenen
Wärmenergie.
Im Bereich Gebäudeheizung häufig
eingesetzt und erprobt.
Unter den Randbedingungen im
Tunnel wesentlich höhere
Ergiebigkeit erreichbar
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Nutzung des Grundwassers
„
„
„
Hydrogeologische Nutzung
Nutzung durch Absorbertechnik
Wärmegewinnung durch Energiebrunnen
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Nutzung bei Gründungselementen
Integration Primärkreislauf in erdberührte
Außenflächen
statisch ohnehin erforderliche Bauteile erhalten mit
geringem Mehraufwand zus. thermische
Funktion
„
Energie-Pfähle
„
Energie-Schlitzwände
„
Energie-Bodenplatten
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Innerstädtische Strukturen:
„
Kanäle
Vortrag: Bosseler
„
Tunnel in offener Bauweise
…
Verfahrensweise analog zu Gründungselementen:
Bauteile wie Schlitzwände, Bohrpfahlwände, Bodenplatten
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Tunnel in geschlossener
Spritzbetonbauweise
Energieanker und Energievliesmatten
„ Energieinnenschalen / Sohlen
„
Vorträge: Schneider,
Scheller
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TBM vorgetriebene Tunnel
„
Energietübbing
Vortrag: Pralle
[ZÜBLIN / REHAU]
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Fazit:
Aufgrund der zahlreichen Vorteile ist Geothermie allgemein als
Baustein einer zukunftsfähigen, umweltschonenden und
wirtschaftlichen Energieversorgung anerkannt.
Bei innerstädtischen Bauwerken kann eine zusätzliche
Nutzung von Geothermie in praktisch allen Strukturen
integriert werden.
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