Funktionsprinzip des Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahls
Wärme aufnehmen,
thermische Lasten puffern
und Energie mit dem Untergrund austauschen.
Funktionsprinzip des Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahls
Das Geo-HEP-System nutzt die über das Jahr vergleichsweise konstanten Temperaturen des Untergrunds zum Kühlen und Heizen. Gleichzeitig verbindet es den Wärmeaustausch mit dem Untergrund mit einer thermischen Pufferung innerhalb der Hochleistungsenergiepfähle.
Eine Geo-HEP-Anlage wird immer projektspezifisch ausgelegt. Abhängig von Energiebedarf, Anwendung und Standortbedingungen kann sie aus einem oder mehreren Hochleistungsenergiepfählen sowie der dazugehörigen Anlagen-, Pumpen-, Mess-, Steuer- und Regeltechnik bestehen.
Das Systemprinzip auf einen Blick
Wärmeaustausch mit dem Untergrund mit einer großen integrierten thermischen Speichermasse.
01
Wärme aufnehmen
Ein Wärmeträgermedium nimmt überschüssige Wärme aus einem Gebäude, einer Maschine oder einem technischen Prozess auf und transportiert sie im geschlossenen Kreislauf zum Hochleistungsenergiepfahl.
02
Thermische Lasten puffern
Im Hochleistungsenergiepfahl wird thermische Energie zunächst von der integrierten Speichermasse aufgenommen. Vorzugsweise stehen dafür rund 43 m³ Wasser zur Verfügung, die insbesondere kurzfristig auftretende Lastspitzen innerhalb des Systems puffern können.
03
Wärme an den Untergrund abgeben
Über die große Pfahloberfläche wird die aufgenommene Wärme an den umgebenden Untergrund übertragen und dort weitergeleitet.
04
Abgekühltes Medium zurückführen
Das im Geo-HEP-System abgekühlte Wärmeträgermedium fließt zur Anwendung zurück und kann dort erneut Wärme aufnehmen. So entsteht ein kontinuierlicher geschlossener Kühlkreislauf.
Der Hochleistungsenergiepfahl übernimmt damit zwei eng miteinander verbundene Aufgaben:
- Aufnahme und Pufferung thermischer Lasten innerhalb des Pfahls
- großflächiger Wärmeaustausch mit dem umgebenden Untergrund
Wichtig
Die Wassermasse dient der kurzfristigen thermischen Pufferung. Sie ist kein saisonaler Langzeitspeicher.
Passive Kühlung ohne dauerhaft arbeitende Kältemaschine
Die passive Kühlung ist eine zentrale Anwendung des Geo-HEP-Systems. Unter geeigneten Bedingungen kann die aus dem Gebäude oder Prozess aufgenommene Wärme über den Wärmeträgerkreislauf direkt zum Geo-HEP-System transportiert und an den Untergrund abgegeben werden.
Eine dauerhaft arbeitende klassische Kältemaschine beziehungsweise ein kontinuierlich betriebener Kompressor ist dann nicht erforderlich. Elektrische Energie wird im Wesentlichen für Umwälzpumpen sowie die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik benötigt.
Das im Geo-HEP-System abgekühlte Wärmeträgermedium wird anschließend zur Anwendung zurückgeführt und kann dort erneut Wärme aufnehmen.
Wie effizient dieser Betrieb funktioniert, hängt unter anderem von den benötigten Temperaturen, dem Lastprofil sowie den geologischen und hydrogeologischen Bedingungen des Standorts ab.
Heizen mit dem Geo-HEP-System
Der Hochleistungsenergiepfahl kann nicht nur zur Kühlung eingesetzt werden.
Im Heizbetrieb dient das Geo-HEP-System als Wärmequelle für eine Wärmepumpe. Diese hebt die zur Verfügung stehende Wärme auf das Temperaturniveau an, das für das Gebäude oder den jeweiligen technischen Prozess benötigt wird.
Dabei profitiert die Wärmepumpe von den über das Jahr vergleichsweise konstanten Temperaturen des Untergrunds. So kann dieselbe geothermische Infrastruktur sowohl in Kühl- als auch in Heizkonzepte eingebunden werden.
Kühlen und Heizen im geothermischen Gesamtsystem verbinden
Bei Anwendungen mit Kühl- und Wärmebedarf können beide Betriebsarten innerhalb eines Gesamtkonzepts miteinander kombiniert werden. Im Kühlbetrieb wird Wärme an den Untergrund abgegeben; im Heizbetrieb kann der Untergrund als Wärmequelle für eine Wärmepumpe dienen.
Die integrierte Wassermasse des Hochleistungsenergiepfahls dient dabei weiterhin vor allem der kurzfristigen Pufferung thermischer Lasten. Für eine gezielte längerfristige oder saisonale Speicherung von Wärme und Kälte entwickelt Geo-HEP Systems den eigenständigen Geo-HEP-Saisonalspeicher.
Das Gebirge bzw. der Untergrund als Teil des thermischen Systems
Der Untergrund ist ein wesentlicher Bestandteil des thermischen Gesamtsystems.
Entscheidend ist nicht eine bestimmte Boden- oder Gesteinsart, sondern die Fähigkeit des Untergrunds, Wärme aufzunehmen, weiterzuleiten und wieder abzugeben.
Für die Auslegung werden unter anderem betrachtet:
- Aufbau und Schichtung des Untergrunds
- Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeichervermögen
- Festigkeit und Bohrbarkeit
- zulässige Bohrtiefe und räumliche Rahmenbedingungen
Grundwasser kann den Wärmetransport unterstützen
Vorhandenes und insbesondere bewegtes Grundwasser kann eingebrachte Wärme im Untergrund weitertransportieren und damit die thermischen Bedingungen rund um die Hochleistungsenergiepfähle begünstigen.
Das Geo-HEP-System selbst arbeitet dabei als geschlossenes Wärmeaustauschsystem. Grundwasser wird weder gefördert noch in den Anlagenkreislauf eingebunden.
Jedes Geo-HEP-System wird individuell ausgelegt
Die Leistungsfähigkeit einer Geo-HEP-Anlage lässt sich nicht mit einem pauschalen Kennwert beschreiben. Für die Auslegung werden insbesondere drei Bereiche gemeinsam betrachtet:
Bedarf
Heiz- und Kühlleistung, Betriebsstunden, Lastprofile und benötigte Temperaturniveaus.
Standort
Geologie, Hydrogeologie, verfügbare Fläche sowie technische und örtliche Rahmenbedingungen.
Systemauslegung
Aus diesen Daten ergeben sich die geeignete Anlagenkonfiguration und die erforderliche Anzahl der Hochleistungsenergiepfähle.
Ist das Geo-HEP-System für Ihr Projekt geeignet?
Ob Geo-HEP für eine neue Anlage, eine Modernisierung oder einen besonderen Kühl- und Wärmebedarf geeignet ist, wird anhand der technischen Anforderungen und der Standortbedingungen individuell geprüft.
Lassen Sie die Einsatzmöglichkeiten für Ihr Projekt bewerten.