Erdwärmsonden und saisonale Speicherung

Das Dörfl braucht erneuerbares Heizen im Winter mittels Erdwärme

Die Preisentwicklung von fossilen Energieträgern wie Erdgas und der Druck aus ökologischen und politischen Gründen vom Erdgas unabhängig zu werden unterstützen begünstigen die unten dargestellten Entwicklungen. Schließlich wird das Heizen mit Erdgas 2040 verboten. Spätestens dann muss also eine Umstellung auf erneuerbare Energie erfolgen. Wenn wir die Investition in die Umstellung schon heute vorzunehmen sparen wir 18 Jahre Ausgaben für Erdgas ein.

Daher soll das Dörfl in Zukunft mit Erdwärme heizen.

Dies geschieht mittels:

Erdwärmesonden,
Wärmepumpe und
Flächenheizungen in möglichst gut thermisch sanierten Wohnhäusern.

Die Wärmeleitfähigkeit der Erde im Dörfl beträgt 2W/m/K

Erdwärmesondenfeld

Für das Dörfl bräuchte man aber ein ganzes Erdwärmesondenfeld (z.B. unter dem Pfarrgarten), denn viele Häuser können mangels Garten keine Erdsonden installieren.

Hier wäre typisch

Abstand der Sonden mindestens 7 m
Pro 5 kW Heizleistung (1500 Vollaststunden) 1 Sonde mit 70-100m
Ca. 2 Sonden pro Einfamilienhaus
An der Oberfläche ist das Sondenfeld unsichtbar

Dabei gibt es ein gravierendes Problem - die Auskühlung der Erde

Die Erde wird bei einzelnen Erdwärmesonden und stärker noch im Erdwärmesondenfeld durch den stetigen Wärmentzug über die Jahre ausgekühlt

Der saisonale thermische Speicher kühlt im Sommer heizt im Winter

Die Wärmepumpe nimmt das kühle Wasser aus dem Erdsondenfeld über das Nahwärmenetz auf.
Das kühle Wasser durchströmt die Heizflächen, nimmt die Wärmeenergie der Räume auf und kühlt sie so.
Die Wärme wird über das Nahwärmenetz in die Erdwärmesonden gepumpt und an das Erdreich abgegeben.
Die Raumtemperatur wird so im Sommer um 3° gesenkt
der subjektive Effekt noch stärker ist
und der Erdwärmespeicher für effizientes Heizen im Winter aufgewärmt
[die Kühlung im Sommer braucht 3,8 mal weniger Strom als eine Klimaanlage]

[Quelle]

Für die saisonale Erdspeicherung gibt es bereits Praxisbeispiele

Die Bohrtiefe wird durch Grundwasser begrenzt.
eine höhere Zahl von Sonden bedeutet eine bessere Relation von Volumen zu Oberfläche des Erdspeichers und steigert die Effizienz
Die Erde wird im Sommer z.B. auf bis zu 55°C erwärmt und im Winter bis auf bis zu 15°C mithilfe der Wärmepumpen entladen.
Praxisbeispiele
- Crailsheim: 60 Sonden 55m tief 3 m Abstand in 30m Kreis
- Braedstrup: 48 Sonden 45m tief für 1481 Einwohner 39,633 MWh

Wärmegewinnung und Kühlung im Sommer durch Verwendung der Heizflächen und Wärmepumpen

Wärmegewinnung und Kühlung im Sommer durch künstliche Beregnung der Dachflächen

Wir haben im Dörfl 11 denkmalgeschützte Gebäude mit teils sehr großen Dachflächen. Der Denkmalschutz erlaubt i.d.R. keine PV-Panels oder Solarthermischen Kollektoren. Damit wir die Wärme auf den Dächern dieser Gebäude dennoch für einen Beitrag zur Klimaneutralität nutzen können und gleichzeitig die Dachwohnungen vor der Sonnenhitze schützen können, haben wir ein innovatives, in dieser Form noch nicht veröffentlichtes Verfahren erdacht: wir wollen die sonnenbeschienen Dächer künstlich beregnen!

In der hauseigenen Zisterne gesammelte Regenwasser wird auf das Dach gepumpt
Regenwasser ist kalkfrei und hinterlässt keine Flecken am Dach, die nicht nur unschön wären, sondern auch das Licht reflektieren würden
das Wasser wird über Tropfschläuche gezielt in die Dachziegelsenken geleitet oder bei Flachziegeln ca. alle 5cm ein Loch
dort kühlt es die Dachziegel und nimmt die Sonnenwärme auf
die Temperatur des Wassers in Regenrinne und Fallrohr wird über die Pumpleistung geregelt und optimal gehalten
so wird immer nur die im Tagesverlauf ausreichend sonnenbeschienenen Dachflächen künstlich beregnet
das gewärmte Wasser wird in den Fallrohren durch Fallrohrfilter abgezweigt und über Rohre zum Wärmetauscher geleitet
so wird die Wärme für das Haus zur Warmwasserbereitung zur Verfügung gestellt
und die meiste Wärme über das Nahwärmenetz abführt.
Nach dem Wärmetauscher fließt das Wasser zurück in die Zisterne.
Natürlicher Regen wird ebenfalls über die Rohre in die Zisterne geleitet, um Verluste durch Verdunstung auf dem Dach von bis zu 5 Litern pro Stunde auszugleichen. Der natürliche Regen wird aber über ein elektromagnetisches Ventil am Wärmetauscher vorbei in die Zisterne geleitet.

Links zur Dachkühlung:

Ganzjährige Wärmegewinnung durch Solarthermie Kollektoren oder Hybride in Kombination mit Photovoltaik

Mit PVT und einem kalten Nahwärmenetz können ganze erneuerbare Quartierlösungen gebildet werden