Umweltwärme
Thermische Oberflächenwassernutzung
Bei der thermischen Nutzung von Oberflächenwasser kommen überwiegend geschlossene, solegefüllte Wärmetauschersysteme wie z.B.
schleifenförmige Wärmeübertrager aus Kunststoff zum Einsatz (siehe Schema).
Die Hauptvorteile einer thermischen Nutzung von Oberflächenwasser sind die vergleichsweise geringen Investitionskosten für die Erschließung der Umweltwärme und die oftmals „unbegrenzte“ Verfügbarkeit des Oberflächenwassers. Die Systeme eignen sich grundsätzlich zum Heizen und Kühlen von Gebäuden oder Wasserfahrzeugen aller Art.
Im Vergleich zur thermischen Nutzung von tiefer liegenden Grundwasservorkommen, aber auch Uferfiltrat hat die thermische Nutzung von Oberflächenwasser oftmals den Nachteil ungünstigerer Quellentemperaturniveaus, d.h. zu Zeiten des höchsten Wärmebedarfs im Winter ist die verfügbare Quellentemperatur am niedrigsten. Beim Einsatz offener Systeme (z.B. Wasserentnahme mittels Förderpumpe) ist der im Vergleich zu geschlossenen Systemen erhöhte Wartungsaufwand für mit dem Oberflächenwasser in Kontakt stehende Anlagenteile bei der Planung zu berücksichtigen.
Die H.S.W. GmbH verfügt über umfangreiche Erfahrungen in der Planung von Anlagen zur thermischen Nutzung von Oberflächenwasser (u.a. Nutzung von "Strandwasser" mittels Horizontalbrunnen, thermisch aktivierte Schwimmdocks/Pontons, thermisch aktivierte Spundwände, direkte thermische Nutzung von Hafenwasser).
Foto: Thermisch aktivierter Ponton "IBA Dock" Hamburg (Planung H.S.W. GmbH)
Im Vergleich zur thermischen Nutzung von tiefer liegenden Grundwasservorkommen, aber auch Uferfiltrat hat die thermische Nutzung von Oberflächenwasser oftmals den Nachteil ungünstigerer Quellentemperaturniveaus, d.h. zu Zeiten des höchsten Wärmebedarfs im Winter ist die verfügbare Quellentemperatur am niedrigsten. Beim Einsatz offener Systeme (z.B. Wasserentnahme mittels Förderpumpe) ist der im Vergleich zu geschlossenen Systemen erhöhte Wartungsaufwand für mit dem Oberflächenwasser in Kontakt stehende Anlagenteile bei der Planung zu berücksichtigen.
Die H.S.W. GmbH verfügt über umfangreiche Erfahrungen in der Planung von Anlagen zur thermischen Nutzung von Oberflächenwasser (u.a. Nutzung von "Strandwasser" mittels Horizontalbrunnen, thermisch aktivierte Schwimmdocks/Pontons, thermisch aktivierte Spundwände, direkte thermische Nutzung von Hafenwasser).
Foto: Thermisch aktivierter Ponton "IBA Dock" Hamburg (Planung H.S.W. GmbH)
Luftwärmenutzung
Die thermische Nutzung der Außenluft für Heiz- und Kühlzwecke hat eine lange Tradition und wird auf unterschiedlichste Art und Weise realisiert. Im Bereich von Wohn- und Geschäftsgebäuden kommen in Deutschland hauptsächlich Luft-Wasser-Wärmepumpen aber auch Freikühler für den Wärmeaustausch zum Einsatz.
Die Vor- und Nachteile der thermischen Nutzung von Umgebungsluft gleichen denen der thermischen Nutzung von Oberflächenwasser. Ein wesentlicher Vorteil ist auch hier die „unbegrenzte“ Verfügbarkeit der Energiequelle und die oft deutlich geringeren Investitionskosten im Vergleich zu anderen Systemen für die Nutzung regenerativer Energien wie z.B. Erdwärmesonden.
Optimale Betriebsbedingungen von Luft-Wasser-Wärmepumpen liegen bei Außentemperaturen zwischen ca. 2 °C und 13 °C. Bei sehr niedrigen Außenlufttemperaturen unter 0 °C ist die Kombination von Luft- und Erdwärmenutzung (z.B. Erdwärmesonden, Energiepfähle, Erdreichkollektor) ideal. Das Ziel ist es dabei, diejenige Wärmequelle mit der jeweils günstigsten Wärmequellentemperatur für den Wärmepumpenprozess zu nutzen (siehe nachfolgendes Beispiel "Thermselect").
Die Vor- und Nachteile der thermischen Nutzung von Umgebungsluft gleichen denen der thermischen Nutzung von Oberflächenwasser. Ein wesentlicher Vorteil ist auch hier die „unbegrenzte“ Verfügbarkeit der Energiequelle und die oft deutlich geringeren Investitionskosten im Vergleich zu anderen Systemen für die Nutzung regenerativer Energien wie z.B. Erdwärmesonden.
Optimale Betriebsbedingungen von Luft-Wasser-Wärmepumpen liegen bei Außentemperaturen zwischen ca. 2 °C und 13 °C. Bei sehr niedrigen Außenlufttemperaturen unter 0 °C ist die Kombination von Luft- und Erdwärmenutzung (z.B. Erdwärmesonden, Energiepfähle, Erdreichkollektor) ideal. Das Ziel ist es dabei, diejenige Wärmequelle mit der jeweils günstigsten Wärmequellentemperatur für den Wärmepumpenprozess zu nutzen (siehe nachfolgendes Beispiel "Thermselect").
Abwasserwärmenutzung
Die thermische Nutzung von Abwasser hat bei geeigneten Temperaturverhältnissen ein großes Einsparungspotential für Energiekosten bei der Wärmeerzeugung. Die in den Wintermonaten vorliegenden Abwassertemperaturen von ca. 12...20 °C machen den Einsatz einer Wärmepumpe für die Bereitstellung von Heizwärme erforderlich. Abwasser kann für bestimmte Zwecke auch zur Kühlung verwendet werden.
Die in oder an den Abwasserleitungen angebrachten Wärmeübertragersysteme bestehen üblicherweise aus soleführenden Kunststoffrohren und können inzwischen als vorkonfektionierte Produkte im Handel erworben werden.
Im Rahmen einer Vorplanung bzw. Machbarkeitsuntersuchung sollten u.a. folgende Punkte geklärt werden:
Die in oder an den Abwasserleitungen angebrachten Wärmeübertragersysteme bestehen üblicherweise aus soleführenden Kunststoffrohren und können inzwischen als vorkonfektionierte Produkte im Handel erworben werden.
Im Rahmen einer Vorplanung bzw. Machbarkeitsuntersuchung sollten u.a. folgende Punkte geklärt werden:
- bauliche bzw. konstruktive Eignung der Abwasserführung
- Temperaturverlauf und Strömungsverhalten des Abwassers
- Abwasserchemismus
- Genehmigungsaspekte
- Prognose der möglichen Energiegewinnung aus Abwasser
Agrothermie
Als Agrothermie wird die geothermische Nutzung von landwirtschaftlichen Flächen zur Beheizung und/oder Kühlung von Gebäuden bezeichnet. Als geothermisches Quellensystem werden überwiegend horizontal verlegte Erdreichkollektoren eingesetzt (siehe nachfolgendes Funktionsschema). Als primäre Energiequelle wird nahezu ausschließlich - saisonal im Erdreich
gespeicherte - Umweltwärme genutzt, welche maßgeblich durch
Sonnenstrahlung, Lufttemperatur und Niederschläge beeinflusst wird.
Die großflächige Verlegung unterhalb des Pflughorizontes in ca. 1,5 bis 2,0 m Tiefe lässt sich kostengünstig z.B. mittels Drainagepflug realisieren. Durch die Nutzung der Agrothermie wird die Wettbewerbsfähigkeit von landwirtschaftlichen Betrieben verbessert. Die produzierte Wärme- bzw. Kälte kann entweder selbst genutzt oder an Dritte verkauft werden.
Foto: Agrothermieanlage Biohof Medewege während der Bauphase (Planung H.S.W. GmbH)
Foto: Agrothermieanlage Biohof Medewege während der Bauphase (Planung H.S.W. GmbH)
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