Uponor ti geothermie de 201309 by Uponor Germany

Gebäudetechnik T E C H N I S C H E R G E S A M T K ATA L O G 2 0 13/ 14 V E R B U N D R O H R I N S TA L L AT I O N P E - X A I N S TA L L AT I O N FL ÄCHENHEIZUNG, FL ÄCHENKÜHLUNG VER SORGUNG | GEOTHERMIE

Auszug

Uponor Geothermie

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Geothermienutzung mit Uponor

752

Allgemein 752 | Herausforderungen in der Geothermie 753

Uponor Horizontalkollektoren

754

Systembeschreibung/Einsatzbereiche 754 | Planungsgrundlagen 755 | Auslegung von Horizontalkollektoren 757 | Verlegung und Installation 758

Uponor Erdwärmekörbe

760

Systembeschreibung/Einsatzbereiche 760 | Planungsgrundlagen 761 | Auslegung von Erdwärmekörben 762 | Verlegung und Installation 763

Uponor Energiepfähle

767

Systembeschreibung/Einsatzbereiche 767 | Planungsgrundlagen 768 | Auslegung von Energiepfählen 769 | Erstellung 770

Uponor Geothermie Anbindesysteme

773

PE-Xa – der robuste Rohrwerkstoff für Uponor Geothermiesysteme 773 | Uponor Verbindungstechnik für die Geothermieanwendung 777 | Uponor Geothermieverteiler 779 | Ecoflex – das flexible, vorgedämmte Rohrsystem für den Kalt- und Warmwassertransport 780

Wärmepumpen für die Geothermienutzung

781

Allgemein 781 | Energiebereitstellung mit Sole/ Wasser-Wärmepumpen 782 | Gebündelte Kompetenz – Uponor und STIEBEL-ELTRON 786 | GEOZENT Großwärmepumpen von 50 – 1500 kW 787 | Betriebsarten von Wärmepumen 789

Passive Raumkühlung (Free Cooling)

790

Allgemein 790 | Passive Kühlung mit der Uponor Pumpengruppe EPG 6 791 | Flächensysteme zum Heizen und (passiv) Kühlen 792

Projektplanung

793

Projektablaufplanung 793 | Detailplanung 794

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Uponor Geothermie

Geothermienutzung mit Uponor Allgemein Geothermie – die unerschöpﬂiche Energiequelle Geothermie kann nicht nur als Wärmequelle für Flächenheizung und Warmwasserbereitung, sondern auch als Kältequelle für Flächenkühlung mit sehr geringen Betriebskosten genutzt werden. Geothermie ist anwendbar für allen Arten von Gebäuden, vom Einfamilienhaus bis zu großen Büro- oder Industriegebäuden. Die Betriebskosten einer geothermischen Anlage sind im Vergleich zur konventionellen Wärme- bzw. Kälteerzeugung gering. Die Investi-

tionskosten für ein Geothermiesystem sind zwar etwas höher als bei konventionellen Kesseln und Kühlaggregaten, aber durch die geringen Betriebskosten sind die Amortisationszeiten kürzer. Geothermie als Energiequelle in Kombination mit Energienutzungssystemen ist die „all-in-one“ Lösung in Bezug auf die Kombination aus Heizen und Kühlen. Derartige Systeme sind efﬁzienter und einfacher zu installieren als

Geothermische Nutzungssysteme von Uponor Uponor bietet für verschiedene Gebäudetypen passende geothermische Lösungen – vom Einfamilienhaus bis zum Großobjekt. Mittels

horizontal ausgelegten Erdkollektoren (Erdregister), Energiepfählen und Erdwärmekörben wird effektiv Energie aus der Erde entnommen und zu Heiz- und Kühlzwecken bereit gestellt. Verrohrungssysteme aus hochdruckvernetztem Polyethylen (PE-Xa) sowie die ﬂexiblen, vorgedämmten Uponor Ecoﬂex Rohrleitungen sorgen für die sichere und energiesparende Gebäudeanbindung. Nach dem Motto „Alles aus einer Hand“ bietet Uponor somit Komplettlösungen, von der Energiegewinnung über Energiebereitstellung mittels GEOZENT Energiezentralen bis zur Raumtemperierung über Flächensysteme für Boden, Wand und Decke.

zwei separate Systeme für Heizen und Kühlen. Des weiteren proﬁtieren die Energienutzungssysteme von dem nutzbaren Temperaturbereich (ExergiePrinzip) im Form von Reduktion der Betriebstemperaturen beim Heizen und hohen Betriebstemperaturen beim Kühlen. Dadurch ist die Wärmepumpe in der Lage, mit einer höheren Efﬁzienz (Jahresarbeitszahl) zu arbeiten, was den Stromverbrauch und somit die Betriebskosten entsprechend reduziert.

Ihr Plus Weiter Einsatzbereich im Wohnungsbau, Industriebau, in öffentlichen Gebäuden und Bürogebäuden Heizen, Warmwaserbereitung und Kühlen mit einem System möglich Weitgehend unabhängig von fossilen Brennstoffen Mit anderen Energiequellen kombinierbar Vergleichsweise geringe Betriebskosten Schnelle Amortisation bei weiter steigenden Kosten für fossile Energien Zukunftssichere Investition in das Gebäude

Komplettlösungen von Uponor – von der Energiegewinnung über Energiebereitstellung bis zur Energienutzung.

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Uponor Geothermie

Herausforderungen in der Geothermie Die fachgerechte Nutzung der oberﬂächennahe Erdwärme erfordert neben elementarisch geologischen Kenntnissen auch Erfahrung in der Geohydraulik. So spielt z. B. das Grundwasser eine wichtige Rolle für die Entzugsleistung. Aber auch die hydraulische Leitfähigkeit des wasserführenden Untergrundes muss berücksichtigt werden. Hier wird Locker- oder Festgestein nach Poren- und Trennfugendurchlässigkeit unterschieden. Bei Lockergestein (Porengrundwasserleiter) ist vor allem die Korngröße und Kornverteilung und bei Festgestein die Häuﬁgkeit und Öffnungsweite der Trennfugen entscheidend für die hydraulische Leitfähigkeit.

Bei (Sonden-)Bohrungen muss der geologische Schichtaufbau des Untergrundes bekannt sein. Ohne vorangegangene geologische Untersuchungen besteht die Gefahr, dass bei den Bohrungen wasserführende Schichten verbunden werden. Das kann den Wasserhaushalt enorm stören und den Fluss des Grundwassers verändern. Durch Vermischung der verschiedenen Wässer kann zudem die Trinkwasserqualität negativ beeinträchtigt werden.

Je nach Anwendungsformen der Geothermie sowie Standortwahl sind vor Anlagenerrichtung länderspeziﬁsche Genehmigungen in Bezug auf Wasser- und Bergrecht einzuholen. Für Deutschland, Österreich und Schweiz ist hier u.a. die VDI 4640 Blatt 1 „Thermische Nutzung des Untergrunds – Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte“ zu beachten, für die Schweiz zusätzlich die SIA 384/6. Um Sie bei diesen Herausforderungen zu unterstützen, bietet Uponor mehr als nur Rohrleitungssysteme zur Geothermienutzung. Neben Horizontalkollektorenm, Erdwärmekörben, Energiepfählen sowie Anbinde- und Verteilrohrsystemen für Erdwärmetauscher bietet die Uponor Geothermie Ihnen auch bei projektbezogener Planung, Projektierung und Simulation der Systeme, Montage- und Installationsleistung sowie der Projektleitung vor Ort ihre Unterstützung an. Alles aus einer Hand. Für maximale Planungs- und Betriebssichheit.

Die Einﬂüsse der geothermischen Anwendungen auf die Erdreichtemperaturen sind von den Installationstiefen abhängig und und müssen ebenfalls bei der Planung berücksichtigt werden. Bei fachgerechter Dimensionierung von Erdwärmetauschern wie Erdregistern (Flächenkollektoren) und Erdwärmekörben (Einbautiefen bis max. 5 m) ist die Abkühlung des umgebenden Erdreichs im Heizfall nur vorübergehend bzw. die Wiedererwärmung, z. B. durch Sonneneinstrahlung auf die Erdoberﬂäche oder durch Regen erfolgt mit geringer Verzögerung. Eine Unterdimensionierung der Anlage ist zu vermeiden, um wachstumshemmende Auswirkungen auf die Vegetation oberhalb der Wärmeentzugssysteme zu verhindern.

Bei Erdsonden und Energiepfählen ist der Einﬂuss der temperaturausgleichenden Sonneneinstrahlung nur noch gering und der Wärmestrom in diesen Tiefen ist verlangsamt. Bei der Planung dieser Anwendungen sind die Temperaturverhältnisse im Erdreich über längere Zeiträume zu betrachten. Nur wenn ein Temperaturgleichgewicht gehalten wird, sind die geplanten Nutzleistungen langfristig realisierbar. So ist z. B. der alternierende Heizen/Kühlen Betrieb für eine ausreichende Regeneration des Erdreichs grundsätzlich ratsam. Eine Unterdimensionierung der Erdwärmetauscher kann von Heizperiode zu Heizperiode zu absinkenden Wärmequellentemperaturen führen.

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Uponor Geothermie > Uponor Horizontalkollektoren

Uponor Horizontalkollektoren Systembeschreibung/Einsatzbereiche Uponor Horizontalkollektoren bestehen aus horizontal, also parallel zur Erdoberfläche verlegten PE-Xa Rohren. Die Kollektorrohre werden hierbei, je nach Rohrdurchmesser und Rahmenbedingungen, im Abstand von 0,5 m bis 1,5 m verlegt. Die Vorund Rückläufe der Erdkollektoren werden entweder einzeln, oder über Quick & Easy Formteile zu Gruppen zusammengefasst, an eine Tichelmann-Zuleitung oder direkt an den Uponor Geothermieverteiler angeschlossen. Von dort erfolgt die Weiterleitung, z. B. durch die flexiblen, vorgedämmten Uponor Ecoflex Rohre zur Wärmepumpe.

Vorteile Vergleichsweise geringe Investitionskosten Gute Jahresarbeitszahlen Einfache Installation Ideale Lösung für Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie kleine Gewerbe- und Industrieanwendungen Geringe Einbautiefe

Überbaute Kollektorﬂächen Zur Energiegewinnung bzw. -speicherung können Uponor Kollektoren auch in oder unter Bodenplatten und in Fundamentstreifen herangezogen werden. Im Sommer wird dabei die in den Innenräumen entzogene Wärmeenergie in den Untergrund eingespeist und in der Winterperiode wieder entzogen um sie mit Hilfe einer Wärmepumpe als Heizenergie dem Gebäude zuzuführen. Da durch die Überbauung der Energieeintrag über das Regenwasser meist wenig und eine

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Schematische Darstellung Horizontalkollektoranlage in Mäanderverlegung

solare Einstrahlung kaum zur Regeneration beiträgt, ist eine Nutzung als Energiequelle nur dann sinnvoll, wenn Grundwasserstand und Grundwasserfluss die Energieausbeute positiv beeinflussen. Bei solchen Anlagen ist eine Planung und Begleitung durch ein Geologisches Planungsbüro unbedingt erforderlich! Um die Tragfähigkeit der thermisch aktivierten Bauwerkskomponenten nicht zu beeinträchtigen, müssen diese vor Frostschäden geschützt werden. Eine sichere untere Temperaturbegrenzug der Wärmeträgerflüssigkeit in den Kollektorrohren (> 0 °C) ist zwingend erforderlich (VDI 4640 Blatt 2). Zudem ist die geplante Anordnung der Kollektorrohre im Bauteil vom Tragwerksplaner zu prüfen und freizugeben.

Nicht überbaute Kollektorflächen Nicht überbaute Uponor Erdkollektoren sind bei relativ geringen Investitionskosten überall dort einsetzbar, wo ausreichend unbebaute Bodenflächen entsprechend dem erforderlichen Energiebedarf zur Verfügung stehen. Insbesondere beim Neubau energieoptimierter Wohngebäude bieten sich Uponor Erdkollektoren an, da hier i. d. R. ohne großen Mehraufwand ein Kollektor eingebaut werden kann. Entsprechend des Gebäudeenergiebedarfs und der Wärmepumpenleistung ist eine unbebaute Kollektorfläche vorzusehen und entsprechend den Vorgaben der VDI 4640 auszulegen.

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Uponor Geothermie > Uponor Horizontalkollektoren

Planungsgrundlagen Funktionsprinzip

Bodentypen und Wassergehalt Die Leistungsfähigkeit eines Erdwärmekorbes hängt im Wesentlichen vom Wassergehalt des umgebenden Erdreichs ab. Darüber hinaus verbessert Wasser im Erdreich auch die Wärmeleitfähigkeit, wodurch die gespeicherte Wärme aus tieferen Erdschichten und die Sonnenenergie von der Erdoberﬂäche leichter zu den Kollektoren strömen können.

Temperatur (Erdoberfläche) [°C] 0

0 Uponor Horizontal Kollektor

Einbautiefe: i.d.R. 1,2 - 1,5 m

Tiefe im Boden [m]

Erdkollektoren werden relativ oberﬂächennah in einer Tiefe von ca. 1,2 – 1,5 m eingebaut. Die Wärme, die von nicht überbauten Horizontalkollektoren dem Erdreich entzogen wird, ist somit keine geothermische Energie aus dem Erdkern. Sie setzt sich vielmehr aus Sonneneinstahlung, im Erdreich gespeicherter Sonnenenergie sowie dem Energieinhalt des Regens, der in das Erdreich einsickert, zusammen. Aus diesem Grund ist der thermische Kontakt zum Untergrund sowie die thermische Speicherfähigkeit des Erdreichs für die Leistungsfähigkeit von entscheidender Bedeutung. Dabei besteht ein unmittelbarer Zusammenhang von Speicherkapazität des Erdreichs und dessen Wassergehalt. Damit ein Erdkollektor diese Speicherkapazität nutzen kann, ist es notwendig, dass die Oberkante des Kollektors unterhalb der natürlichen Frostgrenze liegt.

20 0

Temperatur (Tiefe) [°C] Im Mittel steigt die Bodentemperatur ca. alle 33 m um 1 °C 1. Februar

1. Mai

Einfluss auf die Vegetation Prinzipiell kann das Erdkollektorfeld beliebig bepflanzt werden, sogar mit flachwurzelnden Bäumen. Erdkollektorrohre in der üblichen Tiefe können nicht durch Pflanzenwurzeln beschädigt werden. Allerdings entziehen Horizontalkollektoren im Heizfall dem Erdreich Wärme, so

1. November

1. August

dass es sich daraufhin unter das Temperaturniveau des „ungestörten” Erdreichs abkühlt, was speziell im Frühjahr zu einer geringfügigen Wachstumsbeeinträchtigung bei Pﬂanzen oberhalb der Kollektorﬂächen führen kann. Dieser Effekt ist jedoch bei fachgerechter Planung auf ein Minimum reduzierbar.

Rechtliche Hinweise Für Horizontalkollektoren können länderspeziﬁsche Genehmigungen der zuständigen Behörden notwendig sein. VDI 4640 und Wasserhaushaltsgesetz (D), SIA 384/6 und BAFU-Vollzugsrichtlinie (CH), österreichische Wasserrechtsgesetz, Gewerbeordnung und Bauordnung (A) sind zu beachten.

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Uponor Geothermie > Uponor Horizontalkollektoren

Vermeidung von Eisbildung Im winterlichen Heizbetrieb kann die Temperatur der Wärmeträgerﬂüssigkeit (Sole) und damit auch die Temperatur der Rohroberﬂäche unterhalb des Gefrierpunktes absinken was das Gefrieren des Wassers im umliegenden Erdreich zur Folge hat. Geringfügige Eisbildung ist generell nicht problematisch, da auch

das „ungestörte” Erdreich bis in eine Tiefe von 0,5 – 0,8 m im Winter gefriert und mit den steigenden Temperaturen im Frühjahr wieder auftaut. Das Absinken der Erdreichtemperaturen unter den Gefrierpunkt sollte jedoch möglichst durch eine angepasste Betriebsweise der Wärmepumpe verhindert werden.

Bei konsequenter Auslegung des Horizontalkollektors nach VDI 4640 sind negative Einﬂüsse durch Eisbildung grundsätzlich nicht zu erwarten.

weiteren Parametern wie z. B. der geograﬁsche Lage (Klimaregion gem. DIN 4710) abhängig. Die nachfolgende Tabelle kann somit nur zur Orientierung dienen und

ersetzt keine genaue Betrachtung der Rahmenbedingungen.

Entzugsleistungen Die speziﬁsche Entzugsleistung von Flächenkollektoren ist u. a. von der Bodenbeschaffenheit, der Wärmepumpenlaufzeit, den Verlegeabständen, der Verlegetiefe und

Anhaltswerte für die Auslegung von Horizontalkollektoren Untergrund

Trockener, nichtbindiger Boden Bindiger, feuchter Boden Wassergesättigter Sand/Kies

Speziﬁsche Entzugsleistung qE bei 1.800 h/a [W/m²] 10 20 – 30 40

speziﬁsche Entzugsleistung qE bei 2.400 h/a [W/m²] 8 16 – 24 32

Verlegeabstand s

Verlegetiefe

Abstand zur Versorgungsleitungen

[m] 1 0,8 0,5

[m] 1,2 – 1,5 1,2 – 1,5 1,2 – 1,5

[m] > 0,7 > 0,7 > 0,7

Bei längeren Laufzeiten ist neben der spez. Entzugsleistung q̇ auch die spez. Entzugsarbeit zu berücksichtigen. Für Erdwärmekollektoren sollte diese zwischen 50 und 70 kWh/(m² Jahr) liegen. Richtwert zur Erdwärmekollektorausbildung nach VDI 4640: gültig nur für reinen Heizbetrieb und Warmwasserbereitung!

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Uponor Geothermie > Uponor Horizontalkollektoren

Auslegung von Horizontalkollektoren Die Dimensionierung von Horizontalkollektoren hängt neben den Bodeneigenschaften und den klimatischen Bedingungen von der jährlichen Betriebsstundenzahl der Wärmepumpenanlage ab. In der Regel wird von einer maximalen Betriebsstundenzahl von 1800 h ausgegangen. Die erforderliche Kollektorﬂäche bei Horizontalkollektoren richtet sich nach der speziﬁschen Entzugsleistung qE des Bodens und der Kälteleistung QO der Sole/Wasser-Wärmepumpe. Amin =

QO qE

[m²]

Die Kälteleistung entspricht dem aus der Umgebung entzogenen Leistungsanteil der Wärmepumpe und stellt die Differenz der Heizleistung QH und der elektrischen Leistungsaufnahme Pel dar. QO = QH – Pel

[W]

Die notwendige Kollektorrohrlänge LK wird aus der erforderlichen Kollektorﬂäche AK und dem Abstand s der Kollektorrohre ermittelt. LK =

Amin s

[m]

Verkleinert man den Rohrabstand bei gleicher Entzugsleistung, besteht prinzipiell die Gefahr der Matschbildung im Frühjahr. Die Eisradien um die Rohre würden dann

nicht rechtzeitig zurücktauen, um Freiräume zur Versickerung der Niederschläge zu schaffen. Vergrößert man den Rohrabstand, sinkt die Soletemperatur für den gleichen Wärmeentzug weiter ab. Im Spitzenlastfall würde die Solerücklauftemperatur dann -5°C unterschreiten, was zum Abschalten der Wärmepumpe führen kann. Berechnungsbeispiel Wärmepumpe (Daten Hersteller) - Heizleistung QH = 8,9 KW - Elektische Leistungsaufnahme Pel = 1,98 KW ➔ Kälteleistung QO = 6,92 KW Horizontalkollektor (Daten nach VDI 4640) - Jahresnutzungsdauer 1800 h - Entzugsleistung qE = 25 W/m2 - Verlegeabstand s = 0,8 m ➔ Kollektorfläche Amin = 277 m² ➔ LK = 346 m Auslegung Horizontalkollektor ➔ 4 Heizkreise à 100 m ➔ Tatsächlicher Verlegeabstand = 0,69 m Bei Aufteilung der Kollektorflächen in einzelne Kreise sollten, unter Brücksichtigung der höheren Viskosität der Wärmeträgerflüssigkeit gegenüber Wasser, möglichst geringe Druckverluste angestrebt werden da eine hohe Pumpenleistung die Jahresarbeitszahl β der Wärmepumpenanlage verringert.

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Bei der monovalenten Auslegung der Sole/Wasser-Wärmepumpe muss die Wärmequelle auf den Leistungsbedarf des Gebäudes QG und nicht auf den der Wärmepumpe ausgelegt werden. Der Gesamtleistungsbedarf QWP beinhaltet den Leistungsbedarf des Gebäudes QG und zur Brauch- bzw. Warmwasserbereitung Qww unter Berücksichtigung einer Sperrzeit Z. QWP = (QG + QWW) · Z

[W]

Wird bei der Wahl der Wärmepumpe auf ein Modell mit geringerer Heizleistung bzw. kleineren Kollektorﬂäche zurückgegriffen, so erhöhen sich die Betriebsstunden der Wärmepumpe. Eine sorgfältige Planung und Dimensionierung von Horizontalkollektoren ist unabdingbar. Unterdimensionierungen sind zu vermeiden; sie führen zum Absinken der Soletemperaturen und somit zu schlechten Jahresarbeitszahlen. Unterdimensionierung kann auch zu dauerhaft absinkenden Wärmequellentemperaturen führen; im Extremfall wird die Einsatzgrenze der Wärmepumpe unterschritten.

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Uponor Geothermie > Uponor Horizontalkollektoren

Verlegung und Installation Horizontalkollektoren sollten nach Möglichkeit in einer Tiefe von mindestens 1,2 m bis maximal 1,5 m verlegt werden, um eine optimale Regeneration des Erdreiches zu gewährleisten. Zur Verlegung von Horitontalkollektoren stehen, abhängig vom Rohrabstand, Beschaffenheit des Untergrundes, Baustellegegebenheiten und weiteren Parametern die folgenden gängigen Einbauvarianten zur Auswahl: Grabenverlegung Flächiger Erdabtrag Grabenverlegung Die Art der Grabenverlegung richtet sich u. a. nach dem Verlegeabstand der Kollektorrohre und den zu Verfügung stehenden Baumaschinen. Bei großen Rohrabständen und wenig Platz für den Bodenaushub kann es sinnvoll sein, für jeden Rohrstrang einen separaten Graben auszuheben. Dafür reicht oft ein Minibagger mit eine schmalen Schaufel (ca. 30 – 50 cm) aus. In der Praxis bewährt hat sich der Einsatz von Baggern mit einer Schaufelbreite, die in Etwa dem Verlegeabstand der Kollektorrohre entspricht. In diese Gräben können dann jeweils zwei Rohrstränge verlegt werden was den Aufwand für die Erdarbeiten verringert.

Tichelmannverlegung mit Ausführung der Heizkreise als Rohrschlaufen

Bei der Grabenverlegung ist folgende Vorgehensweise vorteilhaft: 1. Aushub des ersten Grabens 2. Verlegung des ersten Rohrstrangs 3. Verfüllung des ersten Grabens mit dem Aushub des nächsten Graben. Dadurch braucht nur der Aushub des ersten Graben zwischengelagert werden. Das Erdreich muss nach dem Verfüllen gut verdichtet werden, denn lockeres Material vermindert die Kapillarwirkung, was wiederum einen niedrigeren Wassergehalt und dadurch schlechtere thermische Eigenschaften zur Folge hat. Flächige Verlegung Bei engen Kollektorrohrabständen kann ein flächiger Erdabtrag zur Kollektorverlegung sinnvoll sein, insbesondere dann, wenn aus bauseitigen Gründen umfangreiche Erdarbeiten im Bereich der Kollektorverlegefläche notwendig sind und die entsprechenden Maschinen und der notwendige Platz für den Bodenaushub zur Verfügung stehen. Für die flächige Verlegung von überbauten Horizontalkollektoren sind i. d. R. keine zusätzlichen Erdarbeiten erforderlich, hier können die Kollektoren häufig direkt auf das vorhandene Planum verlegt

Verlegeart Heizkreis als Schnecke

werden. Zur Fixierung der Rohrleitungen werden zunächst Bewehrungsmatten im Kollektorbereich verlegt. Darauf werden anschließend die Uponor PE-Xa Rohre mit Kabelbindern befestigt.

Fixierung der Rohrschlaufen auf Bewehrungsmatten

Verlegevarianten Die Auswahl der Verlegevariante der Horitontalkollektoren richtet sich u. a. danach, ob eine Grabenverlegung oder eine flächige Verlegung vorgesehen ist. Bei Grabenverlegung bietet sich die Mäander- bzw. Doppelmäanderverlegung der Rohre oder der Anschluss der einzelnen Rohrschlaufen an eine TichelmannZuleitung an. Für die flächige Verlegung empfiehlt sich die Rohranordnung als Schnecke oder Mäander bzw. Doppelmäander. Bettung der Kollektorrohre und Zuleitungen Die Rohre in den Uponor Horizontalkollektoren sowie die Zuleitungen bestehen aus robustem hochdruckvernetztem Polyethylen (PE-Xa). Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften dieses Werkstoffs ermöglichen eine sandbettlose Verlegung gemäß DVGW Regelwerk W400-2. Der Erdaushub kann i. d. R. direkt wieder als Verfüllmaterial verwendet werden, das spart Zeit und Zusatzkosten.

Verlegeart Heizkreis als Mäander/Doppelmäander

Verlegevarianten für Horizontalkollektoren (Beispiele)

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Uponor Geothermie > Uponor Horizontalkollektoren

Abstände

Je nach Verlegevariante können die Kollektorrohre entweder über eine Tichelmann-Zuleitung, als T-Stück Installation oder in Einzelanbindung über den Uponor Geothermieverteian die Gebäudetechnik angeschlossen werden. Die Verlegung der Rohrschlaufen hat mit minimaler Steigung zum Verteiler zu erfolgen, damit eine Entlüftung des Horizontalkollektors ermöglicht wird.

50 – 80 cm Rohrabstand (1,2 - 1,5 m bei da 40 mm) Bettung des Horizontalkollektors nach VDI 4640

Auf der Baustelle hergestellte und im Betrieb nicht zugängliche Rohrverbindungen sind durch wartungsfreie Verbindungstechnik z. B. Uponor Quick & Easy oder Heizwendelformteile herzustellen.

Hydraulische Einregulierung

Alle Verteiler und Armaturen sollten außerhalb der Gebäude regenwassergeschützt in zugänglichen Schächten installiert werden. Der Uponor Geothermieverteiler bietet die Möglichkeit, die einzelnen Kollektorkreise abzusperren und untereinander hydraulisch abzugleichen.

120 - 150 cm

Trassenwarnband 30 - 40 cm über Rohr

Alle Kollektorrohre im Bereich der Mauerdurchführung sowie alle im Haus installierten soleführende Rohre müssen nach DIN 4140-2 kältetechnisch (wasserdampfdiffusionsdichte Dämmung) gedämmt werden, um Kondenswasserbildung zu vermeiden.

Anschluss der Kollektor-Zuleitungen an den zentralen Geothermieverteiler

Versorgungsleitung

min. 70 cm

Hydraulische Anbindung

Hauptverfüllung einschl. Straßenkonstruktion Bettung: PE-Xa kein Sandbett notwendig PE100 ca. 30 cm Sand

Bei Horizontalkollektoren sollte der Abstand zu anderen Versorgungsleitungen (Gas, Wasser, Wärme, Strom etc.), Gebäuden, Verkehrsﬂächen, Nachbargründstücken und Schwimmbädern mindestens 0,7 m betragen.

Zum energieoptimierten Betrieb der Sole-Umwälzpumpen sowie zur gleichmäßigen Flächenauslastung ist eine detailierte Druckverlustberechnung sowie ggf. ein hydraulischer Abgleich der einzelnen Rohrleitungsabschnitte notwendig.

Druckprüfung Nach Fertigstellung der Installation ist das Leitungsnetz einer Druckprüfung zu unterziehen. Die Druckprüfung kann mit Wasser, oder bei Frostgefahr, mit Druckluft oder inerten Gasen erfolgen. Die Druckprüfung ist nach EN 805 an jedem einzelnen Strang vorzunehmen und zu protokollieren. Befüllung Die Horizontalkollektoranlage muss mit einer Frostschutzlösung gemäß VDI 4640 bis mindestens -15°C befüllt werden. Die höhere Viskosität der Sole gegenüber Wasser ist bei der Druckverlustberechnung zu berücksichtigen.

Wasservolumen pro Meter für Horizontalkollektoren PE-Xa Rohrdimension [mm]

Innendurchmesser [mm]

Wasservolumen [l/m]

25 x 2,3 32 x 2,9 40 x 3,7

20,4 26,2 32,6

0,327 0,539 0,835

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Uponor Geothermie > Uponor Erdwärmekörbe

Uponor Erdwärmekörbe Systembeschreibung/Einsatzbereiche Ihr Plus Wirtschaftlich und ernergetisch effektive Form der Geothermie Ideale Lösung für Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie kleine Gewerbe- und Industrieanwendungen Geringe Grundﬂäche bei gleichzeitig großer Nutzung des Erdreichvolumens Gleichmäßiger Wärmeentzug Geringe Einbautiefe ohne Effekt auf den Wasserhaushalt

Schematische Darstellung Erdwärmekorbanlage

Der Erdwärmekorb stellt eine Sonderbauform der horizontalen Erdwärmekollektoren dar. Die runde und nach unten hin konisch zulaufende Bauform des Uponor Erdwärmekorbes ermöglicht, trotz einer relativ geringen Grundﬂäche, die Nutzung eines großen Erdreichvolumens. Erdwärmekörbe kommen zum Einsatz, wenn Tiefenbohrungen oder -gründungen aus wasserrechtlicher Rahmenbedingungen bzw. aus hydrologischen Gründen nicht möglich sind oder die zur Verfügung stehende Freifläche zu gering ist. Der Erdwärmekorb stellt eine wirtschaftliche und energetisch höchst effektive Alternative im Bereich der oberﬂächennahen Geothermie dar.

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Die Uponor Erdwärmekörbe sind die ideale Lösung für Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie kleinere Gewerbe- und Industrieanwendungen. Der bevorzugte Einsatz liegt im Leistungsbereich bis ca. 30 kW. Heizen und passiv Kühlen Im Heizbetrieb entzieht die durch den Erwärmekorb zirkulierende Sole (Wasser-Glykol-Gemisch) Wärme aus dem Erdreich. Mit Hilfe einer Wärmepumpe wird diese dann auf die gewünschte Heizungstemperatur angehoben. In den warmen Sommermonaten können die kühlen Erdreichtemperaturen zur passiven Kühlung, auch Free Cooling genannt, genutzt werden. Hierbei läuft in der Regel nur

die Soleumwälzpumpe der Wärmepumpe. Der Energieverbrauch beschränkt sich daher während der Kühlphase auf ein Minimum und ist somit deutlich kostengünstiger als herkömmliche Kühlvarianten. Die gezielte Wechselbelastung des Untergrunds durch Heizen und Kühlen schafft zudem eine Energiebalance im Untergrund und gewährleistet somit eine nachhaltige Energiequelle. Voraussetzung für die passive Kühlung ist allerdings ein Flächenheiz- bzw. -kühlsystem zur Temperierung der Räume. Hierzu bietet Uponor unterschiedliche Systeme für Boden-, Wand- oder Deckeninstallation inkl. der erforderlichen Regelungstechnik an.

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Uponor Geothermie > Uponor Erdwärmekörbe

Planungsgrundlagen Funktionsprinzip

Temperatur (Erdoberfläche) [°C] 0

0 Uponor Erdwärmekörbe

Einbautiefe: 1 bis 4 m

Tiefe im Boden [m]

Die Uponor Erdwärmekörbe sind für den Einsatz in einer Tiefe von 1 bis 4 Metern ausgelegt und beﬁnden sich somit in einer Tiefe, in der saisonale Temperaturschwankungen vorhanden sind. Die Wärme, die von Erdwärmekörben dem Erdreich entzogen wird, ist somit keine geothermische Energie aus dem Erdkern. Sie setzt sich vielmehr aus Sonneneinstahlung, im Erdreich gespeicherter Sonnenenergie sowie dem Energieinhalt des Regens, der in das Erdreich einsickert, zusammen. Aus diesem Grund ist der thermische Kontakt zur Erdoberﬂäche sowie die thermische Speicherfähigkeit des Erdreichs für die Leistungsfähigkeit von entscheidender Bedeutung. Dabei besteht ein unmittelbarer Zusammenhang von Speicherkapazität des Erdreichs und dessen Wassergehalt. Damit ein Erdwärmekorb diese Speicherkapazität nutzen kann ist es notwendig, dass die Oberkante des Kollektors unterhalb der natürlichen Frostgrenze liegt.

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Temperatur (Tiefe) [°C] Im Mittel steigt die Bodentemperatur ca. alle 33 m um 1 °C 1. Februar

1. Mai

1. November

1. August

Durchfrostung

Einﬂuss auf die Vegetation

Durch die großvolumige konische Form der Uponor Erdwärmekörbe wird eine vergrößerte Wärmetauscher-Oberﬂäche zur Aufnahme von Erdwärme geschaffen und das Inhaltsvolumen für das Wärmeträgermedium, die Sole, maximiert. Dadurch kann dem Erdreich die Wärmeenergie gleichmäßiger entzogen und die Durchfrostungsgefahr minimiert werden.

Durch die im Vergleich mit Horizontalkollektoren kleine Verlegeﬂäche bleibt die gärtnerische Nutzung der Fläche über den verbauten Uponor Erdwärmekörben ohne nennenswerte Einschränkungen möglich. Die Fläche sollte aber nicht versiegelt werden um eine Regeneration des Erdreichs durch Schmelz- und Regenwasser zu ermöglichen.

Rechtliche Hinweise Für alle Erdwärmekorbanlagen sind die länderspeziﬁschen Vorschriften wie die VDI 4640 und Wasserhaushaltsgesetz (D), SIA D 0190, SIA D 0179 und BAFU-Vollzugsrichtlinie (CH) österreichische Wasserrechtsgesetz, Gewerbeordnung und Bauordnung (A) zu beachten.

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Uponor Geothermie > Uponor Erdwärmekörbe

Auslegung von Erdwärmekörben Uponor Flächenheiz-/-kühlsysteme für Boden, Wand und Decke sind ideal mit Uponor Erdwärmekörben einsetzbar, da sie im Heizfall i. d. R mit einer Vorlauftemperatur von < 35°C auskommen.

Für die Auslegung einer Erdwärmekorbanlage müssen nachfolgende Aspekte berücksichtigt bzw. bekannt sein: Erdreichbeschaffenheit

Wärmepumpen

Unabdingbar für die richtige Dimensionierung der Erdwärmekorbanlage ist die konkrete Bestimmung der Bodenart und Erdreichfeuchte.

Die Auswahl der benötigten Wärmepumpe muss durch den Hersteller bzw. Fachhandwerker erfolgen. Dieser bestimmt anhand der Heizlast, den Systemtemperaturen, des Anwendungszwecks und der Laufzeit das jeweilige Wärmepumpenmodel. Hieraus ergibt sich die erforderliche Kälte- bzw. Entzugsleistung.

Wärmenutzung, Systemtemperaturen Das Wärmenutzungssystem mit den entsprechenden Systemtemperaturen hat erheblichen Einfluss auf die Effizienz der Erdwärmekorbanlage. Um eine höchstmögliche Effizienz des Systems im Heizfall sicherzustellen, sollte die Vorlauftemperatur so niedrig wie möglich gewählt werden.

Die passende Wärmepumpe ﬁnden Sie bei www.stiebel-eltron.de

Entzugsleistungen Aufgrund von Erfahrungswerten wurden nachstehende Anhaltswerte für die Auslegung der Uponor Erdwärmekörbe in Kombination mit unterschiedlichen Bodentypen ermittelt. Sollte auf der Baustelle der Boden nicht eindeutig klassifiziert werden können, ist das Erdreich durch einen Geologen zu analysieren. Zusätzlich zu der Bodenbeschaffenheit beeinflusst die geografische Lage (Klimazone gem. DIN 4710) die Entzugsleistung durch unterschiedliche Durchschnittstemperaturen, Temperaturschwankungen und Regenmengen. Diese Aspekte sind bei der Auslegung der Uponor Erdwärmekörbe ebenfalls zu berücksichtigen.

Spezifische Entzugsleistung Uponor Erdwärmekorb 32 (Anhaltswert) Trockener, nicht bindiger Boden (Sand/Kies) Trockener, bindiger Boden (Ton/Schluff) Feuchter, bindiger Boden (Ton/Schluff) Wassergesättigter Sand/Kies 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Spezifische Entzugsleistung (Heizfall) pro Uponor Erdwärmekorb 32 bei 1800 h/a [W/Korb] Spezifische Entzugsleistung Uponor Erdwärmekorb XL 32 (Anhaltswert) Trockener, nicht bindiger Boden (Sand/Kies) Trockener, bindiger Boden (Ton/Schluff) Feuchter, bindiger Boden (Ton/Schluff) Wassergesättigter Sand/Kies 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Spezifische Entzugsleistung (Heizfall) pro Uponor Erdwärmekorb XL 32 bei 1800 h/a [W/Korb]

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Uponor Geothermie > Uponor Erdwärmekörbe

Verlegung und Installation Allgemein Im Grundstücks- bzw. Lageplan müssen die Eintragung von Bäumen, Leitungen (Wasser, Telefon, Abwasser usw.) berücksichtigt werden. Nur so können im Vorfeld evtl. Unwägbarkeiten geklärt und die genaue Anordnung der Erdwärmekörbe festgelegt werden. Die Uponor Erdwärmekörbe dürfen nicht mit Baukörpern wie Garagen, Carports, Keller, Schwimmbäder oder Straßen überbaut werden, da sonst eine natürliche Regeneration nicht mehr möglich ist.

Lageplan (Beispielskizze) für die Verlegung der Uponor Erdwärmekörbe

Erdwärmekorb

Abstände Folgende Abstände sind einzuhalten: Der Abstand zu Fundamenten, Nachbargrundstücken, Verkehrsﬂächen, Schwimmbädern und Trinkwasser- bzw. Abwasserleitungen muss mindestens 1,5 bis 2 m betragen. Idealerweise sollten die Mittenabstände der Uponor Erdwärmekörbe nicht kleiner als 6,4 m sein.

b a

Erdwärmekorb

Verlegeabstände Uponor Geothermie Erdwärmekörbe

2,0 m

2,4 m

Erdwärmekorb

2,0 m

2,4 m

2,0 m

Technische Daten

Erdwärmekorb 32

Rohrmeter Durchmesser oben (a) Durchmesser unten (b) Höhe (c) Rohrabstände Korbvolumen Solevolumen Fixierung Rohr Anschluss Integrierte Anschlussleitung für Vorund Rücklauf

150 m 200 m 2,4 m 2,4 m 1,4 m 1,4 m 2,0 m 2,7 m 114 mm 114 mm 6,1 m³ 8,1 m³ 84 ltr. 108 ltr. PU-Schaumleiste mit Fixierband Einzeln am Verteiler Einzeln am Verteiler 20 m 25 m

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Erdwärmekorb 32 XL

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Uponor Geothermie > Uponor Erdwärmekörbe

Einbau Uponor Erdwärmekörbe werden in der Regel in einer Tiefe von 1 bis 4 Metern installiert. Die Einbauzeit beträgt ca. 1 Stunde pro kW Heizleistung, d.h. bei einem Einfamilienhaus mit 6 kW ist mit ca. 1 Arbeitstag zu kalkulieren. Die Anlieferung der Uponor Erdwärmekörbe erfolgt mit LKW auf die Baustelle. Durch das geringe Eigengewicht können diese nach dem Abladevorgang entweder an den Einbauort gerollt oder mit einem Bagger in Position gebracht werden. Für den Aushub sollte der Bagger je nach Projektumfang mindestens die Größe von 5 – 7,5 Tonnen haben. Falls es die Platzverhältnisse erlauben, sind größere Geräte zu bevorzugen. Idealerweise dann mit einem Zwei-Meter-Humuslöffel.

Trassenwarnband 30 - 40 cm über Korb

0,70 - 1,20 m

Einbau eines Uponor Erdwärmekorbes mit Hilfe eines Baggers

2 m (Uponor Erdwärmekorb 32) 2,7 m (Uponor Erdwärmekorb XL 32)

Die Rohre in den Uponor Erdwärmekörbe sowie die Zuleitungen bestehen aus robustem hochdruckvernetztem Polyethylen (PE-Xa). Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften dieses Werkstoffs ermöglichen eine sandbettlose Verlegung gemäß DVGW Regelwerk W400-2. Der Erdaushub kann i. d. R. direkt wieder als Verfüllmaterial verwendet werden, das spart Zeit und Zusatzkosten. Es ist darauf zu achten, dass der Aushub bei der Wiederverfüllung der Erdwärmekorbgrube eingeschlämmt wird. Um spätere Setzungen zu vermeiden, sollte die Einbaustelle nach der Verfüllung fachgerecht verdichtet werden.

ca. 2,5 m Bettung des Uponor Erdwärmekorbes

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Uponor Geothermie > Uponor Erdwärmekörbe

Einbauschritte Der Einbau des Uponor Erdwärmekorbes sollte nach folgenden Schritten vorgenommen werden: 1. Erdreichaushub 2. Setzen der Uponor Erdwärmekörbe und Wiederverfüllung 3. Verteileranbindung 4. Druckprüfung 5. Anlagenbefüllung mit Sole 6. Abnahme und Dokumentation der Erdwärmekorbanlage

In den meisten Regionen liegt diese bei 0,7 – 1,2 m unterhalb der Erdoberﬂäche. Folglich kann man von einer Aushubtiefe zwischen 3,2 – 3,7 m ausgehen. Nachfolgend wird ein Anbindegraben mit 1,2 m Tiefe vom ersten Aushub bis zum Verteiler gezogen.

Verlegung im Anbindegraben wird hierdurch erleichtert. Um eine gleichmäßige hydraulische Anbindung der einzelnen Körbe am Verteiler zu gewährleisten, werden daher die Anschlussleitungen nicht gekürzt!

Mit einem geeigneten Bagger wird zunächst für den ersten zu setzenden Uponor Erdwärmekorb und Erdwärmekorb XL ein ca. 2,5 x 2,5 m quadratischer Aushub vorgenommen. Die Aushubtiefe richtet nach der regionalen Frostgrenze.

Bevor der Erdwärmekorb in die Grube eingelassen werden kann, sollten einige zusätzlich vorbereitende Arbeitsgänge getätigt werden. Die im Erdwärmekorb integrierte Anbindeleitung muss aus dem Inneren des Erdwärmekorbes gezogen und mit Hilfe von Kabelbindern an den Rohrwindungen befestigt werden. Durch diesen Arbeitsschritt wird der „Drall“ aus der Anbindeleitung genommen. Die spätere

Nun wird der Erdwärmekorb mit Hilfe eines geeigneten Geräts (Bagger) in die Erdwärmekorbgrube eingelassen und mit dem vorher ausgehobenen Erdreich verfüllt. Wichtig hierbei ist die Einschlämmung mit ausreichend Wasser. Die übrigen Erdwärmekörbe werden nach dem gleichen Prinzip gesetzt. Es ist darauf zu achten, dass die im Vorfeld geplanten Mindestabstände der Erdwärmekörbe untereinander eingehalten werden.

Lösen der Anbindeleitungen

Positionierung der Anbindeleitungen

Fixierung der Rücklauﬂeitung

Fixierung der Vorlauﬂeitung

Aushub der Einbaugrube

Einbringen des Erdwärmekorbes

Einschlämmen des Füllmaterials

Wiederverfüllung des Uponor Erdwärmekorbes

Fertig installierter und verdichteter Erdwärmekorb

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Uponor Geothermie > Uponor Erdwärmekörbe

Hydraulische Anbindung

Druckprüfung

Uponor Erdwärmekörbe werden einzeln an eine Tichelmann-Zuleitung oder direkt an den Uponor Geothermieverteiler angeschlossen. Dafür sind die Uponor Erdwärmekörbe bereits ab Werk mit 20 bzw. 25 m Vor- und Rücklauf-Anbindeleitung ausgestattet. Sollte dies in Ausnahmefällen nicht genügen, können die Rohre mittels Uponor Quick & Easy Verbindungstechnik oder Heizwendelschweißﬁttings verlängert werden.

Nach Fertigstellung der Installation ist das Leitungsnetz einer Druckprüfung zu unterziehen. Die Druckprüfung kann mit Wasser, oder bei Frostgefahr, mit Druckluft oder inerten Gasen erfolgen. Die Druckprüfung ist nach EN 805 an jedem einzelnen Strang vorzunehmen und zu protokollieren.

Insbesondere bei der Anbindung an eine Tichelmann-Zuleitung ist auf gleichmäßig lange Anbindeleitungen zu achten. Um unterschiedliche Druckverhältnisse zu vermeiden, sollte der Längenunterschied der Anbindeleitungen 10% nicht überschreiten. Bei der Verteileranbindung kann mit Hilfe der Durchﬂussmesser am Uponor Geothermieverteiler ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden. Auch ist dem Fall eine Einzelabsperrung der Körbe möglich.

Befüllung Die Erdwärmekorbanlage muss mit einer Frostschutzlösung gemäß VDI 4640 bis mindestens -15°C befüllt werden.

Sole-Mischverhältnis und Volumenanteile für Uponor Erdwärmekörbe Uponor Erdwärmekorb 84 l

Solevolumen gesamt Mischungsver- 3:1 hältnis > Frostschutz- 21 l mittel > Wasser 64 l

Uponor Erdwärmekorb XL 108 l 3:1 27 l 81 l

Wasservolumen pro Rohrmeter PE-Xa Rohrdimension [mm]

Innendurchmesser [mm]

Wasservolumen [l/m]

32 x 2,9

26,2

0,539

Die benötigte Solemenge für den Erdwärmekorb ist den technischen Daten zu entnehmen. Für die Befüllung sind an geeigneter Stelle entsprechende Füll- und Entleerungseinrichtungen vorzusehen.

Wichtig Das Frostschutzmittel und das Wasser müssen in einem ausreichend großen Behälter vermischt werden, bevor der Uponor Erdwärmekorb mit dem Gemisch befüllt wird!

Dokumentation Nach Fertigstellung des Uponor Erdwärmekorbfeldes ist zu empfehlen, dass die tatsächliche Lage der Erdwärmekörbe im Lageplan eingezeichnet und nach Strangnummern gekennzeichnet wird. Diese Dokumentation dient der Zuordnungs-

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möglichkeit am Verteiler und dem behördlichen Nachweis. Der Verarbeiter ist für die Einhaltung aller gültigen Normen und Vorschriften verantwortlich. Eine Abnahme der Anlage hat zu erfolgen.

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Uponor Geothermie > Uponor Energiepfähle

Uponor Energiepfähle Systembeschreibung/Einsatzbereiche Bei der Errichtung von Bauwerken auf nicht tragfähigen Erdreich sind spezielle Gründungsmaßnahmen erforderlich. Zur Lastabtragung kommen häuﬁg s. g. Gründungspfähle aus Beton zum Einsatz. Diese werden unterhalb der Bodenplatte oder den Fundamenten bis ins tiefere tragende Erdreich eingebracht. Hier bietet es sich an, diese mittels einem integrierten Rohrwärmetauscher aus Uponor Geothermie PE-Xa Rohren zur geothermischen Nutzung in den Heiz- und Kühlbetrieb eines Gebäudes einzubinden. Je nach Anlagenkonzept können Energiepfähle zur Kompensation von Grund-, Teil- oder Spitzenlasten eingesetzt werden. Schematische Darstellung einer Energiepfahlanlage

Anwendungsbeschreibung Je nach Innendurchmesser der Körbe werden die Uponor Geothermie PE-Xa Rohre nebeneinander oder, bei kleineren Korb-Innendurchmessern, über Kreuz mit Kabelbindern ﬁxiert. Vor dem Betonieren der Pfähle werden die offenen Rohrenden zum Schutz vor Schmutzeintrag verschlossen und im Bereich oberund unterhalb des späteren Installationsniveaus mit einer Rohrschutzdämmung ummantelt. Das Betonieren kann bei vorgefertigten Gründungspfählen im Betonwerk

oder, bei Ortbetonpfählen, direkt auf der Baustelle vor Ort geschehen. Nach dem Betoniervorgang werden die aus dem Beton ragenden Anschlussrohre der Energiepfähle auf Installationsniveu eingekürzt und über Quick & Easy Formteile oder Uponor Geothermie SchweißY-Stücke entweder einzeln, oder zu Gruppen zusammengefasst, an eine Tichelmann-Zuleitung oder direkt an den Uponor Geothermieverteiler angeschlossen. Im Anschluss an die Verlegung werden alle Rohrleitungen mit einer Sole-

Vorteile Sehr geringe zusätzlichen Investitionskosten bei geplanten Pfahlgründungen Grundlastfähig Einsetzbar bei allen Tiefengründungen Ideale Lösung für Wohnungsbau und Nicht-Wohnungsbau

Mischung befüllt, entlüftet und einer Druck- und Funktionsprüfung unterzogen. Neben Gründungspfählen können häuﬁg auch Schlitzwände als Wärmetauscher im Erdreich aktiviert werden. Dies kann energetisch besonders ergiebig sein, da diese in der Regel eine relativ große Oberﬂäche und Grundwasserkontakt haben.

Energiepfahl mit parallelen PE-Xa Rohrschlaufen

Anordnung der PE-Xa Rohrschlaufen über Kreuz

Spiralförmige Anordnung der PE-Xa Rohrschlaufen

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Uponor Geothermie > Uponor Energiepfähle

Planungsgrundlagen Allgemein

Temperatur (Erdoberﬂäche) [°C] 0

Uponor Energiepfahl

Einbautiefe: ca. 10 - 30 m

Tiefe im Boden [m]

Grundsätzlich stehen bei der Erstellung von Energiepfählen die statischen Anforderungen an die Gebäudegründung im Vordergrund. Das bedeutet, dass die Bauwerksstatik die Anzahl und Abmessungen, z. B. die Länge, der thermisch aktivierbaren Gründungspfähle vorgibt. Übliche Gründungspfähle sind ca. 10 – 30 m lang. Die Temperaturen in der obersten Erdschicht variieren mit den Jahreszeiten. Mit zunehmender Tiefe werden diese Schwankungen deutlich geringer. Ab einer Tiefe von ca. 15 m hat das Erdreich eine weitgehende konstante Temperatur.

20 0

Temperatur (Tiefe) [°C] Im Mittel steigt die Bodentemperatur alle 33 m um 1 °C an. 1. Februar

1. Mai

1. November

1. August

Betriebsweise Eine Energiepfahlanlage sollte möglichst als Wechselspeicher (saisonal wechselnder Heiz- und Kühlbetrieb) betrieben werden. Dadurch wird eine optimale speziﬁsche Entzugsleistung sowohl für die Wärme- als auch für die Kältegewinnung erreicht. Das Temperaturregime der Energiepfahlanlage kann nachhaltig stabil gestaltet werden. Bei langjährig nahezu ausgeglichener Wärmebilanz ist die gegenseitige thermische Beeinﬂussung von benachbarten Energiepfählen zueinander minimiert.

Erfahrungsgemäß ist bei mittleren und großen Energiepfahlanlagen der Grundlastbetrieb der wirtschaftlichste. Dabei ist ein optimales Verhältnis von Leistung und Arbeit im Rahmen der Bemessung anzustreben und festzulegen. Zur Kompensation der Spitzenheizund -kühllasten des Gebäudes sowie zur Warmwasserbereitung können ggf. zusätzliche (geothermische) Energiequellen erforderlich sein.

Statik Grundsätzlich ist bei der Einbringung von Wärmetauscherrohren in den Beton-Gründungspfahl die geplante Anordnung der Wärmetauscherrohre vom Tragwerksplaner zu prüfen und freizugeben. Um die Tragfähigkeit eines Energiepfahls auch im Betrieb nicht zu beeinträchtigen, muss dieser vor Frostschäden durch eine sichere untere Temperaturbegrenzug der Wärmeträgerﬂüssigkeit (Sole) geschützt werden.

Energiepfähle: Thermische Nutzung des Untergrundes Ausgangslage Temperatur des Untergrundes ca. 8 – 12°C

Sommer Gebäudekühlung Untergrund dient als Wärmesenke

Herbst Wärmespeicherung im Untergrund bei ca. 12 – 16°C

Winter Gebäudeheizung Untergrund dient als Wärmequelle

Frühling Kältespeicherung im Untergrund bei ca. 4 – v8°C

Regenerierung des Erdreichs durch alternierende Heizen/Kühlen Betriebsweise

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Rechtliche Grundlagen Für alle Energiepfahlanlagen sind die länderspeziﬁschen Vorschriften wie die VDI 4640 und Wasserhaushaltsgesetz (D), SIA D 0190, SIA D 0179 und BAFU-Vollzugsrichtlinie (CH) österreichische Wasserrechtsgesetz, Gewerbeordnung und Bauordnung (A) und zu beachten.

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Uponor Geothermie > Uponor Energiepfähle

Auslegung von Energiepfählen Die Dimensionierung von Energiepfählen ist u. a. vom Leistungsbedarf, der Betriebsweise der Wärmepumpe, der Erdreichbeschaffenheit sowie der Anzahl, Anordnung, Länge, Durchmesser und Materialbeschaffenheit der thermisch aktivierten Gründungpfähle abhängig. Hierbei ist der thermische Widerstand vom umgebenden Erdreich bis zum Wärmeträgermedium in den Rohren rechnerisch zu berücksichtigen.

Kollektor-Rohrlängen

Thermischer Widerstand

Die Kälteleistung entspricht dem aus der Umgebung entzogenen Leistungsanteil der Wärmepumpe und stellt die Differenz der Heizleistung QH und der elektrischen Leistungsaufnahme Pel dar.

Je geringer der thermische Widerstand RE des Energiepfahls, desto besser ist die Wärmeübertragung. Entscheidende Kriterien für den thermischen Widerstand sind der Bohrpfahldurchmesser, die Wärmeleitfähigkeit des Pfahlmaterials und die Art des Energiepfahls. Der thermische Widerstand des Energiepfahls RE setzt sich aus den Übergangswiderständen einzelner Elemente sowie den speziﬁschen Materialwiderständen zusammen.

RE = Rc + RR + RP [W/(m²K)]

Rc Wärmeübergangskoeffizient Wärmeträgermedium/Rohr RS Wärmeübergangskoeffizient Rohrschleifen RP Wärmeübergangskoeffizient Pfahlmaterial

Die erforderliche Länge der Kollekturrohre L in den Energiepfählen richtet sich nach der speziﬁschen Entzugsleistung qE des Untergrunds und der Kälteleistung QO der Sole/ Wasser-Wärmepumpe.

QO qE

QO = QH – Pel

[m]

[W]

setzt jedoch die Kenntnis über die effektive thermische Leitfähigkeit des Untergrunds über die gesamte Bohrlochlänge voraus. Diese Information wird in der Praxis durch den Thermal Response Test (TRT) direkt vor Ort am Standort ermittelt. Thermal Response Test Der Thermal Response Test wird an einem bereits fertig erstelltem Energiepfahl durchgeführt. Dem Energiepfahl wird dabei eine konstante thermische Leistung zugeführt oder entzogen und die Auswertung erfolgt über die Kelvin`sche Liniequellentheorie. Das Ergebnis stellt die geologischen Verhältnisse am Standort exakt über die gesamte Energiepfahllänge und unter typischen Betriebsbedingungen inklusive den Einﬂuss eines möglichen vorhandenen Grundwasserﬂusses dar.

Bodenbeschaffenheit Für die Auslegung einer Energiepfahlanlage ist die Kenntnis der thermischen Eigenschaften des Untergrundes von wesentlicher Bedeutung. Die Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit aus ungestörten Proben von Bohrkernen einer Probebohrung ist prinzipiell möglich, jedoch eine sehr aufwendige Methode. Die Auslegung von Energiepfahlanlagen mit entsprechenden Simulationsprogrammen

Gewerkübergreifende Fachplanung Aufgrund der komplexen geologischen und hydrogeologischen Zusammenhänge der Energiepfahldimensionierung und der erforderlichen Abstimmung auf die Heiz- und Kühlanforderungen des Gebäudes sind Planung, Simulation und Ausführung von Energiepfahlanlagen nur von Fachunternehmen durchzuführen.

Speziﬁsche Entzugsleistung qE pro Meter Pfahltiefe Untergrund

Speziﬁsche Entzugsleistung qE pro m Pfahltiefe für Heizleistungen bis 30 kW 1800 h/a 2400 h/a 25 W/m 20 W/m

Schlechter Untergrund, trockenes Sediment Normales Festgestein Untergrund und 60 W/m wassergesättigtes Sediment Festgestein mit hoher 84 W/m Wärmeleitfähigkeit

Bei längeren Laufzeiten ist neben der spez. Entzugsleistung auch die spez. jährliche Entzugsarbeit zu berücksichtigen.

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50 W/m 70 W/m Quelle VDI 4640

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Uponor Geothermie > Uponor Energiepfähle

Erstellung Bohrverfahren Die Bohrlöcher für die Energiepfähle können nach unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden. Die gängigsten Verfahren sind nachfolgend genannt. Kelly-Verfahren Kelly-Verfahren mit Fußaufweitung SOB-Verfahren DKS-Verfahren VDW-Verfahren

Körbe einzubauen. Beim Einbau der Rohre sind, besonders bei kleinen Pfahldurchmessern, die minimal zulässigen Biegeradien der Uponor Geothermie PE-Xa Rohre zu beachten. Bei engen Biegeradien ist die Verwendung von Uponor Flipﬂex Rohrführungsbögen oder von Uponor Geothermie SchweißU-Bögen zu empfehlen. Die Anzahl der einzubringenden Rohrschlaufen richtet sich nach dem Durchmesser des Armierungskorbes. Richtwerte sind:

Einbau der PE-Xa Rohre Energiepfähle werden meist im Ortbetonverfahren fertiggestellt. Zunächst wird, häuﬁg industriell, der Stahlkorb zur Armierung des Betons gefertigt. Im zweiten Schritt werden die Uponor Geothermie PEXa Rohre in vorgegebener Anordnung an der Innenseite des Armierungskorbes befestigt. Auch dieser Fertigungsschritt kann außerhalb der Baustelle erfolgen. Je nach Bauablaufplanung kann es aber auch sinnvoll sein, die Rohre erst kurz vor dem Einbringen in den Untergrund vor Ort in die

Durchmesser Pfahl 20 – 70 cm

Anzahl von vertikalen Rohren 4 – 6 U-Bogen oder mit angeschweißten U-Bogen im Fußbereich 75 – 80 cm 4 – 6 mit Omegabogen im Fußbereich 90 – 120 cm 6 – 8 130 – 180 cm 8 – 12

Bei unterschiedlichen Bauniveaus sind die Rohrenden am Pfahlkopf z.B. mit Schutzrohren oder Rohrisolierung min. über die Länge des nach Herstellung des Pfahls wieder zu entfernenden Betons zu ummanteln. Druckprobe Vor dem Absenken und Betonieren sind die Rohrenden jedes Energiepfahls mit einer Uponor Abdrückgarnitur und Absperreinrichtungen zu versehen. Anschießend sind die Kollektorrohre mit 2 bar Prüfdruck zu beaufschlagen, der während des Betonierens aufrecht zu halten ist.

Uponor Abdrückgarnitur Dim 20 / Dim 25

Durchführung der Druckprobe 1

2 4

2 0

8 bar

p = 2 bar 3

Fixierung der Rohrschlaufen p = 2 bar

p < 2 bar

p << 2 bar

Uponor Geothermie Schweiss-U-Bögen für die 180° Rohrumlenkung im Energiepfahlfuß.

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Uponor Geothermie > Uponor Energiepfähle

Bei Bedarf können die Vor- und Rückläufe der einzelnen Energiepfähle über Uponor Q&E PPSU T-Stücke oder Uponor Geothermie Schweiß-Y-Stücke gebündelt und mit weiteren Pfählen in Gruppen zusammengeführt werden. Es ist darauf zu achten, dass die Anbindeleitungen nicht im direkten Kontakt zueinander liegen, um keinen thermischen Kurzschluss zwischen den Vor- und Rückläufen zu bewirken. Idealerweise sollte die Rücklaufanbindungen als (vor) gedämmte Rohrvariante z.B. mit Uponor Ecoﬂex Thermo Mini ausgeführt werden.

Anbindung der Energiepfähle mit Uponor Geothermie PE-Xa Rohren

Einzelne Energiepfähle können auch direkt an den Uponor Geothermieverteiler angeschlossen und über die integrierten Duchﬂussmesser hydraulisch untereinander abgeglichen werden. Zudem bietet der Verteiler die Möglichkeit der Einzelabsperrung einzelner Energiekörbe. Die Anbindeleitungen zum Verteiler sind mit minimaler Steigung zu

verlegen um eine optimale Entlüftung zu ermöglichen. Alle Verteiler und Armaturen sollten außerhalb der Gebäude regenwassergeschützt in zugänglichen Schächten installiert werden. Die Anbindeleitungen sind spannungsfrei an die Verteiler anzuschließen. Bei der Dimensionierung der Anbindeleitungen der Energiepfähle ist auf geringe Druckverluste unter Berückichtigung der höheren Viskosität der Sole gegenüber Wasser zu achten, da eine hohe Pumpenarbeit die Jahresarbeitszahl β der Wärmepumpenanlage verringert. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Zuleitungen sollte maximal 1 m/s betragen. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Energiepfählen sollte turbulent sein, da turbulente Strömung den Wärmeübergang vom Rohr auf die Sole verbessert.

Uponor Ecoﬂex Thermo Mini

Für den Anschluss an eine Tichelmann-Zuleitung müssen alle Energiepfähle und inkl. Anbindeleitun-

Bettung min. 30 cm. Sand, bei vorgedämmten Rohrsystemen PE-Xa ohne Sandbett möglich

Hauptverfüllung einschl. Straßenkonstruktion

Versorgungsleitung

Trassenwarnband 30 - 40 cm über Rohr

120 - 150 cm

Nach dem Betonieren werden die Anschlussenden der Kollektorrohre freigelegt und gereinigt und an das Zuleitungsnetz oder an den Uponor Geothermieverteiler angeschlossen. Dazu werden die Kollektorrohre am Pfahlkopf gekürzt und über Uponor Q&E PPSU Winkel so an die horizontalen Leitungen angebunden, dass sich keine Luftsäcke in diesem Bereich bilden können.

gen die gleiche Rohrleitungslänge aufweisen damit sie hydraulisch gleichwertig in die Gesamtanlage eingebunden sind.

min. 70 cm

Hydraulische Anbindung

Bettung der Anbindeleitungen. Vorlauf ungedämmt – Rücklauf gedämmt.

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Uponor Geothermie > Uponor Energiepfähle

Einbringen und Betonieren Nach erfolgter Druckprobe und deren Dokumentation wird der freigegebene Wärmetauscher mit dem umschließenden Armierungskorb in das zuvor erstellte Bohrloch abgelassen. Um ein Beschädigen der Kollektorrohre zu verhindern, ist der Pfahl mit einem Verfüllrohr zu betonieren (Kontraktorverfahren). Zur Verdichtung des Betons dürfen keine Rüttler eingesetzt werden. Wird der Pfahl im Schüttverfahren betoniert, hat an dieser Stelle ein allgemeiner Hinweis an den Tiefbauer zu erfolgen. Während des Betonierens bis zum Aushärten des Betons wird der Prüfdruck in der Rohren permanent aufrecht erhalten und am angeschlossenen Manometer kontrolliert. Grundsätzlich ist die beschriebene Vorgehensweise auch bei Schlitzwänden anwendbar. Druckprüfung Nach Fertigstellung der Installation ist das Leitungsnetz einer Druckprüfung zu unterziehen. Die Druckprüfung kann mit Wasser, oder bei Frostgefahr, mit Druckluft oder

inerten Gasen erfolgen. Die Druckprüfung ist nach EN 805 an jedem einzelnen Strang vorzunehmen und zu protokollieren.

Befüllung Das Geothermie-Rohrleitungsnetz muss mit einer Frostschutzlösung gemäß VDI 4640 bis mindestens -15°C befüllt werden. Dies entspricht bei Verwendung von Uponor Frostschutzmitteln einem Mischungsverhältnis von 3:1. Die benötigte Solemenge ist auf Basis der eingesetzten Rohrlängen und -dimensionen zu ermitteln. Für die Befüllung sind an geeigneter Stelle entsprechende Füll- und Entleerungseinrichtungen vorzusehen.

Abdrücken der einzelnen Energiepfahlinstallationen

Wasservolumen pro Rohrdimension PE-Xa Rohrdimension [mm]

Innendurchmesser [mm]

Wasservolumen [l/m]

20 x 2,0 25 x 2,3 32 x 2,9 40 x 3,7 50 x 4,6 63 x 5,8 75 x 6,8 90 x 8,2 110 x 10,0 125 x 11,4

16,0 20,4 26,2 32,6 40,8 51,4 61,4 73,6 90,0 102,2

0,201 0,327 0,539 0,835 1,307 2,075 2,961 4,254 6,362 8,203

Wichtig Das Frostschutzmittel und das Wasser müssen in einem ausreichend großen Behälter vermischt werden, bevor der Uponor Energiepfahl mit dem Gemisch befüllt wird!

Einbringen der Armierungskörbe

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Betoniervorgang der Ortbetonpfähle

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Uponor Geothermie > Uponor Geothermie Anbindesysteme

Uponor Geothermie Anbindesysteme PE-Xa – der robuste Rohrwerkstoﬀ für Uponor Geothermiesysteme Mit ihrer Langlebigkeit und der enormen Robustheit bieten Uponor PE-Xa Rohre ein hervorragendes Preis-/Leistungsverhältnis. Die Entscheidung für diese Rohre bieten Planern, Verarbeitern und Nutzern eine für Jahrzehnte unübertroffene Sicherheit. Herstellung Bei der Herstellung von Uponor PE-Xa Rohren werden Polyethylenmoleküle in einem patentierten Verfahren zu einem hochdichten dreidimensionalen Netzwerk verbunden. Durch diese Vernetzung erhält das Rohr herausragende thermische und mechanische Eigenschaften, die es zur ersten Wahl für als Kollektorrohr in Horizontalkollektoren, Energiepfählen und Geothermie-Anbindesystemen macht.

Der Memory-Effekt

UV-Stabilität

Im Gegensatz zu nicht vernetzten Polyethylenrohren besitzen vernetzte Polyethylenrohre den so genannten Memory-Effekt. Hierunter versteht man das Bestreben des Materials, sich nach erzwungener Verformung, beispielsweise bei einer Aufweitung, nahezu selbstständig in die Ursprungsform zurück zu verformen. Selbst Knickstellen können so durch Erwärmung des Rohres auf max. 140 °C wieder beseitigt werden.

Bei der Verlegung sind Rohrleitungen in geothermischen Anwendungen u. U. längerer Zeit der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Durch die schwarze PE-Außenschicht sind Uponor Geothermie PE-Xa Rohre für einen Zeitraum von zwei Jahren UV-stabilisiert. Sandbettlos verlegbar Vollwandrohre aus PE100 müssen grundsätzlich aufwendig und kostenintensiv im Sandbett verlegt werden. Uponor Geothermie PE-Xa Rohre sind dagegen sehr zäh und mechanisch hoch belastbar und können gemäß DVGW Arbeitsblatt W 400-2 auch ohne Sand- oder Kiesbett verlegt werden. So kann der Grabenaushub oft direkt wieder zum Verfüllen verwendet werden und der An- und Abtransport sowie die Lagerung von Erdreich entfallen. Das spart Zeit und Geld.

Rückformen von Knicken mit Heißluft

Entschlaufen der Molekühlkette unter Belastung bei unvernetztem Polyethylen

Der Memory-Effekt der Uponor Geothermie PE-Xa Rohre ist zudem der entscheidende Mechanismus im Zusammenhang mit der Uponor Verbindungstechnik Quick & Easy. Hier wird das PE-Xa Rohr aufgeweitet, der Fitting eingebracht und durch den Memory Effekt schrumpft das PE-Xa mit der notwendingen Dichtkraft und ohne zusätzliche Dichtelemente auf den Fitting zurück – schnell und sicher!

Die Molekülstruktur von vernetztem Polyethylen PE-Xa verhindert ein Entschlaufen unter Belastung

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Sandbettfreie Verlegung von Uponor Geothermie PE-Xa Rohren

Uponor Geothermie PE-Xa Rohr

773

Uponor Geothermie > Uponor Geothermie Anbindesysteme

Geprüft für die Praxis Im rauen Baustellenbetrieb sowie bei der sandbettfreien Verlegung sind Kunststoffrohre sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Auf die Rohre wirken dabei Randfaserspannungen durch äußere Punktlasten, z.B. durch Steine und Scherben, und die vom Innendruck bewirkte Tangentialspannung des Rohres zusammen. An der Rohrinnenwand überlagern sich beide Kräfte. Dadurch können bei nicht vernetzten Polyethylenrohren Risse in der Rohrwand auftreten, die sich im Laufe der Zeit von innen nach außen ausbreiten.

Temperatur von 95°C nach 14.300 Stunden ohne Beschädigung abgebrochen. Extrapoliert auf die für PE übliche Versuchstemperatur von 80 °C ergibt dies eine Standzeit von über 70.000 Stunden – ein Wert der um Klassen oberhalb der Leistung selbst der modernsten unvernetzten PE-Werkstoffe liegt.

ist die Untersuchung der Standfestigkeit der Rohre im FNCT (Full Notch Creep-Test). In dem Test wird die Zugfestigkeit einer Materialprobe bei erhöhten Temperaturen gemessen. Hierfür wird ein Versuchskörper umlaufend mit 10 % der Materialstärke eingekerbt und in einem temperierten Netzmittelbad auf Zug belastet. Nun wird die Zeit gemessen, bis es zu einer Rissbildung durch die Kerbe, zum Rissfortschritt und letztlich zum Reißen des Rohres kommt. Der Test von Uponor PE-Xa Rohren wurde bei einer

Aufgrund dieser hohen Beständigkeit gegen mechanische Belastungen sind Uponor PE-Xa Rohre im Besonderen für geothermische Anwendungen einsetzbar.

Rissbildungsmechanismus bei unvernetzten PE-Rohren Bei Uponor Geothermie PE-Xa Rohren können unter Praxisbedingungen, dank der besonderen Vernetzung, keine Risse entstehen und sich somit auch nicht im Material fortsetzen. Dieser entscheidende Materialvorteil wurde in unabhängigen Prüfungen (S4, Notch,FNCTest) bestätigt. Ein wichtiges Kriterium für die sandbettfreie Verlegung

Uponor Geothermie PE-Xa erhält bei den vier wichtigsten Prüfungen nur die besten Ergebnisse: Langsame Rissfortpflanzung: Versuch ohne Ergebnis abgebrochen (bei 14.300 h) Schnelle Rissfortpflanzung: S4-Test zeigte keinerlei Rissfortpflanzung Zeitstandfestigkeit: 30 Jahre echte Prüfzeit ergibt eine Lebensdauer von weit über 100 Jahren Verhalten bei Punktlast: keine Beeinträchtigung, zugelassen für sandbettfreie Verlegung nach DVGW W400-2

774

2 Tangentialspannung infolge des Innendrucks Ft

Die Folge: Langsame Rissfortpﬂanzung von innen nach außen als typische Schadensursache bei herkömmlichen, unvernetzten Polyethylenrohren

Randfaserspannung infolge der Punktlast pi

Überlagerung der Spannungen an der inneren Rohrwand

Fr + Ft

Erdreich

Punktlast

Ft + Fr

Rohrwandung

Standfestigkeitsnachweis durch den FNCT (Full Notch Creep-Test) FNCT – σ = 4 N/mm · Standzeit bei υ = 80 °C Umgerechnet auf 80 °C

80.000 70.000

PE-Xa

60.000 50.000 40.000 30.000

Versuch bei 95 °C ohne Bruch beendet

20.000

Bruch

10.000

Bruch PE 80

PE 100

PE-Xa

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Uponor Geothermie > Uponor Geothermie Anbindesysteme

Druckverluste Uponor Geothermie PE-Xa Rohre, Basis 10 °C Wassertemperatur* DIM:

20 x 2,0

25 x 2,3

32 x 2,9

40 x 3,7

50 x 4,6

di [mm]

16,0

20,4

26,2

32,6

40,8

[kPa/m] [m/s]

Volumenstrom [l/h]

[l/s]

[kPa/m] [m/s]

0,01

0,004

0,050

0,001

0,031

0,02

0,014

0,099

0,004

0,061

0,001

0,037

108

0,03

0,028

0,149

0,009

0,092

0,003

0,056

0,001

0,036

144

0,04

0,047

0,199

0,015

0,122

0,004

0,074

0,002

0,048

180

0,05

0,070

0,249

0,022

0,153

0,007

0,093

0,002

0,060

0,001

0,038

216

0,06

0,097

0,298

0,030

0,184

0,009

0,111

0,003

0,072

0,001

0,046

252

0,07

0,128

0,348

0,040

0,214

0,012

0,130

0,004

0,084

0,001

0,054

288

0,08

0,162

0,398

0,051

0,245

0,015

0,148

0,005

0,096

0,002

0,061

324

0,09

0,200

0,448

0,062

0,275

0,019

0,167

0,007

0,108

0,002

0,069

360

0,1

0,241

0,497

0,075

0,306

0,023

0,185

0,008

0,120

0,003

0,076

720

0,2

0,833

0,995

0,260

0,612

0,079

0,371

0,028

0,240

0,009

0,153

1080

0,3

1,724

1,492

0,538

0,918

0,162

0,556

0,057

0,359

0,019

0,229

1440

0,4

2,889

1,989

0,901

1,224

0,272

0,742

0,095

0,479

0,033

0,306

1800

0,5

4,313

2,487

1,345

1,530

0,405

0,927

0,142

0,599

0,049

0,382

2160

0,6

5,986

2,984

1,866

1,836

0,562

1,113

0,197

0,719

0,067

0,459

2520

0,7

7,898

3,482

2,462

2,142

0,741

1,298

0,260

0,839

0,089

0,535

2880

0,8

10,044

3,979

3,130

2,448

0,942

1,484

0,330

0,958

0,113

0,612

3240

0,9

12,417

4,476

3,868

2,754

1,164

1,669

0,408

1,078

0,139

0,688

3600

1,0

15,013

4,974

4,676

3,059

1,407

1,855

0,493

1,198

0,168

0,765

3960

1,1

17,826

5,471

5,552

3,365

1,670

2,040

0,585

1,318

0,200

0,841

4320

1,2

20,854

5,968

6,494

3,671

1,953

2,226

0,684

1,438

0,233

0,918

5040

1,4

27,541

6,963

8,573

4,283

2,578

2,597

0,903

1,677

0,308

1,071

5760

1,6

35,048

7,958

10,907

4,895

3,279

2,968

1,148

1,917

0,391

1,224

6480

1,8

43,358

8,952

13,490

5,507

4,055

3,339

1,420

2,156

0,484

1,377

7200

2,0

52,452

9,947

16,316

6,119

4,903

3,710

1,716

2,396

0,585

1,530

7920

2,2

62,316

10,942

19,380

6,731

5,823

4,081

2,038

2,636

0,694

1,683

8640

2,4

72,939

11,937

22,680

7,343

6,813

4,452

2,384

2,875

0,812

1,836

9360

2,6

84,307

12,931

26,210

7,955

7,873

4,823

2,755

3,115

0,938

1,989

10080

2,8

96,412

13,926

29,969

8,567

9,000

5,194

3,149

3,355

1,072

2,142

10800

3,0

33,952

9,178

10,195

5,565

3,566

3,594

1,214

2,295

12600

3,5

44,877

10,708

13,471

6,492

4,711

4,193

1,603

2,677

14400

4,0

57,155

12,238

17,151

7,419

5,996

4,792

2,039

3,059

16200

4,5

70,755

13,768

21,226

8,347

7,419

5,391

2,523

3,442

18000

5,0

85,650

15,297

25,688

9,274

8,977

5,990

3,052

3,824

19800

5,5

30,531

10,202

10,667

6,589

3,626

4,207

21600

6,0

35,747

11,129

12,488

7,188

4,244

4,589

23400

6,5

41,331

12,056

14,436

7,787

4,905

4,972

25200

7,0

47,279

12,984

16,511

8,386

5,610

5,354

27000

7,5

53,586

13,911

18,711

8,985

6,356

5,737

28800

8,0

60,247

14,839

21,034

9,584

7,144

6,119

30600

8,5

67,260

15,766

23,480

10,183

7,974

6,501

32400

9,0

74,620

16,694

26,046

10,782

8,844

6,884

34200

9,5

82,324

17,621

28,732

11,381

9,755

7,266

36000

10,0

90,369

18,548

31,536

11,980

10,706

7,649

37800

10,5

98,753

19,476

34,458

12,580

11,697

8,031

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775

Uponor Geothermie > Uponor Geothermie Anbindesysteme

Druckverluste Uponor Geothermie PE-Xa Rohre, Basis 10 °C Wassertemperatur* (Fortsetzung) DIM:

20 x 2,0

25 x 2,3

32 x 2,9

40 x 3,7

50 x 4,6

di [mm]

16,0

20,4

26,2

32,6

40,8

[kPa/m] [m/s]

Volumenstrom [l/h]

[l/s]

[kPa/m] [m/s]

39600

11,0

37,497

13,179

12,727

8,414

43200

12,0

43,920

14,377

14,905

9,178

46800

13,0

50,800

15,575

17,236

9,943

50400

14,0

58,131

16,773

19,720

10,708

54000

15,0

65,907

17,971

22,355

11,473

57600

16,0

74,123

19,169

25,138

12,238

61200

17,0

82,774

20,367

28,068

13,003

64800

18,0

91,857

21,565

31,144

13,768

68400

19,0

34,364

14,533

72000

20,0

37,727

15,297

79200

22,0

44,878

16,827

86400

24,0

52,588

18,357

93600

26,0

60,850

19,887

100800

28,0

69,656

21,416

108000

30,0

79,000

22,946

115200

32,0

88,876

24,476

122400

34,0

99,280

26,006

*Druckverlust-Korrekturfaktoren für andere Wassertemperaturen °C

Faktor 1,04

776

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

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Uponor Geothermie > Uponor Geothermie Anbindesysteme

Uponor Verbindungstechnik für die Geothermieanwendung Die innovative Q&E Verbindungstechnik Uponor PE-Xa Rohre (hochdruckvernetzt nach dem Verfahren Engel) besitzen ein thermisches Gedächtnis, den sogenannten MemoryEffekt. Daraus resultiert ein ausgeprägtes Rückstellvermögen, das wir für die Quick & Easy Verbindungstechnik gezielt nutzen. Wird ein Uponor PE-Xa-Rohr mit einem geeigneten Werkzeug aufgeweitet, will es sich binnen kurzer Zeit wieder in seine Ursprungsform zurückstellen. Der Rohrwerkstoff wird bei dieser Verbindung zum Dichtwerkstoff. Er verbindet sich kraft- und

Aufstecken des Sicherungsringes

T-Stück Installation mit Uponor Q&E PPSU Fitting

formschlüssig mit dem Quick & Easy Fitting. Diese sichere Verbindung von Fitting und Rohrleitung wird ohne O-Ringe hergestellt. Zunächst wird ein Sicherungsring auf das Rohrende aufgesteckt, um es anschließend mit dem Sicherungsring gemeinsam aufzuweiten. Hierzu wird eine Akku-Maschine oder Hydraulikgerät und Aufweitköpfe für die unterschiedlichen Uponor PE-Xa Rohr-Typen und Dimensionen verwendet.

Fitting eingeschoben. Schon nach kurzer Zeit schrumpft das Rohr auf seine Originalgröße zurück und es entsteht eine absolut sichere und dichte Verbindung. Je nach Verarbeitungstemperatur kann meist schon kurz nach Abschluss der Installationsarbeiten die Dichtheitsprüfung erfolgen.

Bevor das Rohrende versucht, seine Ausgangsform wieder anzunehmen, wird der Uponor Quick & Easy

Für geothermische Anwendungen stehen das Uponor Quick & Easy Fittingsortiment aus PPSU zur Verfügung. Der Hochleistungskunststoff Polyphenylsulfon (PPSU) überzeugt mit hoher mechanischer Festigkeit und Temperaturbeständigkeit.

Aufweiten des Rohrendes

Aufschieben des Rohrs auf den Fittingnippel

Uponor Q&E PPSU Fittings

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777

Uponor Geothermie > Uponor Geothermie Anbindesysteme

Praxisgerechte Q&E Aufweitwerkzeuge Gerade in der Geothermieanwendung kommt es auf eine zuverlässige und unlösbare Q&E Rohrverbindung an. Die Werkzeuge für die Rohraufweitung sind für den rauen Baustelleneinsatz entwickelt und erfüllen alle Anforderungen an eine praxisgerechte Montage. Bei Q&E Verbindungen bis Rohrdimension 40 mm wird die elektrohydraulische Uponor Q&E Akku-Aufweitmaschine M18 mit der entsprechenden

Aufweitköpfen eingesetzt. Für die Dimensionen 50 mm und 63 mm kommt das kabelgebundene hydraulische Q&E Aufweitwerkzeug 250 zum Einsatz.

Elektroydraulisches Uponor Q&E AkkuAufweitwerkeug M18 Hydraulisches Uponor Q&E Aufweitwerkzeug 250 (230V)

Heizwendelschweißen Uponor Geothermie PE-Xa Rohre sind mittels Uponor Geothermie Heizwendelschweißfittings schweißbar. Die Belastbarkeit der Verbindung mit den Y-Stücken, U-Bögen und Muffen aus PE 100 entspricht den zulässigen Betriebsüberdrücken nach DIN 8074 bei

Rohren gleicher Rohrreihen. Die notwendigen Arbeitsschritte sind in der Richtlinie DVS 2207-1, Beiblatt 1, „Heizwendelschweißen von Rohren aus PE-Xa mit Rohrleitungsteilen aus PE-HD“ ausführlich beschrieben.

Uponor Geothermie Schweiß-Fittingsortiment

778778

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Uponor Geothermie > Uponor Geothermie Anbindesysteme

Uponor Geothermieverteiler Geothermieverteiler von 2 – 20 Heizkreisen herzustellen. Zudem sind die Basiskomkomponenten auch Bestandteil des modularen Uponor Industrieverteilers. Das reduziert die Lagerhaltung und bietet den Vorteil, dass immer der passende Verteiler verfügbar ist.

Gegenüber einteiligen Verteilern schafft der modulare Geothermieverteiler G 1 1/2 aus glasfaserverstärktem Polyamid von Uponor die Möglichkeit, mit nur drei Hauptkomponenten (Basic Kit, Verteilersegment mit Bajonett Messingverschraubungen und Halter Kit)

Uponor Industrieverteiler Basic Kit

150

110

G1 1/2

Verteilerabmessungen

>200

>370

Uponor Geothermieverteiler Segmente mit Bajonett Anschluss

100

166

≤ 400

≤ 200

Uponor Geothermieverteiler Bajonett Messingverschraubungen

Anzahl Kreise

L [mm]

310 410 510 610 710 810 910 1010 1110

Technische Daten Anschlussdimension max. Betriebstemperatur max. Betriebsdruck max. Prüfdruck (24 h, ≤ 30°C) kvs-Wert Vorlauf-/Rücklaufventil

G 1½ 70 °C 6 bar 10 bar 3,6 m3/h

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Uponor Flipex Rohrführungsbogen für die Rohrumlenkung zum Verteiler

779

Uponor Geothermie > Uponor Geothermie Anbindesysteme

Ecoflex – das flexible, vorgedämmte Rohrsystem für den Kalt- und Warmwassertransport Die Wärme-/Kälteversorgung von Gebäuden verlangt ein Rohrsystem, das auch über große Entfernungen möglichst geringe Wärmeverluste verursacht und dabei einfach und flexibel bei der Installation ist. Die flexiblen, vorgedämmten Rohrsysteme von Uponor erfüllen genau diese Ansprüche. Als Komplettsystem sind sie sowohl für die klassische „A-B“ Verlegung, z. B. zwischen Haupt- und Nebengebäuden, als auch für umfangreiche Nahwärmenetze hervorragend einsetzbar.

Vorgedämmte Uponor Ecoﬂex Thermo Twin und Thermo Single Rohre

Die flexiblen, vorgedämmten Uponor Ecoflex Rohre sind sowohl in Heiz- als auch in Kühlnetzen einsetzbar und sorgen dafür, dass warmes oder kaltes Wasser mit nur minimalen Temperaturschwankungen im Gebäude ankommt. Die Netzwerk-Installation kann, auch bei schwierigsten Bedingungen, schnell und effizient auf der Baustelle vorgenommen werden.

Das System beinhaltet ein umfassendes Produktprogramm für die Warm- und Kaltwasserversorgung. Die Materialeigenschaften gewährleisten eine lange Nutzungsdauer. Die flexiblen Rohrsysteme haben ein geringes Gewicht und können einfach, schnell, auch um Ecken oder Hindernisse herum verlegt werden. Das flexible, vorgedämmte Ecoflex Rohrsystem von Uponor ist somit als energiesparende Zuleitung in der Geothermieanwendung praktisch und multifunktional einsetzbar. Detailierte Informationen zu dem System sowie zu den Anwendungsmöglichkeiten finden Sie im Kapitel „Versorgung” oder unter www.uponor.de

Ihr Plus Komplettsystem für die Versorgung mit kaltem und warmem Wasser Bewährte und geprüfte Komponenten Langjährige Erfahrung in der Herstellung von vorgedämmten Rohren, seit 1985 wurden über 30 Millionen Meter produziert

Raumseite Gebäudeeinführung eines Uponor Ecoﬂex Thermo Twin Rohres mit Uponor Faserzementrohr DWD und Uponor Mauerdurchführung DWD

780

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Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung

Wärmepumpen für die Geothermienutzung Allgemein Wärmepumpen sind Kaltdampfmaschinen, mit deren Hilfe Niedertemperaturen-Umweltwärme bzw. -kälte zur Gebäudeheizung

bzw. -kühlung genutzten werden kann. Die Umweltwärme bzw. -kälte wird dabei der Umgebungsluft, dem Grundwasser oder dem

Erdreich entzogen. Unter Einsatz elektrischer Energie wird die Temperatur auf das gewünschte Niveau gebracht. Funktionsprinzip Wärmepumpe

Verdichter

Verdampfer Verflüssiger Heiznetz

Expansionsventil

Der innerhalb der Wärmepumpe ablaufende Kreisprozess wird aus vier Komponenten gebildet: dem Verdampfer, dem Verdichter, dem Verﬂüssiger und dem Entspannungsventil. Träger für die Wärmeenergie ist ein Kältemittel mit einem extrem niedrigen Siedepunkt. Im Verdampfer nimmt das Kältemittel die Wärme aus der Umwelt auf und wird dadurch gasförmig. Im Verdichter wird das gasförmige Kältemittel durch Kompression auf ein höheres Temperaturniveau

gebracht. Hierfür benötigt das Gerät die externe elektrische Energie. Im Verﬂüssiger wird die Wärmeenergie an den Heizungskreislauf abgegeben. Im Expansionsventil wird das Kältemittel entspannt, um danach den Kreislauf von Neuem zu durchlaufen. Wärmepumpen werden in folgende Typen eingeteilt: Luft/Wasser-Wärmepumpen Wasser/Wasser-Wärmepumpen Sole/Wasser-Wärmepumpen

Nimmt Sole (Wasser/GlykolGemisch) über einen Erdkollektor die Wärme auf und gibt Wasser die Wärme z.B. über eine Fußbodenheizung wieder ab, dann spricht man von einer Sole/Wasser-Wärmepumpe.

Für geothermische Anwendungen kommen Sole/Wasser-Wärmepumpen zum Einsatz. Die Wärmetauscher werden dabei mit einem Wasser/Glykol-Gemisch bzw. Sole durchströmt. Zur Beurteilung der Güte einer Wärmepumpenanlage wird die sogenannte Jahresarbeitszahl β verwendet. Sie stellt

das Verhältnis zwischen der abgegebenen Wärmeleistung zur aufgenommen elektrischen Leistung (Antriebsleistung) im Verlauf eines Jahres dar.

Je höher die Jahresarbeitszahl, desto höher in der Regel auch der Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Die übliche Größenordnung liegt bei 3 bis 4,5.

Jahresarbeitszahl β =

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Die Bezeichnung des Wärmepumpen-Typs richtet sich danach, welches Medium die Wärme aufnimmt (Wärmeträgermedium) und welches Medium die Wärme im Haus verteilt.

W (nutzbare Wärmeenergie) W (zugeführte elektrische Leistung)

781

Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung

Energiebereitstellung mit Sole/Wasser- Wärmepumpen Als Wärmequellen für Wärmepumpenanlagen können grundsätzlich Luft, Wasser und Erdreich zum Tragen kommen. Von geothermischer Nutzung spricht man, wenn als Wärmequelle das Erdreich Verwendung findet. Für das Maß der geothermischen Nutzung sind vor allem die Geologie, Hydrologie und die klimatischen Verhältnisse und somit die Regenerationsfähigkeit des Erdreichs von entscheidender Bedeutung. Geologie, Hydrologie und Klima Böden haben üblicherweise einen Porenanteil zwischen 35 und 45 %. Sind diese mit Wasser anstatt mit Luft gefüllt, erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit, die Dichte und die spezifische und latente Wärmekapazität des Bodens. Dies wirkt sich positiv auf die maximal mögliche Entzugsleistung eines Erdkollektors aus. Der Wassergehalt eines Bodens hängt von den klimatischen Bedingungen, der Bepflanzung, dem Grundwasserspiegel und der hydraulischen Eigenschaft (Kapillarwirkung) des Erdreichs ab. Für den Wassergehalt des relevanten Bodens sind hauptsächlich die Effekte des kapillaren Wasseraufstiegs vom Grundwasserspiegel und die Durchfeuchtung durch versickerndes Niederschlagswasser maßgebend.

Das Matrixpotential ΨM (Saugdruck) eines Bodens beschreibt, wie stark vorhandenes Wasser in der Bodenmatrix gebunden ist. Je geringer der Wassergehalt, desto stärker ist das verbleibende Wasser an die Bodenmatrix gebunden. Dem Matrixpotential wirkt hauptsächlich das Gravitationspotential ΨG (Staudruck) bzw. geodätische

Höhe über dem Grundwasserspiegel sowie zu vernachlässigend das osmotische Potential, das Auflastpotential und das Druckpotential entgegen. Im stationären Zustand gleichen sich beide Potentiale aus. ΨGes = ΨM + ΨG = 0

[Vol. %]

Stationärer Wassergehalt in Abhängigkeit von der Höhe über den Grundwasserspiegel 0,5

Volumetrischer Wassergehalt

Wärmequelle Erdreich

0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0,1

100

Matrixpotential bzw. Höhe über Grundwasser [m] Sand Lehm Schluff

Schluffig toniger Lehm Ton

Wasserdurchströmte Flächenheiz- und Kühlsysteme Wärmenutzungsanlage

Sole/Wasser Wärmepumpe

Wasser/Wasser Wärmepumpe

Luft/Wasser Wärmepumpe

Wärmepumpe

Erdreich

Wasser

Luft

Wärmequellen

Horizontalkollektor, Erdwärmekorb, Energiepfahl, Erdsonde

Grundwasser Oberirdische Gewässer

Außenluft

Wärmeaustausch

Übersicht Wärmepumpenanlagen

782

U P O N O R G E B Ä U D E T E C H N I K T E C H N I S C H E R G E S A M T K ATA LO G

Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung

Neben der Höhe über dem Grundwasser hat auch die durchschnittliche, über einem längeren Zeitraum im Boden versickernde Niederschlagswassermenge einen bedeutenden Einfluss auf den Wassergehalt des relevanten Bodens. Kurzfristige Schauer, die einen Oberflächenabfluss verursachen, haben dabei kaum Einfluss. Je höher der Wassergehalt des Bodens, desto besser lässt der Boden Wasser versickern (hydraulische Leitfähigkeit). Bei relativ gleichmäßigem Niederschlag über einen längeren Zeitraum steigt der Wassergehalt im Boden soweit an, bis das Niederschlagswasser aufgrund von Gravitation versickern kann.

und November beeinﬂusst. In diesen Monaten nehmen das Wachstum der Pﬂanzen und die durchschnittliche Außentemperatur ab, somit sinkt die Verdunstungsrate. Tatsächlich ist der Verlauf der Niederschlagsmenge nicht sehr stationär. Dies wird durch die Kapazität des Bodens und der vom Wassergehalt abhängigen hydraulischen Leitfähigkeit in den oberen Erdschichten so stark abgedämpft, dass sich in dem relevanten Boden nur langfristige Änderungen der Niederschlagsmengen auf den Wassergehalt auswirken. Damit stellt sich der Wassergehalt in dem relevanten Boden aus

über mehrere Wochen gemittelten Niederschlagmengen ein. Die in der Natur vorkommenden Böden sind Gemische aus Sand, Schluff und Ton. Sie bestehen aus den drei Phasen – Feststoffen, Wasser und Gasen auf deren Basis sich die Dichte, Wärmeleitfähigkeit sowie speziﬁsche und latente Wärmekapazität begründet. Die Ermittlung dieser Eigenschaftscharakteristiken stellt sich aufgrund der vielen Varianzen als schwierig da und lässt sich am Bestem aus entsprechenden Referenzkatalogen für verschiedene klimatische Regionen entnehmen.

Information: Die pro Monat auf die Fläche bezogene versickernde Wassermenge ergibt sich aus der Differenz zwischen der Niederschlagsmenge und Evapotranspiration (Verdunstung plus Transpiration der Pﬂanzen). Die Eigenschaften des Bodens während der Heizperiode werden hauptsächlich durch die Monate Oktober

Die speziﬁsche Wärmeleitfähigkeit λ [W/(K · m)] beschreibt das Vermögen eines Gesteins, thermische Energie mittels Wärmeleitung zu transportieren (konduktiver Wärmetransport). Sie ist eine temperaturabhängige Materialkonstante. Die speziﬁsche Wärmekapazität cp [MJ/(m³ · K)] gibt jene Energiemenge an, die man benötigt, um 1 m³ des Gesteins um 1 K zu erwärmen. Je größer sie ist, desto mehr Wärmeenergie kann das Gestein aufnehmen (speichern) und letztendlich auch wieder abgeben.

Auswahlmatrix geothermischer Nutzungssysteme in Abhängigkeit von der Betriebsweise und Anlagengröße Funktionsweise

Heizen

Anlagengröße Erdsonde Horizontalkollektor Erdwärmekorb Energiepfahl

< 30 KW ● ● ● ●

> 30 KW ● ● ● ●

Kühlen Aktiv < 30 KW ●

> 30 KW ●

– ● ●

– – ●

Passiv / Free Cooling < 30 KW > 30 KW ● ● ● – ● – ● ●

● anwendbar ● bedingt anwendbar in Abhängigkeit von den Rahmenbedingungen – technisch nicht sinnvoll

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783

Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung

Beispiele für Wärmeleitfähigkeit und volumenbezogene speziﬁsche Wärmekapazität des Untergrundes bei 20 °C

Andere Stoffe

Methamorphe Festgesteine

Magmatische Festgesteine

Sedimentäre Festgesteine

Lockergesteine

Gesteinstyp

Wärmeleitfähigkeit in W/(m · K) Empfohlener Rechenwert

Volumenbez. spez. Wärmekapazität in MJ/(m³ · K)

Dichte in 10² kg/m³

Ton/Schluff, trocken

0,4 – 1,0

0,5

1,5 – 1,6

1,8 – 2,0

Ton/Schluff, wassergesättigt

1,1 – 3,1

1,8

2,0 – 2,8

2,0 – 2,2

Sand, trocken

0,3 – 0,9

0,4

1,3 – 1,6

1,8 – 2,2

Sand, feucht

1,0 – 1,9

1,4

1,6 – 2,2

1,9 – 2,2

Sand, wassergesättigt

2,0 – 3,0

2,4

2,2 – 2,8

1,8 – 2,3

Kies/Steine, trocken

0,4 – 0,9

0,4

1,3 – 1,6

1,8 – 2,2

Kies/Steine, wassergesättigt

1,6 – 2,5

1,8

2,2 – 2,6

1,9 – 2,3

Geschiebemergel/-lehm

1,1 – 2,9

2,4

1,5 – 2,5

1,8 – 2,3

Torf, Weichbraunkohle

0,2 – 0,7

0,4

0,5 – 3,8

0,5 – 1,1

Ton-/Schluffstein

1,1 – 3,4

2,2

2,1 – 2,4

2,4 – 2,6

Sandstein

1,9 – 4,6

2,8

1,8 – 2,6

2,2 – 2,7

Konglomerat/Brekzie

1,3 – 5,1

2,3

1,8 – 2,6

2,2 – 2,7

Mergelstein

1,8 – 2,9

2,3

2,2 – 2,3

2,3 – 2,6

Kalkstein

2,0 – 3,9

2,7

2,1 – 2,4

2,4 – 2,7

Dolomitstein

3,0 – 5,0

3,5

2,1 – 2,4

2,4 – 2,7

Sulfatgestein (Anhydrit)

1,5 – 7,7

4,1

2,0

2,8 – 3,0

Sulfatgestein (Gips)

1,3 – 2,8

1,6

2,0

2,2 – 2,4

Chloridgestein (Stein-/Kalisalz)

3,6 – 6,1

5,4

1,2

2,1 – 2,2

Steinkohle

0,3 – 0,6

0,4

1,3 – 1,8

1,3 – 1,6

Tuff

1,1

Vulkanit, sauer bis intermediär

z.B. Rhyolit, Trachyt

3,1 – 3,4

3,3

2,1

2,6

z.B. Latit, Dacit

2,0 – 2,9

2,6

2,9

2,9 – 3,0

Vulkanit, basisch bis ultrabasisch

z.B. Andesit, Basalt

1,3 – 2,3

1,7

2,3 – 2,6

2,6 – 3,2

Plutonit, sauer bis intermediär

Granit

2,1 – 4,1

3,2

2,1 – 3,0

2,4 – 3,0

Syenit

1,7 – 3,5

2,6

2,4

2,5 – 3,0

Plutonit, basisch bis ultrabasisch

Diorit

2,0 – 2,9

2,5

2,9

2,9 – 3,0

Gabbro

1,7 – 2,9

2,0

2,6

2,8 – 3,1

gering metamorph

Tonschiefer

1,5 – 2,6

2,1

2,2 – 2,5

2,4 – 2,7

Kieselschiefer

4,5 – 5,0

4,5

2,2

2,5 – 2,7

Marmor

2,1 – 3,1

2,5

2,0

2,5 – 2,8

Quarzit

5,0 – 6,0

5,5

2,1

2,5 – 2,7

Glimmerschiefer

1,5 – 3,1

2,2

2,2 – 2,4

2,4 – 2,7

Gneis

1,9 – 4,0

2,9

1,8 – 2,4

2,4 – 2,7

Amphibolit

2,1 – 3,6

2,9

2,0 – 2,3

2,6 – 2,9

Bentonit

0,5 – 0,8

0,6

~3,9

Beton

0,9 – 2,0

1,6

~1,8

~2,0

Eis (-10°C)

2,32

1,89

0,919

Kunststoff (HD-PE)

0,42

1,8

0,96

Luft (0°C bis 20°C)

0,02

0,0012

Stahl

3,12

7,8

Wasser (+10°C)

0,56

4,15

0,999

mittel bis hoch metamorph

Anmerkungen: Die Dichte variiert bei Lockergesteinen besonders stark mit Lagerungsdichte und Wassergehalt. Bei Sandstein, Konglomerat und Brekzie liegt eine besonders große Bandbreite der Wärmeleitfähigkeit vor; neben Kornmaterial und -verteilung und der Wassersättigung spielt hier auch die Art des Bindemittels bzw. der Matrix eine Rolle.

784

Quelle VDI 4640

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Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung

Grundwasser mit seiner hohen Wärmekapazität von 4.190 J/kgK bei 10°C spielt eine wichtige Rolle für die Entzugsleistung der geothermischen Anlage. Bei der hydraulischen Leitfähigkeit wird der Untergrund Anhaltswerte für die Durchlässigkeit von Lockergestein

aus Locker- oder Festgestein nach Poren- und Trennfugendurchlässigkeit unterschieden. Bei Lockergestein (Porengrundwasserleiter) ist vor allem die Korngröße und Kornverteilung und bei Festgestein die

Lockergesteine Reiner Kies Sandiger Kies, Mittel-/ Grobsand Feinsand, schlufﬁger Sand Schluff, toniger Schluff Ton, schlufﬁger Ton

Häuﬁgkeit und Öffnungsweite der Trennfugen entscheidend für die hydraulische Leitfähigkeit. Die unten aufgeführte Tabelle enthält Anhaltswerte für die Durchlässigkeit von Lockergestein.

Durchlässigkeitsbeiwert kf m/s über 10-2 über 10-4 bis 10-2

Bewertung der Durchlässigkeit

über 10-6 bis 10-4 10-8 bis 10-6 unter 10-8

durchlässig schwach durchlässig sehr schwach durchlässig

sehr stark durchlässig stark durchlässig

Quelle VDI 4640

Im Mittel nimmt die Temperatur um 3 °C pro 100 m Tiefe zu. Dabei stellt sich der Jahresverlauf (mitteleuropäische Breiten) der Temperatu-

ren in den oberen 15 m entsprechend untenstehenden Abbildung dar. Im Winter liegen die Außentemperaturen in der Nähe des

Temperatur (Erdoberfläche) [°C] 0

Gefrierpunktes, in wenigen Metern Bodentiefe erreicht die Temperatur bereits einen Wert von im Mittel 10 °C. Im Sommer liegt die Außentemperatur im Mittel bei annähernd 20 °C, das Erdreich in wenigen Metern Tiefe hat dagegen annähernd konstante Temperaturen von 10 °C. Dies gilt in den überwiegenden Fällen für die Übergangszeiten Frühjahr und Herbst.

Tiefe im Boden [m]

Aus diesem Jahresverlauf der oberﬂächennahen Bodentemperaturen wird ersichtlich, dass Erdwärme eine immer funktionierende bzw. konstante Energiequelle darstellt.

20 0

Temperatur (Tiefe) [°C] Im Mittel steigt die Bodentemperatur ca. alle 33 m um 1 °C an. 1. Februar

1. Mai

1. November

1. August

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785

Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung

Gebündelte Kompetenz – Uponor und STIEBEL-ELTRON Ein ganzheitlich optimiertes Energiekonzept setzt großes Know-how in den Bereichen Wärmeerzeugung, -verteilung und -übergabe voraus. Deshalb arbeitet Uponor, insbesondere im niedrigen und mittleren Leistungsbereich eng mit STIEBEL ELTRON als kompetentem Hersteller von hochwertigen Wärmepumpen zusammen. Der Kundenvorteil der strategischen Zusammenarbeit der beiden Unternehmen, speziell für das aufwändige Projektgeschäft, liegt in der

Lieferung eines vollständigen und komplett abgestimmten Gesamtkonzepts zur Energieerzeugung, deren Verteilung sowie Nutzung. Hier bündeln Uponor und STIEBEL ELTRON ihre Erfahrung und Kompetenz. Der Kunde erhält ein Energiekonzept, das Wärmequelle, Wärmepumpe, Wärmeverteilung sowie Wärmeübergabe inklusive einer abgestimmten Regeltechnik als Ganzes umfasst. In diesem Konzept sind alle geplanten Anlagenkomponeten aufeinander abgestimmt.

Die nachfolgenden Seiten geben einen Überblick über die Möglichkeiten der Flächenheizung/ -kühlung mit Wärmepumpen. Vertiefende Informationen zur Wärmepumpentechnik und zum Angebot von STIEBEL ELTRON ﬁnden Sie unter www.stiebel-eltron.de oder www.waermepumpen-welt.de.

Beispielhaftes Teamwork

Uponor DEM Wärmepumpenmodul

Uponor Funk 24 V Basiseinheit mit DEM

STIEBEL ELTRON Sole/WasserWärmepumpe WPC.

786

Das neue DEM Wärmepumpenmodul von Uponor wurde speziell als Kommunikationsschnittstelle zwischen der Uponor Funk-Einzelraumregelung mit dynamischen Energiemanagement (DEM) und ausgewählten Wärmepumpen von STIEBEL ELTRON entwickelt. Das Modul ermöglicht eine galvanische Trennung zwischen dem Uponor Controller C-56 und der Wärmepumpenregelung. Der Einsatz des Moduls bietet die Möglichkeit, die Heizkurve dynamisch an die Erfordernisse anzupassen. Dadurch lässt sich die STIEBEL ELTRON Wärmepumpe besonders energieefﬁzient betreiben.

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Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung

GEOZENT Großwärmepumpen von 50 – 1500 kW* Bei der GEOZENT handelt es sich um eine geothermische Energiezentrale zur ganzheitlichen Wärmeund Kälteversorgung von Gewerbeimmobilien und großen Wohnanlagen. Die Großwärmepumpen werden von unserer Tochtergesellschaft ZentFrenger individuell konﬁguriert. In konventionellen Energiekonzepten werden Heizwärme und die Kälteenergie von getrennt arbeitenden Anlagen erzeugt. Verwendet man zur Wärme- und Kälteenergieerzeugung nur ein einziges Aggregat, werden in beachtlichem Maße technische und wirtschaftliche Ressourcen eingespart. Deshalb haben wir für gewerblich genutzte Gebäude und große Wohnanlagen die hochefﬁziente, vielseitig einsetzbare, multifunktionale Energiezentrale GEOZENT entwickelt. Je nach Konzept sind GEOZENT

Energiezentralen als kompakte Wärmepumpenmodule GEOZENT Basic oder als funktionsfertige Einheit GEOZENT Proﬁ mit allen erforderlichen hydraulischen und elektrischen Komponenten und Funktionen lieferbar. Dazu zählt auch das Zent-Frenger Monitoring System VISUZENT. Es erfasst laufend sämtliche relevanten Betriebsdaten der Anlage und berichtet per Datenfernübertragung an ausgewählte Empfangsstellen. VISUZENT zeichnet Betriebszustände automatisch auf und liefert bei Störungen eine umfassende Diagnose, die an unser Servicepersonal automatisch weitergeleitet wird. Zudem bietet VISUZENT die Möglichkeit zur laufenden Anlagenoptimierung auf der Grundlage erfasster Betriebszustände.

Ihr Plus Geringer Platzbedarf durch kompakte Bauform Schnelle Montage und Montagesicherheit durch anschlussfertige Einheit Hohe Ausfallsicherheit durch Fernwartung und -diagnose Hohe Effienz durch objektspezifische Planung und Fertigung Alles aus einer Hand, nur ein Ansprechpartner für Planung, Einbau, Betrieb und im Gewährleistungsfall Langlebig und betriebssicher durch den Einsatz hochwertiger und erprobter Komponenten Wahlweise in den Ausführungen GEOZENT Basic und GEOZENT Profi lieferbar

* Made by Uponor-Tochtergesellschaft

www.zent-frenger.de

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Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung

GEOZENT Profi Die Energiezentrale GEOZENT Profi besteht aus der werkseitig montierten, hydraulisch umschaltbaren Wärmepumpe mit integrierter Systemhydraulik für parallelen Heizund Kühlbetrieb, Naturalkühlung, Hochtemperatur Heizbetrieb, Abwärmeauskoppelung, Geothermieanschluss. Integriert sind drehzahlgeregelte Umwälzpumpen, Regelventile, Umschaltventile, Schaltschrank mit frei programmierbarer Mess- Steuer- und Regelungstechnik, umfassende Sensorik, Industrie PC mit großer Speicherplatte, Flatscreen, Bedienungstastatur. Ein wesentlicher Grund für die überragende Wirtschaftlichkeit dieser Maschine ist die komplette Integration aller systemrelevanten Stromverbraucher in der Energiezentrale. Dadurch wird die Maschine in jedem Betriebsfall energetisch optimal betrieben. Durch strömungsoptimierte hydraulische Schaltungen mit frequenzgeregelten Umwälzpumpen der höchsten Effizienzklasse werden weit überdurchschnittliche Jahresarbeitszahlen erzielt. Eine GEOZENT Profi Energiezentrale eignet sich optimal für die Heizwärme- und Klimakälteversorgung von Büro-/Verwaltungsgebäuden Industriebauten Schulen Krankenhäuser Mehrfamilienwohnhäuser Hotels

788

Zukunftssicher versorgt die Energiezentrale das Gebäude mit Wärme-, Kälteenergie und erforderlichenfalls mit warmen Trinkwasser. Als Energiequelle eignet sich kostenlose Prozess- oder Umweltenergie, die beispielsweise aus einem Erdabsorber gewonnen wird. Die GEOZENT Proﬁ bedient die gesamte Bandbreite an Verbrauchern, die bei der Energienutzung in Gebäuden Einsatz ﬁnden. Die verfügbaren Betriebsarten wie Heizbetrieb Kühlbetrieb Dualbetrieb (gleichzeitiges Heizen und Kühlen) Naturalkühlbetrieb Warmwasserbereitung bieten somit eine wirtschaftliche Alternative zur konventionellen Wärme- und Kälteerzeugung.

Ihr Plus Großes Leistungsspektrum, Heiz- und Kühlleistungen von 50 bis 1500 kW Als Sole/Wasser und Wasser/ Wasser-Ausführung lieferbar Monovalente und bivalente Betriebsweise möglich Trinkwassererwärmung bis 60°C durch integrierte Hochtemperatur Wärmeauskopplung Geschlossenes Gehäuse für hohe Laufruhe Intelligente Leistungsregelung Frei programmierbare Steuerung mit komfortabler Bedienungsoberﬂäche Integrierte Schnittstellen für Monitoring und Datenfernübertragung

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Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung

Betriebsarten von Wärmepumen Die passende Wärmepumpe für die Geothermienutzung ist u. a. nach den erforderlichen Heiz- bzw. Kühlleistungen sowie dem jeweiligen Anlagenkonzept auszuwählen.

Heizbetrieb

Je nach Wärmepumpentyp sind folgende Betriebsarten möglich.

Antriebsenergie

Heiznetz

Geothermie

Kühlnetz

Antriebsenergie

Heiznetz

Geothermie

Kühlnetz

Antriebsenergie

Heiznetz

Geothermie

Kühlnetz

Antriebsenergie

Heiznetz

Geothermie

Kühlnetz

Die Geothermie dient als Wärmequelle. Die Medientemperatur wird von der Wärmepumpe auf ein für das Gebäude nutzbares Temperaturniveau angehoben und mit der gewünschten Vorlauftemperatur am Heiznetz zur Verfügung gestellt.

Naturalkühlbetrieb Die Geothermie dient als Wärmesenke. Wenn nur Kühlung angefordert wird, prüft die Regelung, ob das Temperaturniveau in der Geothermie für die Naturalkühlung ausreicht. Ist dies der Fall, wird die geothermisch gewonnene Kälte, ohne Betrieb der Wärmepumpe, direkt am Kühlnetz bereitgestellt.Gleichzeitiges Heizen ist in dieser Betriebsart nicht möglich. Weil in dieser Betriebsart nur die Antriebsenergie der Umwälzpumpen anfällt, sind die Betriebskosten der Anlage sehr niedrig. Mechanischer Kühlbetrieb Die Geothermie dient als Wärmesenke. Wenn das Temperaturniveau in der Geothermie für die Naturalkühlung nicht mehr ausreicht, schaltet das System auf mechanische Kühlung um (Kältemaschinenbetrieb) und dem Gebäude wird Kälte mit der gewünschten Vorlauftemperatur angeboten. Gleichzeitiges Heizen ist möglich.

Dualbetrieb Bei gleichzeitiger Kühl- und Heizanforderung wird geprüft, ob im Gebäude netto ein Wärmebedarf oder ein Wärmeüberangebot vorliegt. In Abhängigkeit der Energiebilanz wird die Geothermie dann als zusätzliche Wärmequelle oder Wärmesenke genutzt.

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Uponor Geothermie > Passive Raumkühlung (Free Cooling)

Passive Raumkühlung (Free Cooling) Allgemein Aufgrund der gestiegenen Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz verändert sich das Verhältnis von Heiz- zu Kühlbedarf. Wo in früheren Jahren das Heizen im Vordergrund stand, wird nun das Kühlen mehr fokussiert, um Übertemperaturen in Räumen in den warmen Perioden des Jahres entgegen zu wirken. Bauliche Maßnahmen wie Außenverschattungen sind i.d.R nicht ausreichend um zu verhindern, dass die maximale operativen Raumtemperatur (Wohlfühltemperatur) von 26 °C nicht überschritten wird. Geothermische passive Kühlsysteme bieten hier eine efﬁziente und kostengünstige Möglichkeit zur Reduzierung der Übertemperaturen.

Bei der geothermischen passiven Kühlung wird überschüssige Wärme aus dem Gebäude über Rohrleitungssysteme und Erdwärmetauscher (Erdsonden) an das kühle Erdreich abgegeben. Beste Ergebnisse erzielt die geothermische passive Kühlung in Kombination mit Flächenheiz-/ -kühlsystemen. Im Gegensatz zur aktiven Kühlung über Lüftungssysteme, bei der die dazu erforderlichen Vorlauftemperatur von ca. 6 – 9 °C über einen Kälteprozess erzeugt werden muss, können Flächensysteme die im Erdreich herrschenden Temperaturen von ca. 10 – 16 °C direkt und ohne Einsatz von Kältekompressoren zur Raumkühlung nutzen. Das senkt die Betriebskosten erheblich, da im Kühlfall nur die Antriebsenergie

für die Heizungsumwälzpumpe(n) und die primärseitige Soleumwälzpumpe aufgebracht werden muss.

Vorteile der passiven Kühlung: Erhöhter Wohnkomfort durch ganzjährig angenehme Raumtemperaturen Verbesserung der Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe durch Regeneration des Erdreiches Nur minimale zusätzliche Investitionskosten Geringe Betriebskosten Ressourcenschonend und umweltfreundlich

Operative Raumtemperatur [°C]

Operative Raumtemperatur ohne passive Kühlung (Beispiel: Raum mit Außenverschattung, Sommertag im Juli) 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

Ohne passive Raumkühlung ist eine deutliche Überhitzung des Raumes der zweiten Tageshälfte zu erwarten.

Tagesverlauf operative Raumtemperatur optimale operative Raumtemperatur üblicher Bereich der operativen Raumtemperatur 0

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0

Uhrzeit [h]

Operative Raumtemperatur [°C]

Operative Raumtemperatur mit passiver Kühlung (Beispiel: Raum mit Außenverschattung, Sommertag im Juli) 27

Mit passiver Kühlung können die Raumtemperaturen über den ganzen Tag im behaglichen Bereich gehalten werden.

26 25 24 23 22 21 20 19

Tagesverlauf operative Raumtemperatur

optimale operative Raumtemperatur

üblicher Bereich der operativen Raumtemperatur

16 15 0

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0

Uhrzeit [h]

790

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Uponor Geothermie > Passive Raumkühlung (Free Cooling)

Passive Kühlung mit der Uponor Pumpengruppe EPG 6 Die Uponor Pumpen- und Wärmetauscherstation EPG 6 mit wurde speziell für die geothermische passive Kühlung bis zu 6 kW Leistung entwickelt. Für die hydraulische Trennung von Sole- und Heizkreis sorgt der eingebaute Edelstahl-Plattenwärmetauscher. In die anschlussfertige

Station ist außerdem der mit der Uponor Ruamtemparaturregelung kompatible Vorlauftemperaturregler C-46 bereits werkseitig eingebaut. Zur Vermeidung von Kondensatbildung passt dieser Regler die Vorlauftemperatur zur Kühlﬂäche im Raum über ein 3-Wege Misch-

ventil taupunktgeführt an. Die Soleﬂüssigkeit im Primärkreis wird über die ebenfall eingebaute Pumpe umgewälzt.

Anwendungsbeispiel: EPG 6 im Kombination mit einer Sole/Wasser Wärmepumpe und Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung

Uponor P Pumpengruppe EPG 6 für die passive Kühlung. Heizmodus Raumheizung über Wärmepumpe und Lüftungs-Wärmerückgewinnung. Die Kühlung ist deaktiviert.

Kühlmodus Passive Raumkühlung über Pumpengruppe EPG 6 und Fortluftwärmetauscher des Lüftungssystems.

Vorlauftemperaturregelung im Heizfall

Vorlauftemperaturregelung im Kühlfall

Raumtemperaturregelung

Im Heizmodus regelt der in die EPG 6 integrierte Vorlauftemperaturregler C-46 die Heizungsvorlauftemperatur witterungsgeführt gemäß dem erforderlichen Wärmebedarf. Die Umschaltung zwischen Heizen und Kühlen erfolgt entweder manuell oder raumtemperaturabhängig durch den C-46 über ein passendes Interface.

Im Kühlmodus regelt der C-46 Vorlauftemperaturregler die Vorlauftemperatur unter Berücksichtigung der Raumluftfeuchte, um Kondensatbildung an den nachgeschalteten Anlagenkomponenten zu vermeiden. Zu diesem Zweck können bis zu sechs Feuchtefühler an den C-46 angeschlossen werden. Bei steigender Luftfeuchtigkeit wir die Vorlauftemperatur so automatisch angehoben.

Mit den Uponor Raumtemperaturregelungen lassen sich Raumtemperaturen energieefﬁzient und komfortabel an die Bedürfnisse der Nutzer anpassen. Sie bieten zudem im Kühlfall die Möglichkeit, bestimmte Zonen oder Räume (z. B. Bäder) von der Kühlung auszuschließen.

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Weitere Informationen zur Uponor Regeltechnik und zusätzliche Anwendungsbeispiele der Uponor Pumpengruppe EPG 6 ﬁnden Sie im Kapitel „Verteil- und Regeltechnik”.

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Uponor Geothermie > Passive Raumkühlung (Free Cooling)

Flächensysteme zum Heizen und (passiv) Kühlen Die Wärmenutzungsanlage bestehend aus Einrichtungen zum Transport des Heiz- bzw. Kühlwassers von der Wärmepumpe bis zur Wärmenutzung (z. B. Fußbodenheizung) hat entscheidenden Einfluss auf die Effizienz der Wärmepumpen-Heizungsanlage und sollte mit möglichst niedrigen Vorlauftemperaturen auskommen. Flächenheiz-/ -kühlsysteme eigenen sich besonders gut für den effizienten Wärmepumpenbetrieb. Durch die großen Flächen liegen die erforderlichen Betriebstemperaturen nur geringfügig oberhalb (Heizen) bzw. unterhalb (Kühlen) der Raumtemperatur, was die Energieeffizienz von geothermischen Wärmepumpen erheblich verbessert. Zu den Niedertemperatursystemen zählen wasserdurchströmte Flächenheiz- und -kühlsysteme:

Fußbodenheizsysteme und -kühlsysteme Nicht nur für den Neubau, auch für die Nachrüstung auf bestehenden Fußböden gibt es maßgeschneiderte Systemlösungen. Zur Komfortsteigerung können diese Systeme auch zur Raumkühlung verwendet werden, bei vorausschauender Planung ist auch die entsprechende Nachrüstung der Kühlfunktion zu einem späteren Zeitpunkt möglich. Bei Fußbodenheizung und -kühlung kommen unterschiedlichen Installationsformen zum Einsatz. Die gängigsten Formen für Neubau und Renovation sind: Niedrigaufbausysteme Nassbausysteme Trockenbausysteme Wandheiz- und -kühlsysteme

Fußbodenheiz- und -kühlsysteme Wandheiz- und -kühlsysteme Deckenheiz- und -kühlsysteme Bei Flächensystemen wird die Wärme bzw. Kälte fast ausschließlich durch Strahlung und nicht durch Konvektion übertragen. Somit werden störende Zugerscheinung und Staubaufwirbelungen vermieden. Da Flächenheiz- und -kühlsysteme „unsichtbar“ sind, beanspruchen sie keinen wertvollen Nutzraum und bieten nahezu uneingeschränkte Gestaltungs- und Einrichtungsfreiheit sowie ein optimales Verhältnis von umbautem Raum zur nutzbaren Fläche.

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Alternativ zur Fußbodenheizung bzw. -kühlung oder zusätzlich zur Vergrößerung der Heiz- bzw. Kühlﬂächen können Wandsysteme eingesetzt werden. Man unterscheidet zwischen: Trockenbausystemen Nassputzsystemen Trockenbausysteme kommen in der Renovierung zum Einsatz, wenn der Fußbodenaufbau nicht verändert werden soll oder darf. Neben vorhandenen Wänden bieten sich oft zusätzliche Leichtbauwände (Ständerwände) als Heiz- bzw. Kühlﬂächen an. Der Einbau erfolgt in der Wandkonstruktion je nach System unterhalb der Beplankung oder direkt in der Putzschicht. Nassputzsysteme bieten sich immer dann an, wenn nur eine Teilrenovierung vorgenommen wird bzw. ein neuer Putz eingebracht wird.

Deckenheiz- und -kühlsysteme Der Einsatz von Heizen und Kühlung, in Form von Deckenheiz- und -kühlsystemen, findet besonders aus Gründen der Behaglichkeit und der Effizienz gegenüber den raumlufttechnischen Anlagen immer mehr Anwendung. Bei den Deckenheiz- und -kühlsystemen unterscheidet man die Bauformen als: Abgehängte Decken bzw. Deckenpaneele Bauteilaktivierung bzw. Betonkernaktivierung Abgehängte Decken kommen sowohl im Neubau als auch im Renovierungsfall zum Einsatz. Das Heizen und Kühlen erfolgt bei Deckenpaneelen durch wasserdurchflossene Rohre direkt in den Deckenpaneelen. Betondecken werden zum Kühlen bzw. Heizen von mehrgeschossigen Gebäuden genutzt. Diese zukunftsorientierte Lösung führt zu thermisch aktiven Decken mittels wasserdurchflossener Rohrregister auch in Modulbauweise. Mit der Betonkernaktivierung wird das Ziel verfolgt, auf einfache Weise umweltschonend und kostensparend für thermische Behaglichkeit im Gebäude zu sorgen. Die Betonkernaktivierung empfiehlt sich für Gebäude mit kleinen bis mittleren Kühllasten, um einer Aufheizung im Sommer entgegenzuwirken. In Gebäuden mit mittleren bis größeren Kühllasten kann die Betonkernaktivierung zur Deckung der Grundlasten dienen.

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Uponor Geothermie > Projektplanung

Projektplanung Projektablaufplanung Die Planungsaufgaben auf dem Gebiet der Geothermie lassen sich in zwei Bereiche gliedern: In die geothermische Planung (TBA-Planung) und in die TGA-Planung. Die TBA-Planung behandelt die Geothermieanlage, die TGAPlanung die technische Gebäudeausrüstung/Haustechnikanlage.

ein Instrument zur Reihenfolge der Abarbeitung zu geben. Zudem soll dieser Ablauf die Kommunikation zwischen Auftraggeber und den verschiedenen Fachingenieuren vereinfachen und eine Kontrolle der Aufgabenerfüllung ermöglichen.

Nachfolgend wird der Planungsablauf mit der inhaltlichen Ausgestaltung und Aufgabenzuordnung zur geothermischen Planung und zur Planung der technischen Ausrüstung des Gebäudes dargestellt, um einen Überblick über die notwendigen Arbeiten aufzuzeigen und dem Fachingenieur neben diesem Überblick

Planungsschritte 1.

Grundlagenermittlung

Vorplanung

Entwurfsplanung

Genehmigungsplanung

Ausführungsplanung

Vorbereitung der Vergabe

Mitwirkung der Vergabe

Objektüberwachung

Objektbetreuung, Dokumentation

Planungsablauf. Quelle: Manja Gust, HGN Hydrologie GmbH, Niederlassung Magdeburg, 2008

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Uponor Geothermie > Projektplanung

Detailplanung Grundlagenermittlung Grundlage für die erste Planungsphase bilden die Abstimmungen zwischen allen Beteiligten. Dabei werden die prinzipiellen Nutzungsziele und die jeweils zu übergebenden Energiemengen festgelegt: 1 2 3

Nur Wärmeversorgung Nur Kälteversorgung Kombination Wärme- und Kälteversorgung Wärme- und Kältespeicherung

Neben den grundsätzlichen Nutzungszielen müssen bereits in diesem Planungsstadium Kennziffern der Heiz- und Kühlsysteme (Zieltemperaturen, Wärme- und Kühlleistungen, Jahresarbeitszahl etc.), die an die Geothermieanlage mit Wärme- bzw. Kälteerzeugungsanlage angeschlossen werden sollen, mit dem TGA-Planer abgestimmt werden. Für die fachlich korrekte Anlagenauslegung können zusätzliche Untersuchungen oder Testarbeiten notwendig sein. Sie sind als gesonderte Leistungen zu betrachten und im Vorfeld mit dem Auftraggeber abzustimmen. Planungsphasen Aus den beschriebenen Zielvorgaben und den durchzuführenden Recherchen und Untersuchungen zur Untergrundbeschaffenheit können dann die am jeweiligen Einsatzort

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anwendbaren geothermischen Nutzungsverfahren erarbeitet werden. In der Ausführungsplanung werden abschließend die Abmessungen und Parameter sowie das Vorgehen bei der Errichtung der Anlage festgelegt, wie z. B.: Wärme- bzw. Kälteerzeugungsanlage (Wärmepumpe/KäItemaschine) Wirkungsweise, Leistungsparameter (LeistungszahI) Abmessungen, Anordnung, Anschlüsse an Heiz- und Kühlsysteme, Anschlüsse an Geothermieanlage etc. Geothermieanlage Anordnung der Bohrungen Ausführung Verteilersystem Flächenbedarf für Ausführung Personalqualiﬁkation Material der einzubringenden Sonden und Kollektoren Vorgehen und Materialeinsatz bei Bohrlochverpressung Betriebsmittel für Kreislauf Prüfungen und Kontrollen der Funktion Vergabe/Realisierung Konnte bei Geothermiesondeninstallationen im Vorfeld kein Thermal Response Test (TRT) an einer Vorbohrung durchgeführt werden, empﬁehlt es sich, diesen spätestens an der ersten ausgebauten Sonde durchzuführen. Mit den ermittelten

Parametern kann dann eine Simulation durchgeführt werden. Bei Bedarf ist die Planung anzupassen. Vor Inbetriebnahme geothermischer Anlagen, die zum Wärmeaustausch mit dem Boden Wärmeträgerfluidkreisläufe mit Pumpen verwenden, ist das System i. d. R. mit einem geeigneten, fertig angemischten Wärmeträgerfluid zu befühlen und anschließend zu entlüften. Zur Sicherstellung der Drucksicherheit ist eine Druckprüfung aller Kreisläufe nach EN 805 zu dokumentieren. Desweiteren ist vor Inbetriebnahme die gleichmäßige Durchströmung der Geothermieaustauscher zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren. Zur Drucküberwachung ist am Geothermieaustauschersystem ein Manometer mit Anzeige des zulässigen Druckbereichs zu installieren. Bei Einsatz eines Wärmeträgerfluids ist das System gegen Flüssigkeitsverluste zu sichern. Der spätere Betreiber der Anlage wird von den Fachingenieuren in die Bedienung der Anlage, deren Wartung und Maßnahmen bei Störfällen eingewiesen. Im Nachgang der Planung wird empfohlen, den Anlagenbetrieb zu prüfen und ggf. zu optimieren und das Nutzungsverhalten an die Geothermieanlage anzupassen bzw. auf die Anlage einzustellen.

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Notizen

Technische Hotline 0800 7780030 Kostenfrei aus dem deutschen Festnetz, Mobil- und Auslandsverbindungen abweichend.

Uponor GmbH Industriestraße 56 97437 Hassfurt Germany

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Auszug aus GTK – 09/2013 ME – Änderungen vorbehalten