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.
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
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