Der Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahl
Der Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahl ist das zentrale Funktionselement eines geothermischen Systems zum Kühlen und Heizen von Gebäuden, Maschinen und technischen Prozessen.
Eine Geo-HEP-Anlage wird für jedes Projekt individuell ausgelegt und kann – abhängig von Energiebedarf, Anwendung und Standortbedingungen – aus einem oder mehreren Hochleistungsenergiepfählen sowie der dazugehörigen Anlagen-, Pumpen-, Mess-, Steuer- und Regelungstechnik bestehen.
Der großvolumige Aufbau verbindet eine große Wärmeaustauschfläche zum Untergrund mit einer integrierten thermischen Speichermasse. Dadurch können kurzfristige thermische Lasten gepuffert und Wärme effizient mit dem umgebenden Untergrund ausgetauscht werden.
Unter geeigneten Bedingungen ermöglicht das Geo-HEP-System eine besonders energieeffiziente passive Kühlung. Im Heizbetrieb kann es als Wärmequelle für eine Wärmepumpe genutzt werden.
Kühlen und Heizen mit dem Untergrund
Die über das Jahr vergleichsweise konstanten Temperaturen des Untergrunds bilden die Grundlage des Geo-HEP-Systems.
Passive Kühlung
Beim Kühlen wird überschüssige Wärme aus Gebäuden, Maschinen oder technischen Prozessen über einen geschlossenen Wärmeträgerkreislauf zu den Hochleistungsenergiepfählen transportiert. Dort wird die Wärme zunächst innerhalb des Systems aufgenommen und anschließend über die Pfahlwand an den umgebenden Untergrund abgegeben.
Unter geeigneten Bedingungen ist dafür keine dauerhaft arbeitende klassische Kältemaschine erforderlich. Elektrische Energie wird im Wesentlichen für Umwälzpumpen sowie die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik benötigt.
Wärmeversorgung mit Wärmepumpe
Im Heizbetrieb kann das Geo-HEP-System Wärme aus dem geothermischen System als Wärmequelle für eine Wärmepumpe bereitstellen.
Die Wärmepumpe hebt die vorhandene Wärme auf das für das Gebäude oder den jeweiligen technischen Prozess benötigte Temperaturniveau an.
Damit lässt sich dieselbe geothermische Infrastruktur sowohl in Kühl- als auch in Heizkonzepte integrieren.
Was zeichnet den Hochleistungsenergiepfahl aus?
Der Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahl unterscheidet sich in mehreren Punkten von klassischen schlanken Erdwärmesonden und konventionellen Energiepfählen.
Zu den wesentlichen Merkmalen gehören:
- große Wärmeaustauschfläche zum umgebenden Untergrund
- integrierte thermische Speichermasse
- Pufferung kurzfristiger thermischer Lastspitzen
- passive Kühlung mit geringem elektrischem Energiebedarf unter geeigneten Bedingungen
- Nutzung als Wärmequelle für Wärmepumpen
- kombinierte Einbindung in Kühl- und Heizkonzepte
- vergleichsweise kompakte Nutzung der verfügbaren Grundfläche
- Integration in bestehende und neue Heiz- und Kühlsysteme
- wartungszugängliche technische Komponenten
Welche dieser Vorteile bei einem konkreten Projekt besonders zum Tragen kommen, hängt von der benötigten Leistung, dem Lastprofil, den Standortbedingungen und der vorhandenen Anlagentechnik ab.
Integrierte Speichermasse für thermische Lastspitzen
Innerhalb eines Hochleistungsenergiepfahls stehen vorzugsweise rund 43 m³ Wasser als thermische Speichermasse zur Verfügung.
Diese Wassermasse kann thermische Energie aufnehmen und damit kurzfristig auftretende Lastspitzen innerhalb des Systems puffern, bevor die Wärme weiter an den Untergrund übertragen wird.
Die thermische Speichermasse im Hochleistungsenergiepfahl ist dabei von einer gezielten saisonalen Langzeitspeicherung zu unterscheiden. Für diesen Anwendungsbereich entwickelt Geo-HEP Systems ein eigenständiges Saisonalspeichersystem.
Wie funktioniert ein Hochleistungsenergiepfahl?
Das technische Prinzip lässt sich am besten an einem einzelnen Hochleistungsenergiepfahl erläutern.
Ein zirkulierendes Wärmeträgermedium transportiert thermische Energie zwischen der jeweiligen Anwendung und dem Geo-HEP-System. Im Hochleistungsenergiepfahl erfolgt die Wärmeübertragung auf die integrierte Speichermasse und anschließend der Wärmeaustausch mit dem umgebenden Untergrund.
Im Heizbetrieb wird die Richtung der thermischen Nutzung umgekehrt: Das System dient dann als geothermische Wärmequelle für eine Wärmepumpe.
Die genaue Funktionsweise, die Aufgabe der Speichermasse und die Rolle des Untergrunds erklären wir auf der Detailseite.
Geologie und Grundwasser beeinflussen die Auslegung
Jede Geo-HEP-Anlage wird auf die Bedingungen des jeweiligen Standorts abgestimmt.
Entscheidend ist nicht eine einzelne bestimmte Boden- oder Gesteinsart. Maßgeblich ist vielmehr, wie gut der Untergrund Wärme aufnehmen, weiterleiten und wieder abgeben kann.
Bei der Planung werden unter anderem betrachtet:
- Aufbau und Schichtung des Untergrunds
- Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeichervermögen
- Festigkeit und Bohrbarkeit
- Grundwasserverhältnisse
- zulässige Bohrtiefe
- verfügbare Fläche und örtliche Rahmenbedingungen
Bewegtes Grundwasser kann die Wärmeabfuhr im Untergrund zusätzlich unterstützen. Das Geo-HEP-System selbst arbeitet dabei als geschlossenes Wärmeaustauschsystem: Grundwasser wird weder gefördert noch in den Anlagenkreislauf eingebunden.
Aus den Standortbedingungen und dem benötigten Leistungsprofil werden die Auslegung und die erforderliche Anzahl der Hochleistungsenergiepfähle ermittelt.
Für welche Anwendungen eignet sich das Geo-HEP-System?
Besonders interessant ist das System für Anwendungen mit dauerhaftem Kühlbedarf oder einem über das Jahr bestehenden Bedarf an Wärme und Kälte.
Typische Einsatzbereiche sind:
- Maschinen- und Prozesskühlung
- Druckmaschinen und Produktionsanlagen
- Gewerbe- und Verwaltungsgebäude
- Produktionsgebäude
- Serverräume und Rechenzentren
- Wärmeversorgung in Verbindung mit Wärmepumpen
Das Geo-HEP-System kann sowohl bei Neubauten als auch bei der Modernisierung bestehender Heiz- und Kühlsysteme geprüft werden.
Besonders interessant können Projekte mit hohen jährlichen Betriebsstunden, kontinuierlichem Kühlbedarf oder begrenzten Flächen für klassische Erdwärmesonden sein.
Projektspezifisch statt nach Standardschema
Eine Geo-HEP-Anlage wird nicht nach einem festen Standardschema dimensioniert.
Für jedes Projekt werden unter anderem berücksichtigt:
- erforderliche Heiz- und Kühlleistung
- jährliche Betriebsstunden
- zeitlicher Verlauf der thermischen Lasten
- benötigte Temperaturniveaus
- vorhandene Anlagen- und Gebäudetechnik
- Geologie und Hydrogeologie
- verfügbare Fläche
- technische und genehmigungsrechtliche Rahmenbedingungen
Erst aus dieser Gesamtbetrachtung ergeben sich die geeignete Anlagenkonfiguration, die Anzahl der benötigten Hochleistungsenergiepfähle und die wirtschaftliche Bewertung.
Ist ein Geo-HEP-System für Ihr Projekt geeignet?
Ob der Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahl für eine Produktionsanlage, ein Gebäude, ein Rechenzentrum oder die Modernisierung eines bestehenden Kühl- und Heizsystems geeignet ist, lässt sich anhand weniger zentraler Projekt- und Standortdaten zunächst bewerten.
Lassen Sie die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten für Ihr Projekt prüfen.