Gebäude mit Geo-HEP
im Pendelbetrieb
kühlen und beheizen
Gebäude benötigen im Jahresverlauf häufig sowohl Kühl- als auch Wärmeenergie.
Der Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahl kann beide Anforderungen innerhalb derselben geothermischen Infrastruktur unterstützen.
Das Systemprinzip auf einen Blick
So funktioniert der Pendelbetrieb
Dieser saisonale Wechsel zwischen passiver Kühlung und aktiver Beheizung in Verbindung mit einer Wärmepumpe wird als Pendelbetrieb bezeichnet.
Passive Kühlung
Im Kühlbetrieb wird überschüssige Wärme aus dem Gebäude zum HEP transportiert. Dort wird sie zunächst auf das im Hochleistungsenergiepfahl befindliche Wasser übertragen und anschließend über die Außenflächen des Pfahls an das umgebende Gebirge abgegeben.
Unter geeigneten Bedingungen kann diese Kühlung passiv erfolgen.
Wärmeversorgung mit Wärmepumpe
Im Heizbetrieb kehrt sich die Richtung des Wärmeaustauschs um. Der HEP nimmt thermische Energie aus dem umgebenden Gebirge auf und stellt sie als geothermische Wärmequelle für eine Wärmepumpe bereit. Die Wärmepumpe hebt das Temperaturniveau anschließend aktiv auf die für das Gebäude benötigte Temperatur an.
43 m³ Wasser für Wärmeübertragung und Pufferung
Jeder Hochleistungsenergiepfahl verfügt über ein Wasservolumen von insgesamt 43 m³.
Die Wassermasse dient innerhalb des HEP als thermisches Speicher-, Puffer- und Übertragungsmedium. Sie unterstützt die Aufnahme und Verteilung der thermischen Energie und kann kurzfristige Lastschwankungen puffern.
Im Kühlbetrieb wird Wärme über die Wassermasse aufgenommen und anschließend an das Gebirge abgegeben. Im Heizbetrieb erfolgt der Wärmeaustausch in umgekehrter Richtung.
Pendelbetrieb:
dieselbe HEP-Infrastruktur für Kühlen und Heizen
Eine besondere Stärke des HEP liegt in der Möglichkeit des Pendelbetriebs. Dadurch kann dieselbe HEP-Infrastruktur entsprechend dem saisonalen Bedarf für passive Kühlung und aktive Wärmeversorgung genutzt werden.
Kühlperiode
Während der Kühlperiode wird überschüssige Wärme aus dem Gebäude an das umgebende Gebirge abgegeben.
Heizperiode
Während der Heizperiode nimmt der HEP thermische Energie aus dem Gebirge auf und stellt sie einer Wärmepumpe als Wärmequelle zur Verfügung.
Thermische Wechselwirkung mit dem Gebirge
Beim HEP ändert sich im Pendelbetrieb die Richtung des Wärmeaustauschs mit dem umgebenden Gebirge.
Im Kühlbetrieb wird Wärme an das Gebirge abgegeben. Im Heizbetrieb wird dem Gebirge thermische Energie entzogen.
Wie sich diese wechselnden Betriebszustände auf die thermischen Bedingungen am Standort auswirken, hängt unter anderem vom Verhältnis zwischen Wärme- und Kältebedarf, den Betriebszeiten sowie den geologischen und hydrogeologischen Bedingungen ab.
Diese Faktoren werden bei der projektspezifischen Auslegung berücksichtigt.
Auch der Saisonalspeicher kann im Pendelbetrieb arbeiten
Neben dem HEP kann – abhängig vom Anlagenschema – auch der Geo-HEP-Saisonalspeicher in einen Pendelbetrieb eingebunden werden.
Dabei muss das Funktionsprinzip klar vom HEP unterschieden werden.
Der Saisonalspeicher wird in das Gebirge beziehungsweise in den Untergrund eingebracht, nutzt jedoch nicht die natürliche Umgebungstemperatur des Gebirges als Energiequelle oder Wärmesenke.
Stattdessen wird das Speicherfeld gezielt thermisch bewirtschaftet. Wärmeenergie wird von außen eingebracht, gespeichert und später wieder entnommen.
Je nach Anlagenschema kann darüber hinaus ein Teil des Saisonalspeicherfeldes als Kältespeicher genutzt werden. Dadurch können innerhalb eines abgestimmten Energiekonzepts sowohl Wärme als auch Kälte gespeichert und zeitversetzt zur Verfügung gestellt werden.
HEP-Pendelbetrieb und Saisonalspeicher-Pendelbetrieb
Beide Komponenten können somit im Pendelbetrieb eingesetzt werden, arbeiten jedoch nach unterschiedlichen thermischen Prinzipien.
HEP-Pendelbetrieb:
Der HEP nutzt die natürlichen thermischen Bedingungen des Gebirges. Im Kühlbetrieb wird Wärme an das Gebirge abgegeben; im Heizbetrieb wird Wärme aus dem Gebirge aufgenommen und einer Wärmepumpe bereitgestellt.
Saisonalspeicher-Pendelbetrieb:
Das Speicherfeld wird gezielt mit thermischer Energie beladen und entladen. Je nach Anlagenkonzept kann ein Teil des Speicherfeldes als Kältespeicher genutzt werden. Die natürliche Umgebungstemperatur des Gebirges dient dabei nicht als Energiequelle oder Wärmesenke.
Für welche Gebäude kommt der Pendelbetrieb in Betracht?
Der Pendelbetrieb ist insbesondere bei Projekten interessant, bei denen im Jahresverlauf sowohl Kühl- als auch Wärmebedarf besteht.
Dazu können beispielsweise gehören:
- Wohnanlagen und größere Wohngebäude
- Gewerbegebäude
- Verwaltungsgebäude
- Produktionsgebäude
- Gebäude mit saisonal wechselndem Wärme- und Kühlbedarf
Welche Systemkonfiguration sinnvoll ist, wird anhand des Wärme- und Kältebedarfs, der Temperaturniveaus, der Lastprofile, der Gebäudetechnik und der Standortbedingungen ermittelt.