Wärmetechnik

Zukunftsweisende Energiequelle

Seit Beginn der Industrialisierung im 19. Jh. sorgt eine immer schneller steigende Nachfrage an Strom, Bewegung und Wärme für einen Raubbau an allen Rohstoffen unserer Erde. In gerade mal 100 Jahren hat der Energiebedarf der Menschheit um das 16-Fache und die Luftverschmutzung um das 5–fache zugenommen.

(Quelle: http://www.tfz.bayern.de/sonstiges/16459/07brs006_weltenergieverbrauch.pdf)

Diese Entwicklung ist auch in den nächsten Jahren nicht zu stoppen. Ein Ende ist bei immer rasanter steigender Erdbevölkerung und Streben nach Komfort nicht absehbar.

Mittlerweile sind irreversible Auswirkungen auf die Umwelt vielfach nachgewiesen und dokumentiert. Sie werden unseren Lebensraum Erde nachhaltig verändern.

Keiner kann eine sichere Prognose abgeben, wie hoch z.B. der Treibhauseffekt und die damit verbundene Erwärmung der Atmosphäre den Meeresspiegel ansteigen lassen wird. Oder in welche Richtung der immense CO2-Ausstoß unser Klima weiter beeinflussen wird.

Die Ausbeutung der fossilen Lagerstätten stellt eine unterschätzte Gefahr nicht nur für uns, sondern auch für die folgenden Generationen dar. Die Explosion der Energiepreise wie Öl und Gas führte in den letzten Jahren zu Kosten für Heizung und warmes Wasser, mit denen niemand gerechnet hätte.

Zusätzlich Abhängigkeiten zu Förderländern von fossilen Energieträgern führen immer wieder für politische Spannungen.

Zur Erhaltung unseres derzeitigen Lebensstandards auch in Zukunft, wird die Nutzung von regenerativen Energien – auch bundespolitisch - voran getrieben.

Die Sonne versorgt uns schon seit undenkbar langer Zeit mit wärmender Strahlung. Die in der Erde gespeicherten Energievorräte in Form von Erdwärme würden den heutigen Energiebedarf der gesamten Welt noch für 30 Millionen Jahre decken können. (Quelle: Geothermie, Erdwärme für Nordrheinwestfalen; Broschüre des Ministeriums für Verkehr, Energie und Landesplanung in NRW, 2003 , S4)

Diese natürliche Energiequelle steht nach unserem Ermessen dauernd, fast unbegrenzt und ohne negativen Einfluss für die Natur zu Verfügung.

ENREGIS ist Spezialist für die Entwicklung, Auslegung und Produktion der verschiedensten Erdwärmequellen sowie für hocheffiziente Wärmepumpentechnik und kann so auf alle Anforderungen und Wünsche der Architekten, Planer, Behörden, Tiefbauer und vor allem der Betreiber reagieren.

Der Erfolg liegt in der Gesamtheit! So bietet ENREGIS eine von Beginn an richtige, höchst effiziente und vor allen Dingen ganzheitlich ausgelegte Anlagentechnik. Von der Quelle bis zur Wärmepumpe alles aus einer Hand.

ENREGIS - Wir machen Wärme!


Die Wärmepumpe

Die Unmengen von Energie, die die Sonne im Laufe der Zeit geliefert hat, und die in der Erde gespeichert ist, können mit Hilfe einer Wärmepumpe gefördert und extrahiert werden. Mit Hilfe der Wärmepumpentechnik können die Heizkosten für ein Gebäude erheblich gesenkt werden. In manchen Fällen sogar um bis zu 75%. Eine Wärmepumpe muss nicht gewartet und nicht mit Brennstoffen nachgefüllt werden. Die Lebensdauer beträgt viele Jahrzehnte und stellt damit eine langfristige Sicherung der Heizwärme dar.

Das Prinzip der Energiegewinnung einer Wärmepumpe lässt sich in etwas mit dem eines Kühlschrankes vergleichen. Jedoch mit der umgekehrten Zielsetzung. Sie soll heizen und nicht kühlen.

Dazu wird ein thermodynamischer Prozess – und natürlich Know-how von ENREGIS genutzt.

In einem Kreislauf (Erdwärmesonden oder Erdwärmekollektoren) fließt ein Wärmeträger, in diesem Fall eine Sole, und transportiert eine geringe Wärme von ungefähr 10 °C aus der Erde in die Wärmepumpe. Die Temperatur von 10 °C ist allerdings zu gering um zum Heizen genutzt zu werden. Aus diesem Grund wird die Wärme an einem Verdampfer an ein Kältemittel mit einem sehr niedrigen Siedepunkt abgegeben.

Im Gegensatz zu Wasser, was bei 0 Grad fest wird, wird dieses Kältemittel bei unter Null Grad schon zu Dampf. Dieser Dampf wird mittels elektrischen Stroms im Verdichter komprimiert. Der Druck und die Temperatur werden erhöht. Mit diesem Verfahren wird die Wärmeenergie aus der Erde auf ein höheres, verwertbares Temperaturniveau angehoben. Im Verflüssiger kondensiert der Dampf und die so gewonnene Wärmeenergie (40- 80°C) wird in den Heizkreislauf weitergegeben. Zum Abschluss des Kreislaufes wird das nun wieder flüssige Kältemittel durch ein Expansionsventil wieder auf ein niedrigeres Temperatur und Druckniveau gebracht. Nun beginnt der Kreislauf von vorn. Energie in Form von Strom wird ausschließlich am Verdichter benötigt.

Der hier benötigte elektrische Strom beträgt nur etwa ein Viertel der erhaltenen Heizenergie. Zum Beispiel benötigt man für einen Wärmebedarf von 8 KW nur eine elektrische Energie von ca. 2 KW, die verbleibenden 6 KW kommen aus der Erde.


Grundlagen der Erdwärmenutzung

Erdwärmenutzung bis in eine Tiefe von ca. 400 m wird als oberflächennahe Geothermie bezeichnet. Die Einstrahlung der Sonne trägt in diesen Tiefen noch zur Erwärmung des Untergrundes bei.
Das jahreszeitliche Temperaturniveau schwankt je nach Tiefenlage.

So schwankt die Erdtemperatur z.B. in 2 m Tiefe zwischen + 7 und + 13 °C. und in 5 m Tiefe nur noch + 8,5 bis + 11,5 °C. Wie dargestellt pendelt sich die Erdtemperatur in etwas größerer Tiefe auf ca. 10 °C ein.

Sobald der Effekt der eigentlichen Tiefengeothermie spürbar wird, steigt die Temperatur an. So herrscht in 100 m Tiefe eine Durchschnittstemperatur von ca. 12 °C und in 200 m Tiefe ca. 15 °C. In der Regel steigt die Erdtemperatur alle 100 m um 2-3 °C an.

Die Erdwärme kann unter Verwendung von z.B. Erdsonden, Spiralkollektoren oder Flächenkollektoren erschlossen und genutzt werden.

Die Bemessung der geothermischen Anlage richtet sich nach der möglichen Entzugsleistung des Erdbodens oder Gesteins. Die Wärmeleitfähigkeit des Bodens liegt zwischen 1 bis 3 W/m*K. Da das die Rohre umgebende Erdreich als Wärmepuffer wirken, ist es möglich kurzfristig auch größere Entzugsleistungen zuzulassen.

Allerdings muss dann ein ausreichend langer Regenerationszeitraum eingerechnet werden, damit der geothermische Wärmestrom aus dem Erdinneren diese Defizite ausgleichen kann. Bei Verwendung von Spiral- bzw. Flächenkollektor bewirkt die Nähe zur Erdoberfläche, dass die Einstrahlung der Sonne gegeben ist und bei der Regeneration behilflich ist.

Geothermische Anlagen unter 30 KW Gesamtleistung ist es möglich, die Auslegung mit Hilfe der VDI 4640 durchzuführen. Diese Vorschrift erlaubt eine vereinfachte Berechnung der möglichen Entzugsleistung.

Bei größeren Anlagen sollte die mögliche Entzugsleistung mittels Bodengutachten nachgewiesen werden. Hierzu bedient man sich hauptsächlich des Thermal Response Tests, um die tatsächlichen örtlichen Begebenheiten im Boden festzustellen.

Eine nicht ausreichende Dimensionierung der Erdwärmesonden und Kollektoren, und damit eine Erhöhung der Entzugsleistung pro Flächeneinheit, kann zu örtlich begrenzten Auswirkungen auf die Vegetation führen. In der Vergangenheit führte eine zu „großzügige“ Betrachtung der Leitfähigkeiten im Boden zu dauerhaften Vereisungserscheinungen.

Ein begrenzter Eisradius um die Rohre stellt grundsätzlich einen positiven Effekt dar, da die Wärmeleitung damit verbessert wird. Bei einer kompletten Vereisung wiederum, führt dies zu einem drastischen Abfall der Jahresleistungszahl.