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Autoren
OldBo
14.01.2012
Die Grundlage für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe (W-W-WP) ist das Grundwasser, da dieses geringe Temperaturschwankungen ( 7 bis 12 °C) hat. Dadurch ist auch ein monovalenter Betrieb möglich. Diese Anlagen sind grundsätzlich durch die "Untere Wasserbehörden" genehmigungspflichtig.
Saug-Schluckbrunnen-Anlage
 Saug-Schluckbrunnen-Anlage
Quelle: Innocalor - MichaeI ViernickeI
Die Grundlage für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe (W-W-WP) ist das Grundwasser, da dieses geringe Temperaturschwankungen ( 7 bis 12 °C) hat. Dadurch ist auch ein monovalenter Betrieb möglich. Diese Anlagen sind grundsätzlich durch die "Untere Wasserbehörden" genehmigungspflichtig.

Diese Anlagen benötigen einen Förderbrunnen bzw. Saugbrunnen und einen Schluckbrunnen. Für einen einwandfreien Betrieb ist eine bestimmte Wassermenge (Heizleistung der Wärmepumpe) mit brauchbarer Qualität und passender Temperatur notwendig.

Die Erschließung und der Wartungsaufwand dieses Systems ist gegenüber den Sole- und Luft-Wärmepumpen groß und es sind erhebliche Baumaßnahmen für den Förder- und Schluckbrunnen, Rohrleitungssystem, Brunnenkopf und Brunnenpumpe notwendig. Wenn die Wasserqualität nicht ausreichend ist, dann kann z.B. bei zu viel Eisen und Mangan in Grundwasser eine Verockerung der Brunnenanlage auftreten, was wiederum zum Totalausfall der Wärmepumpe führen kann. Danach musste die Anlage regeneriert oder neu errichtet werden. In vielen Fällen muss ein Wärmetauscher (Systemtrennung) eingebaut werden. Diese Brunnensysteme sind nur bis Tiefen von 20 m wirtschaftlich.

Funktionsweise:
Das Grundwasser wird dem Förderbrunnen durch eine Brunnenpumpe entnommen. Dabei muss die Brunnenleistung muss eine Dauerentnahme für den minimalen Wasserdurchfluss der Wärmepumpe gewährleisten. Das Grundwasser wird nun zur Wärmepumpe geleitet, hier wird die Wärme entzogen. Das abgekühlte Grundwasser wird dem Schluckbrunnen, welcher in Grundwasserflussrichtung hinter dem Entnahmebrunnen gebohrt wurde, wieder zugeführt. Der Schluckbrunnen muss die gleich Wassermenge aufnehmen können wie dem Förderbrunnen entnommen wird.

Offene Anlagen werden in direktem Kontakt des Wärmeträgers mit dem Erdreich betrieben, wodurch sich die effektive Wärmetauscherfläche erheblich vergrößert und nahezu verlustfrei die Temperatur des Erdreich zur Verfügung gestellt werden kann. Dazu wird über einen Förderbrunnen Grundwasser gefördert und in einen Verpressbrunnen reinjeziert. Diese Anlage sind auch als "Hot-Dry-Rockverfahren" beruht auf diesem Prinzip. Hier ist die Verpressung ausreichend großer Volumen allerdings nicht immer zu realisieren.
Grundwasserzirkulationsbrunnen
GEOHIL-System im Aquifer
 GEOHIL-System im Aquifer
Quelle: Innocalor - MichaeI ViernickeI
Geohil-Sytem
 Geohil-Sytem
Quelle: Innocalor - MichaeI ViernickeI
Eine Sonderform der Zirkulation zwischen zwei Brunnen ist die Zirkulation zwischen zwei übereinander gelegenen Filterstrecken im "Grundwasserzirkulationsbrunnen", der auch zur Dekontamination von verseuchten Untergründen eingesetzt wird. Der Druckausgleich in einem solchen System und andere konstruktive Merkmale verhindern chemische Reaktionsprozesse und Ausfällungsreaktionen.

Die Leistung eines Grundwasserzirkulationsbrunnen definiert sich im Wesentlichen aus der Grundwasserströmung und dem Kaliber der wassserführenden Schicht. Sie erfordert ab ca. 20 kW eine numerische Simulation zur sicheren Bestimmung der langfristigen Entzugsleistung.

Ist der Untergrund nicht stabil genug kann der Ringraum mit Kies verfüllt werden, muss dann aber durch Shunt-Rohre mit zusätzlichen Wegsamkeiten ausgerüstet werden, um den Volumendurchsatz zu gewährleisten. Gleichzeitig wird damit eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Strömungsprofil des Ringraum erzielt und damit der Wärmeeintrag gesteigert. Diese Technologie wurde unter dem Namen "Geohil" entwickelt.

Das Geohil-System hat in Erweiterung zur Standing-Column-Well eine Verfüllung des Ringraum mit einem porösen Medium, in der Regel Kies, durch den die Bohrung dauerhaft stabilisiert wird und eine Durchmischung des absinkenden Mediums, und damit optimaler Kontakt zur Bohrungswand erzwungen wird.

Der hydraulische Widerstand des Kies erfordert den Einbau von zusätzlichen Rohren, die die Rücklaufströmung begünstigen. Die Wärmeisolation des Förderrohres steigert die effektive Wärmetauscherlänge.

Ausbau der Geohil-Energiequellen, Dimensionierung von Teufe, Bohrkaliber, Umwälzrate und Filtern sind abhängig von den geologischen Verhältnissen und trotz zahlreicher bislang gebauter Anlagen weiter in der Erforschung. Während bislang mit Erfahrungswerten projektiert wurde, forschen wir in Berlin an den Grundlagen der Wärmeübertragung in offenen Erdwärmeanlagen, Simulationsverfahren und Optimierung der Anlagenkomponenten. Quelle: Innocolar
Standing-Column-Well
Standing Column Well
 Standing Column Well
Quelle: Innocalor - MichaeI ViernickeI
Die Standing-Column-Wells sind eine in Amerika verbreitete Form der Erdwärmetauscher-Anlagen, bei denen in einem offenen Bohroch das abgekühlte Wasser im direkten Kontakt mit dem Erdreich in die Tiefe sinkt und erwärmt durch ein zentrales Förderrohr zu Tage gepumpt wird.

Diese Bauform ist an spezielle geologische Formationen gebunden, diese muss standstabil sein und darf nicht durch Lösung oder Abrieb vom zirkulierenden Medium angegriffen werden.

Durch die hydraulische Verbindung mit dem Wasser gesättigten Erdreich kann ein Teilentzug des zirkulierenden Wassers ("bleeding") erfolgen und die Entzugsleistung gesteigert werden
Quellen
Innocalor
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Sephiroth1 schrieb: Hallo zusammen, wir bauen ein KfW 40 Plus Haus zusammen mit meinen Schwiegereltern. Dazu kommt noch eine ELW im Keller. Das Haus würde also bewohnt von uns (2 Erwachsene, 2 Kinder), den Schwiegereltern...
Anntobo schrieb: Hallo, wir planen den Umstieg von Gasheizung auf LWWP Wärmepumpe, u.a. da wir viel PV auf dem Dach haben. Erdwärme fällt für uns wohl aus, obwohl wir die Technik toll finden - aber unser Garten müsste...
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