Ti uponor geothermie 0 09 2013

T E C H N I S C H E R G E S A M T K ATA LO G 2 013/ 14

V E R B U N D R O H R I N S TA L L AT I O NP E -X A I N S TA L L AT I O NF L Ä C H E N H E I Z U N G, F L Ä C H E N K Ü H L U N GV E R S O R G U N G | G E O T H E R M I E

Gebäudetechnik

Auszug

Uponor Geothermie

U P O N O R G E B ÄU 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 G2

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751

Geothermienutzung mit UponorAllgemein 752 | Herausforderungen in der Geothermie 753

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

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

760

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

767

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

773

Wärmepumpen für die GeothermienutzungAllgemein 781 | Energiebereitstellung mit Sole/Wasser-Wärmepumpen 782 | Gebündelte Kompetenz – Uponor und STIEBEL-ELTRON 786 | GEOZENT Groß-wärmepumpen von 50 – 1500 kW 787 | Betriebsarten von Wärmepumen 789

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

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ProjektplanungProjektablaufplanung 793 | Detailplanung 794

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Uponor Geothermie

Geothermienutzung mit Uponor

Allgemein

Geothermie – die unerschöpfl iche Energiequelle

Geothermische Nutzungssysteme von Uponor

Geothermie kann nicht nur als Wärmequelle für Flächenheizung und Warmwasserbereitung, sondern auch als Kältequelle für Flächenküh-lung mit sehr geringen Betriebs-kosten genutzt werden. Geothermie ist anwendbar für allen Arten von Gebäuden, vom Einfamilienhaus bis zu großen Büro- oder Industrie-gebäuden.

Die Betriebskosten einer geother-mischen Anlage sind im Vergleich zur konventionellen Wärme- bzw. Kälte erzeugung gering. Die Investi-

Uponor bietet für verschiedene Gebäudetypen passende geother-mische Lösungen – vom Einfamilien-haus bis zum Großobjekt. Mittels

tionskosten für ein Geothermie-system sind zwar etwas höher als bei konventionellen Kesseln und Kühlaggregaten, aber durch die geringen Betriebskosten sind die Amortisa tionszeiten kürzer.

Geothermie als Energiequelle in Kombination mit Energienutzungs-systemen ist die „all-in-one“ Lösung in Bezug auf die Kombination aus Heizen und Kühlen.

Derartige Systeme sind effi zienter und einfacher zu installieren als

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

zwei separate Systeme für Heizen und Kühlen.

Des weiteren profi tieren die Energie-nutzungssysteme von dem nutz-baren Temperaturbereich (Exergie-Prinzip) im Form von Reduktion der Betriebstemperaturen beim Heizen und hohen Betriebstemperaturen beim Kühlen. Dadurch ist die Wärme-pumpe in der Lage, mit einer höheren Effi zienz (Jahresarbeitszahl) zu arbeiten, was den Stromverbrauch und somit die Betriebskosten ent-sprechend reduziert.

Ihr Plus

Weiter Einsatzbereich im Wohnungsbau, Industriebau, in öffentlichen Gebäuden und Bürogebäuden

Heizen, Warmwaserberei-tung 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 Energiegewin-nung über Energie-bereitstellung bis zur Energienutzung.


753U P O N O R G E B ÄU 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

Die fachgerechte Nutzung der ober-fl ächennahe Erdwärme erfordert neben elementarisch geologischen Kenntnissen auch Erfahrung in der Geohydraulik.

So spielt z. B. das Grundwasser eine wichtige Rolle für die Entzugs-leistung. Aber auch die hydraulische Leitfähigkeit des wasserführenden Untergrundes muss berücksichtigt werden. Hier wird Locker- oder Festgestein nach Poren- und Trenn-fugendurchlässigkeit unter-schieden.

Bei Lockergestein (Porengrundwas-serleiter) ist vor allem die Korngröße und Kornverteilung und bei Fest-gestein die Häufi gkeit und Öffnungs-weite der Trennfugen entscheidend für die hydraulische Leitfähigkeit.

Die Einfl üsse der geothermischen Anwendungen auf die Erdreich-temperaturen sind von den Installa-tionstiefen abhängig und und müssen ebenfalls bei der Planung berücksichtigt werden. Bei fach-gerechter Dimensionierung von Erd-wärmetauschern wie Erdregistern (Flächenkollektoren) und Erdwärme-körben (Einbautiefen bis max. 5 m) ist die Abkühlung des umgebenden Erdreichs im Heizfall nur vorüber-gehend bzw. die Wiedererwärmung, z. B. durch Sonnen einstrahlung auf die Erdoberfl äche oder durch Regen erfolgt mit geringer Verzögerung. Eine Unterdimensionierung der Anlage ist zu vermeiden, um wachstumshem-mende Auswirkungen auf die Vegetation oberhalb der Wärme-entzugssysteme zu verhindern.

Bei Erdsonden und Energiepfählen ist der Einfl uss der temperaturaus-gleichenden 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 Tempe-raturgleichgewicht gehalten wird, sind die geplanten Nutzleistungen langfristig realisierbar. So ist z. B. der alternierende Heizen/Kühlen Betrieb für eine ausreichende Rege-neration des Erdreichs grundsätzlich ratsam. Eine Unterdimensionierung der Erdwärmetauscher kann von Heiz-periode zu Heizperiode zu absin-kenden Wärmequellen temperaturen führen.

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

Je nach Anwendungsformen der Geothermie sowie Standortwahl sind vor Anlagenerrichtung länder-spezifi sche 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 – Grund-lagen, Genehmi gungen, Umwelt-aspekte“ 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, Erdwärme-körben, Energiepfählen sowie Anbinde- und Verteilrohrsystemen für Erdwärmetauscher bietet die Uponor Geothermie Ihnen auch bei projektbezogener Planung, Projektierung und Simu lation der Systeme, Montage- und Instal-lationsleistung sowie der Projektlei-tung vor Ort ihre Unterstützung an.

Alles aus einer Hand. Für maximale Planungs- und Betriebssichheit.

Herausforderungen in der Geothermie

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Systembeschreibung/Einsatzbereiche

Uponor Horizontalkollektoren bestehen aus horizontal, also parallel zur Erdoberfl äche 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 Vor- und Rückläufe der Erdkollektoren werden entweder einzeln, oder über Quick & Easy Formteile zu Gruppen zusammengefasst, an eine Tichel-mann-Zuleitung oder direkt an den Uponor Geothermieverteiler angeschlossen. Von dort erfolgt die Weiterleitung, z. B. durch die fl exiblen, vorgedämmten Uponor Ecofl ex Rohre zur Wärmepumpe.

solare Einstrahlung kaum zur Regeneration beiträgt, ist eine Nutzung als Energiequelle nur dann sinnvoll, wenn Grundwasserstand und Grundwasserfl uss die Energie-ausbeute positiv beeinfl ussen. Bei solchen Anlagen ist eine Planung und Begleitung durch ein Geo-logisches Planungsbüro unbedingt erforderlich!

Um die Tragfähigkeit der thermisch aktivierten Bauwerkskomponenten nicht zu beeinträchtigen, müssen diese vor Frostschäden geschützt werden. Eine sichere untere Tempe-raturbegrenzug der Wärmeträger-fl üssigkeit in den Kollektorrohren (> 0 °C) ist zwingend erforderlich (VDI 4640 Blatt 2). Zudem ist die geplante Anordnung der Kollektor-rohre im Bauteil vom Tragwerksplaner zu prüfen und freizugeben.

Nicht überbaute Kollektorfl ächen

Nicht überbaute Uponor Erdkollek-toren sind bei relativ geringen Investitionskosten überall dort ein-setzbar, wo ausreichend unbebaute Bodenfl ächen entsprechend dem erforderlichen Energiebedarf zur Ver-fügung stehen. Insbesondere beim Neubau energieoptimierter Wohn-gebäude bieten sich Uponor Erdkollektoren an, da hier i. d. R. ohne großen Mehraufwand ein Kollektor eingebaut werden kann. Entsprechend des Gebäude-energiebedarfs und der Wärmepum-penleistung ist eine unbebaute Kollektorfl äche vorzusehen und ent-sprechend den Vorgaben der VDI 4640 auszulegen.

Schematische Darstellung Horizontalkollektoranlage in Mäanderverlegung

Vorteile

Vergleichsweise geringe Investitionskosten

Gute Jahresarbeits-zahlen

Einfache Installation Ideale Lösung für Ein- und

Mehrfamilienhäuser sowie kleine Gewerbe- und Indust-rieanwendungen

Geringe Einbautiefe

Überbaute Kollektorfl ächen

Zur Energiegewinnung bzw. -speicherung können Uponor Kollek-toren auch in oder unter Boden-platten 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 Überbau-ung der Energieeintrag über das Regenwasser meist wenig und eine

Uponor Geothermie > Uponor Horizontalkollektoren

Uponor Horizontalkollektoren


Planungsgrundlagen

Funktionsprinzip

Erdkollektoren werden relativ ober-fl ächennah in einer Tiefe von ca. 1,2 – 1,5 m eingebaut. Die Wärme, die von nicht überbauten Horizontal-kollektoren dem Erdreich entzogen wird, ist somit keine geo thermische Energie aus dem Erdkern. Sie setzt sich vielmehr aus Sonneneinstahlung, im Erdreich gespeicherter Sonnen-energie sowie dem Energieinhalt des Regens, der in das Erdreich ein-sickert, zusammen. Aus diesem Grund ist der thermische Kontakt zum Untergrund sowie die thermi-sche Speicherfähigkeit des Erdreichs für die Leistungsfähigkeit von entscheidender Bedeutung. Dabei besteht ein unmittelbarer Zusam-menhang von Speicherkapazität des Erdreichs und dessen Wassergehalt. Damit ein Erdkollektor diese Speicher kapazität nutzen kann, ist es notwendig, dass die Oberkante des Kollektors unterhalb der natürlichen Frostgrenze liegt.

Bodentypen und Wassergehalt

Die Leistungsfähigkeit eines Erdwär-mekorbes hängt im Wesent lichen vom Wassergehalt des umgebenden Erdreichs ab. Darüber hinaus ver-bessert Wasser im Erdreich auch die Wärmeleit fähigkeit, wodurch die gespeicherte Wärme aus tieferen Erdschichten und die Sonnenenergie von der Erdoberfl äche leichter zu den Kollektoren strömen können.

Tief

e im

Bod

en [

m]

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

0 205 10 1520

0

15

10

5

Temperatur (Erdoberfläche) [°C]0 205 10 15

1. Februar 1. Mai 1. November 1. August

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


Einfl uss auf die Vegetation

Prinzipiell kann das Erdkollektorfeld beliebig bepfl anzt werden, sogar mit fl achwurzelnden Bäumen. Erd-kollektorrohre in der üblichen Tiefe können nicht durch Pfl anzenwur-zeln beschädigt werden. Allerdings entziehen Horizontal kollektoren im Heizfall dem Erdreich Wärme, so

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

Rechtliche Hinweise

Für Horizontalkollektoren können länderspezifi sche Genehmigun-gen der zuständigen Behörden notwendig sein. VDI 4640 und Wasserhaushaltsgesetz (D), SIA 384/6 und BAFU-Vollzugsricht-linie (CH), österreichische Wasserrechtsgesetz, Gewerbeordnung und Bauordnung (A) sind zu beachten.


Anhaltswerte für die Auslegung von Horizontalkollektoren

Untergrund Spezifi sche Entzugsleis-tung q

E bei

1.800 h/a [W/m²]

spezifi sche Entzugsleis-tung q

E

bei 2.400 h/a [W/m²]

Verlegeab-stand s

[m]

Verlegetiefe

[m]

Abstand zur Versorgungs-leitungen

[m]

Trockener, nichtbindiger Boden 10 8 1 1,2 – 1,5 > 0,7

Bindiger, feuchter Boden 20 – 30 16 – 24 0,8 1,2 – 1,5 > 0,7

Wassergesättigter Sand/Kies 40 32 0,5 1,2 – 1,5 > 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!

Im winterlichen Heizbetrieb kann die Temperatur der Wärmeträgerfl üs-sigkeit (Sole) und damit auch die Temperatur der Rohroberfl äche unter-halb des Gefrierpunktes absinken was das Gefrieren des Wassers im umliegenden Erdreich zur Folge hat. Geringfügige Eisbildung ist gene-rell nicht problematisch, da auch

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

Die spezifi sche Entzugsleistung von Flächenkollektoren ist u. a. von der Bodenbeschaffenheit, der Wärmepumpenlaufzeit, den Verlege-abständen, der Verlegetiefe und

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

Vermeidung von Eisbildung

Entzugsleistungen


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

ersetzt keine genaue Betrachtung der Rahmenbedingungen.


Die Dimensionierung von Horizon-talkollektoren hängt neben den Bodeneigenschaften und den klima-tischen Bedingungen von der jährlichen Betriebsstundenzahl der Wärmepumpenanlage ab. In der Regel wird von einer maximalen Betriebsstundenzahl von 1800 h ausgegangen.

Die erforderliche Kollektorfl äche bei Horizontalkollektoren richtet sich nach der spezifi schen Entzugsleistung q

E des Bodens und der Kälteleistung

QO der Sole/Wasser-Wärmepumpe.

Amin

= [m²] Q

O

qE

Die Kälteleistung entspricht dem aus der Umgebung entzogenen Leistungsanteil der Wärmepumpe und stellt die Differenz der Heiz-leistung Q

H und der elektrischen

Leistungsaufnahme Pel dar.

QO

= QH – P

el[W]

Die notwendige Kollektorrohrlänge L

K wird aus der erforderlichen Kollek-

torfl äche AK und dem Abstand s der Kollektorrohre ermittelt.

LK =

Amin

s[m]

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

nicht rechtzeitig zurücktauen, um Freiräume zur Versickerung der Nie-derschläge zu schaffen. Vergrößert man den Rohrabstand, sinkt die Sole-temperatur für den gleichen Wärme entzug weiter ab. Im Spitzen-lastfall würde die Solerücklauf-temperatur dann -5°C unterschreiten, was zum Abschalten der Wärme-pumpe führen kann.

Berechnungsbeispiel

Wärmepumpe (Daten Hersteller) - Heizleistung Q

H = 8,9 KW

- Elektische Leistungsaufnahme P

el = 1,98 KW

➔ Kälteleistung QO = 6,92 KW

Horizontalkollektor (Daten nach VDI 4640)

- Jahresnutzungsdauer 1800 h - Entzugsleistung q

E = 25 W/m2

- Verlegeabstand s = 0,8 m ➔ Kollektorfl äche

Amin

= 277 m² ➔ L

K = 346 m

Auslegung Horizontalkollektor ➔ 4 Heizkreise à 100 m ➔ Tatsächlicher Verlegeabstand

= 0,69 m

Bei Aufteilung der Kollektorfl ächen in einzelne Kreise sollten, unter Brücksichtigung der höheren Visko-sität der Wärmeträgerfl üssigkeit gegenüber Wasser, möglichst gerin-ge Druckverluste angestrebt werden da eine hohe Pumpenleistung die Jahresarbeitszahl β der Wärme-pumpenanlage verringert.

Bei der monovalenten Auslegung der Sole/Wasser-Wärmepumpe muss die Wärmequelle auf den Leis-tungsbedarf des Gebäudes Q

G und

nicht auf den der Wärmepumpe ausgelegt werden.

Der Gesamtleistungsbedarf QWP

beinhaltet den Leistungsbedarf des Gebäudes Q

G und zur Brauch- bzw.

Warmwasserbereitung Qww

unter Berücksichtigung einer Sperrzeit Z.

QWP

= (QG + Q

WW) · Z [W]

Wird bei der Wahl der Wärmepumpe auf ein Modell mit geringerer Heiz-leistung bzw. kleineren Kollektorfl ä-che zurückgegriffen, so erhöhen sich die Betriebsstunden der Wärme-pumpe.

Eine sorgfältige Planung und Dimensionierung von Horizontal-kollektoren ist unabdingbar. Unterdimensionierungen sind zu ver meiden; sie führen zum Ab sinken der Soletemperaturen und somit zu schlechten Jahresarbeits-zahlen.

Unterdimensionierung kann auch zu dauerhaft absinkenden Wärmequel-lentemperaturen führen; im Ext-remfall wird die Einsatzgrenze der Wärmepumpe unterschritten.

Auslegung von Horizontalkollektoren



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 Horitontal-kollektoren stehen, abhängig vom Rohrabstand, Beschaffenheit des Untergrundes, Baustellegegeben-heiten und weiteren Parametern die folgenden gängigen Einbauvari-anten 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 Schau felbreite, 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.

Bei der Grabenverlegung ist folgende Vorgehensweise vorteilhaft:1. Aushub des ersten Grabens 2. Verlegung des ersten Rohr-

strangs3. Verfüllung des ersten Grabens

mit dem Aushub des nächsten Graben.

Dadurch braucht nur der Aushub des ersten Graben zwischen gelagert 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 fl ächiger Erdabtrag zur Kollektorverlegung sinnvoll sein, insbesondere dann, wenn aus bauseitigen Gründen umfangreiche Erdarbeiten im Bereich der Kollek-torverlegefl äche notwendig sind und die entsprechenden Maschinen und der notwendige Platz für den Bodenaushub zur Verfügung stehen.

Für die fl ächige Verlegung von überbauten Horizontalkollektoren sind i. d. R. keine zusätzlichen Erdarbeiten erforderlich, hier können die Kollektoren häufi g direkt auf das vorhandene Planum verlegt

Verlegeart Heizkreis als Schnecke

Verlegeart Heizkreis als Mäander/Doppelmäander

Tichelmannverlegung mit Ausführung der Heizkreise als Rohrschlaufen

Verlege varianten für Horizontalkollektoren (Beispiele)

werden. Zur Fixierung der Rohr-leitungen werden zunächst Beweh-rungsmatten im Kollektorbereich verlegt. Darauf werden anschließend die Uponor PE-Xa Rohre mit Kabelbindern befestigt.

Fixierung der Rohrschlaufen auf Bewehrungs-matten

Verlegevarianten

Die Auswahl der Verlegevariante der Horitontalkollektoren richtet sich u. a. danach, ob eine Grabenverlegung oder eine fl ächige Verlegung vorgesehen ist. Bei Grabenverlegung bietet sich die Mäander- bzw. Doppelmäanderverlegung der Rohre oder der Anschluss der einzelnen Rohrschlaufen an eine Tichelmann-Zuleitung an. Für die fl ächige Verlegung empfi ehlt sich die Rohr-anordnung als Schnecke oder Mäander bzw. Doppelmäander.

Bettung der Kollektorrohre und Zuleitungen

Die Rohre in den Uponor Horizontal-kollektoren sowie die Zuleitungen bestehen aus robustem hochdruck-vernetztem Polyethylen (PE-Xa). Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften dieses Werkstoffs ermöglichen eine sandbettlose Verle-gung gemäß DVGW Regelwerk W400-2. Der Erdaushub kann i. d. R. direkt wieder als Verfüllmaterial verwendet werden, das spart Zeit und Zusatzkosten.

Verlegung und Installation



Abstände

Bei Horizontalkollektoren sollte der Abstand zu anderen Versorgungs-leitungen (Gas, Wasser, Wärme, Strom etc.), Gebäuden, Verkehrsfl ächen, Nachbargründstücken und Schwimmbädern mindestens 0,7 m betragen.

Hydraulische Anbindung

Je nach Verlegevariante können die Kollektorrohre entweder über eine Tichelmann-Zuleitung, als T-Stück Installation oder in Einzel-anbindung über den Uponor Geothermieverteian die Gebäude-technik angeschlossen werden.

Die Verlegung der Rohrschlaufen hat mit minimaler Steigung zum Verteiler zu erfolgen, damit eine Entlüftung des Horizontal kollek-tors ermöglicht wird.

Anschluss der Kollektor-Zuleitungen an den zentralen Geothermieverteiler

Alle Verteiler und Armaturen sollten außerhalb der Gebäude regenwassergeschützt in zugängli-chen Schächten installiert werden. Der Uponor Geothermieverteiler bietet die Möglichkeit, die einzelnen Kollektorkreise abzusperren und untereinander hydraulisch abzu-gleichen.

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

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

Hydraulische Einregulierung

Zum energieoptimierten Betrieb der Sole-Umwälzpumpen sowie zur gleichmäßigen Flächenauslastung ist eine detailierte Druckverlust-berechnung sowie ggf. ein hydrauli-scher Abgleich der einzelnen Rohrleitungsabschnitte notwendig.

Druckprüfung

Nach Fertigstellung der Installation ist das Leitungsnetz einer Druck prü-fung zu unterziehen. Die Druck-prüfung kann mit Wasser, oder bei Frostgefahr, mit Druckluft oder inerten Gasen erfolgen. Die Druck-prüfung 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.

Bettung des Horizontalkollektors nach VDI 4640

Versorgungs-leitung

Trassenwarnband30 - 40 cm über Rohr

50 – 80 cm Rohrabstand (1,2 - 1,5 m bei da 40 mm)

Bet

tung

:PE

-Xa

kein

San

dbet

t no

twen

dig

PE10

0 ca

. 30

cm S

and

min

. 70

cm 120

- 15

0 cm

Hauptverfüllung einschl.Straßenkonstruktion

PE-Xa Rohrdimension [mm]

Innendurchmesser [mm]

Wasservolumen [l/m]

25 x 2,3 20,4 0,327

32 x 2,9 26,2 0,539

40 x 3,7 32,6 0,835

Wasservolumen pro Meter für Horizontalkollektoren



Schematische Darstellung Erdwärmekorbanlage

Der Erdwärmekorb stellt eine Sonderbauform der horizontalen Erdwärmekollektoren dar. Die run-de und nach unten hin konisch zulaufende Bauform des Uponor Erdwärmekorbes ermöglicht, trotz einer relativ geringen Grundfl äche, die Nutzung eines großen Erdreich-volumens.

Erd wärmekörbe kommen zum Ein-satz, wenn Tiefenbohrun gen oder -gründungen aus wasserrechtlicher Rahmenbedingungen bzw. aus hydrologischen Gründen nicht mög- lich sind oder die zur Ver fügung stehende Freifläche zu gering ist. Der Erdwärmekorb stellt eine wirtschaftliche und energetisch höchst effektive Alternative im Bereich der oberfl ächennahen Geothermie dar.


Ihr Plus

Wirtschaftlich und erner-getisch effektive Form der Geothermie

Ideale Lösung für Ein- und Mehrfamilienhäuser so-wie kleine Gewerbe- und Industriean wendungen

Geringe Grundfl äche bei gleichzeitig großer Nutzung des Erdreichvolumens

Gleichmäßiger Wärmeentzug Geringe Einbautiefe ohne

Effekt auf den Wasserhaushalt

Die Uponor Erdwärmekörbe sind die ideale Lösung für Ein- und Mehrfa-milienhäuser sowie kleinere Gewer-be- und Industrieanwen dungen. Der bevorzugte Einsatz liegt im Leis-tungsbereich 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 Erdreichtempera-turen zur passiven Kühlung, auch Free Cooling genannt, genutzt wer-den. Hierbei läuft in der Regel nur

die Soleumwälzpumpe der Wärme-pumpe. 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 Energie-balance im Untergrund und gewähr-leistet 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.

Uponor Erdwärmekörbe

Uponor Geothermie > Uponor Erdwärmekörbe


Planungsgrundlagen

Funktionsprinzip

Die Uponor Erdwärmekörbe sind für den Einsatz in einer Tiefe von 1 bis 4 Metern ausgelegt und befi n-den 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 Erd-kern. 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 Erdoberfl äche sowie die thermische Speicherfähigkeit des Erdreichs für die Leistungsfähigkeit von ent-scheidender Bedeutung. Dabei besteht ein unmittelbarer Zusam-menhang 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.

Bodentypen und Wassergehalt

Die Leistungsfähigkeit eines Erdwär-mekorbes hängt im Wesent lichen vom Wassergehalt des umgebenden Erdreichs ab. Darüber hinaus ver-bessert Wasser im Erdreich auch die Wärmeleit fähigkeit, wodurch die gespeicherte Wärme aus tieferen Erdschichten und die Sonnenenergie von der Erdoberfl äche leichter zu den Körben strömen können.

Durchfrostung

Durch die großvolumige konische Form der Uponor Erdwärmekörbe wird eine vergrößerte Wärmetau-scher-Oberfl äche zur Aufnahme von Erdwärme geschaffen und das Inhaltsvolumen für das Wärmeträ-germedium, die Sole, maximiert. Dadurch kann dem Erdreich die Wärmeenergie gleichmäßiger entzo-gen und die Durchfrostungsgefahr minimiert werden.

Einfl uss auf die Vegetation

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

Tief

e im

Bod

en [

m]

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

0 205 10 1520

0

15

10

5



Uponor Erdwärmekörbe Einbautiefe: 1 bis 4 m

Rechtliche Hinweise

Für alle Erdwärmekorbanlagen sind die länderspezifi schen 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.



Für die Auslegung einer Erdwärme-korbanlage müssen nachfolgende Aspekte berücksichtigt bzw. bekannt sein:

Erdreichbeschaffenheit

Unabdingbar für die richtige Dimen-sionierung der Erdwärmekorbanlage ist die konkrete Bestimmung der Bodenart und Erdreichfeuchte.

Wärmenutzung, Systemtempe-raturen

Das Wärmenutzungssystem mit den entsprechenden Systemtemperatu-ren hat erheblichen Einfl uss auf die Effi zienz der Erdwärmekorbanlage. Um eine höchst mögliche Effi zienz des Systems im Heizfall sicherzu-stellen, sollte die Vorlauftemperatur so niedrig wie möglich gewählt werden.

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.

Wärmepumpen

Die Auswahl der benötigten Wärme-pumpe muss durch den Hersteller bzw. Fachhandwerker erfolgen. Die-ser bestimmt anhand der Heizlast, den Systemtemperaturen, des Anwendungszwecks und der Lauf-zeit das jeweilige Wärmepumpen-model. Hieraus ergibt sich die erfor-derliche Kälte- bzw. Entzugsleis-tung. Die passende Wärmepumpe fi nden Sie bei www.stiebel-eltron.de

Entzugsleistungen

Aufgrund von Erfahrungswerten wurden nachstehende Anhaltswerte für die Auslegung der Uponor Erd-wärmekörbe in Kombination mit unterschiedlichen Bodentypen ermittelt. Sollte auf der Baustelle der Boden nicht eindeutig klassifi -ziert werden können, ist das Erd-reich durch einen Geologen zu ana-lysieren.

Zusätzlich zu der Bodenbeschaffen-heit beeinfl usst die geografi sche Lage (Klimazone gem. DIN 4710) die Entzugsleistung durch unter-schiedliche Durchschnittstempera-turen, Temperaturschwankungen und Regenmengen. Diese Aspekte sind bei der Auslegung der Uponor Erdwärmekörbe ebenfalls zu berücksichtigen.

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

Spezifische Entzugsleistung Uponor Erdwärmekorb 32(Anhaltswert)

Trockener, nicht bindiger Boden (Sand/Kies)

Trockener, bindiger Boden (Ton/Schluff)

Feuchter, bindiger Boden (Ton/Schluff)

2000600 1000 1200800 1400 1600 18004000 200

Wassergesättigter Sand/Kies

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

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

2000600 1000 1200800 1400 1600 18004000 200

Auslegung von Erdwärmekörben



Allgemein

Im Grundstücks- bzw. Lageplan müssen die Eintragung von Bäu-men, Leitungen (Wasser, Telefon, Abwasser usw.) berücksichtigt werden. Nur so können im Vorfeld evtl. Unwägbarkeiten geklärt und die genaue Anordnung der Erd-wärmekörbe 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.

Abstände

Folgende Abstände sind einzu-halten: Der Abstand zu Fundamenten, Nachbargrundstücken, Verkehrs-fl ächen, 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.

Verlegeabstände Uponor Geothermie Erdwärmekörbe

Technische Daten Erdwärmekorb 32 Erdwärmekorb 32 XL

Rohrmeter 150 m 200 m

Durchmesser oben (a) 2,4 m 2,4 m

Durchmesser unten (b) 1,4 m 1,4 m

Höhe (c) 2,0 m 2,7 m

Rohrabstände 114 mm 114 mm

Korbvolumen 6,1 m³ 8,1 m³

Solevolumen 84 ltr. 108 ltr.

Fixierung Rohr PU-Schaumleiste mit Fixierband

Anschluss Einzeln am Verteiler Einzeln am Verteiler

Integrierte Anschlussleitung für Vor- und Rücklauf

20 m 25 m

a

b

c

2,0 m 2,4 m 2,0 m 2,0 m 2,4 m 2,0 m

Erdwärme-korb

Erdwärme-korb

Erdwärme-korb

Lageplan (Beispielskizze) für die Verlegung der Uponor Erdwärmekörbe

Verlegung und Installation



Einbau eines Uponor Erdwärmekorbes mit Hilfe eines Baggers

Einbau

Uponor Erdwärmekörbe werden in der Regel in einer Tiefe von 1 bis 4 Metern installiert. Die Einbauzeit beträgt ca. 1 Stunde pro kW Heiz-leistung, d.h. bei einem Einfamilien-haus mit 6 kW ist mit ca. 1 Arbeitstag zu kalkulieren.

Die Anlieferung der Uponor Erd-wärmekörbe 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.

Die Rohre in den Uponor Erdwärme-körbe sowie die Zuleitungen bestehen aus robustem hochdruck-vernetztem Polyethylen (PE-Xa). Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften dieses Werkstoffs ermöglichen eine sandbettlose Verle-gung 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 Erdwärme-korbgrube eingeschlämmt wird. Um spätere Setzungen zu vermeiden, sollte die Einbaustelle nach der Verfüllung fachgerecht verdichtet werden.

ca. 2,5 m

2 m

(Upo

nor E

rdw

ärm

ekor

b 32

)2,

7 m

(Upo

nor E

rdw

ärm

ekor

b XL

32)

0,70

- 1

,20

m

Trassenwarnband 30 - 40 cm über Korb

Bettung des Uponor Erdwärmekorbes



Einbauschritte

Der Einbau des Uponor Erdwärme-korbes sollte nach folgenden Schrit-ten vorgenommen werden:1. Erdreichaushub2. Setzen der Uponor Erdwärme-

körbe und Wiederverfüllung3. Verteileranbindung4. Druckprüfung5. Anlagenbefüllung mit Sole6. Abnahme und Dokumentation

der Erdwärmekorbanlage

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

Positionierung der AnbindeleitungenLösen der Anbindeleitungen Fixierung der Rücklaufl eitung

Fixierung der Vorlaufl eitung Aushub der Einbaugrube Einbringen des Erdwärmekorbes

Einschlämmen des Füllmaterials Wiederverfüllung des Uponor Erdwärmekorbes Fertig installierter und verdichteter Erdwärme-korb

In den meisten Regionen liegt diese bei 0,7 – 1,2 m unterhalb der Erdoberfl äche. 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.

Bevor der Erdwärmekorb in die Grube eingelassen werden kann, sollten einige zusätzlich vorbe-reitende Arbeitsgänge getätigt wer-den. Die im Erdwärmekorb integ-rierte Anbindeleitung muss aus dem Inneren des Erdwärmekorbes gezo-gen und mit Hilfe von Kabelbindern an den Rohrwindungen befestigt werden. Durch diesen Arbeitsschritt wird der „Drall“ aus der Anbinde-leitung genommen. Die spätere

Verlegung im Anbindegraben wird hierdurch erleichtert. Um eine gleichmäßige hydraulische Anbin-dung der einzelnen Körbe am Ver-teiler zu gewährleisten, werden daher die Anschlussleitungen nicht gekürzt!

Nun wird der Erdwärmekorb mit Hilfe eines geeigneten Geräts (Bagger) in die Erdwärmekorbgrube eingelas-sen und mit dem vorher ausgehobe-nen Erdreich verfüllt. Wichtig hierbei ist die Einschlämmung mit ausrei-chend Wasser. Die übrigen Erdwär-mekörbe werden nach dem gleichen Prinzip gesetzt. Es ist darauf zu achten, dass die im Vorfeld geplan-ten Mindest abstände der Erdwär-mekörbe untereinander eingehalten werden.




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

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 über-schreiten. Bei der Verteileran-bindung kann mit Hilfe der Durch-fl ussmesser am Uponor Geo-thermieverteiler ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden. Auch ist dem Fall eine Einzelab-sperrung der Körbe möglich.

Druckprüfung

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

Befüllung

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

Die benötigte Solemenge für den Erdwärmekorb ist den technischen Daten zu entnehmen. Für die Befül-lung sind an geeigneter Stelle entsprechende Füll- und Entlee-rungseinrichtungen vorzusehen.

Wichtig

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



Wasservolumen [l/m]

32 x 2,9 26,2 0,539

Wasservolumen pro Rohrmeter

Uponor Erd-wärme-korb

Uponor Erdwär-mekorb XL

Solevolumen gesamt

84 l 108 l

Mischungsver-hältnis

3:1 3:1

> Frostschutz- mittel

21 l 27 l

> Wasser 64 l 81 l

Sole-Mischverhältnis und Volu-menanteile für Uponor Erdwär-mekörbe

Dokumentation

Nach Fertigstellung des Uponor Erdwärmekorbfeldes ist zu empfeh-len, dass die tatsächliche Lage der Erdwärmekörbe im Lageplan einge-zeichnet und nach Strangnummern gekennzeichnet wird. Diese Doku-mentation dient der Zuordnungs-

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




Bei der Errichtung von Bauwerken auf nicht tragfähigen Erdreich sind spezielle Gründungsmaßnahmen erforderlich. Zur Lastabtragung kommen häufi g s. g. Gründungspfähle aus Beton zum Einsatz. Diese werden unterhalb der Bodenplatte oder den Fundamenten bis ins tiefere tragende Erdreich einge-bracht. Hier bietet es sich an, diese mittels einem integrierten Rohrwärme-tauscher aus Uponor Geothermie PE-Xa Rohren zur geothermischen Nutzung in den Heiz- und Kühlbe-trieb eines Gebäudes einzubinden.

Je nach Anlagenkonzept können Energiepfähle zur Kompensation von Grund-, Teil- oder Spitzenlasten eingesetzt werden.

Anwendungsbeschreibung

Je nach Innendurchmesser der Körbe werden die Uponor Geothermie PE-Xa Rohre nebeneinander oder, bei kleineren Korb-Innendurchmessern, über Kreuz mit Kabelbindern fi xiert. Vor dem Betonieren der Pfähle werden die offenen Rohrenden zum Schutz vor Schmutzeintrag verschlossen und im Bereich ober- und unterhalb des späteren Installationsniveaus mit einer Rohr-schutzdämmung 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 Schweiß-Y-Stücke entweder einzeln, oder zu Gruppen zusammengefasst, an eine Tichelmann-Zuleitung oder direkt an den Uponor Geothermie-verteiler angeschlossen. Im Anschluss an die Verlegung werden alle Rohrleitungen mit einer Sole-

Mischung befüllt, entlüftet und einer Druck- und Funktionsprüfung unterzogen.

Neben Gründungspfählen können häufi g auch Schlitzwände als Wärmetauscher im Erdreich aktiviert werden. Dies kann energetisch besonders ergiebig sein, da diese in der Regel eine relativ große Ober-fl äche und Grundwasserkontakt haben.


Schematische Darstellung einer Energiepfahlanlage

Vorteile

Sehr geringe zusätzlichen Investitionskosten bei geplanten Pfahlgründungen

Grundlastfähig Einsetzbar bei allen Tiefen-

gründungen Ideale Lösung für Woh-

nungsbau und Nicht-Woh-nungsbau

Energiepfahl mit parallelen PE-Xa Rohrschlaufen

Anordnung der PE-Xa Rohr-schlaufen über Kreuz

Spiralförmige Anordnung der PE-Xa Rohrschlaufen

Uponor Energiepfähle

Uponor Geothermie > Uponor Energiepfähle


Allgemein

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

Betriebsweise

Eine Energiepfahlanlage sollte mög-lichst als Wechselspeicher (saisonal wechselnder Heiz- und Kühl betrieb) betrieben werden. Dadurch wird eine optimale spezifi sche Entzugs-leistung sowohl für die Wärme- als auch für die Kältegewinnung erreicht. Das Temperaturregime der Energie-pfahlanlage kann nachhaltig stabil gestaltet werden. Bei langjährig nahezu ausgeglichener Wärmebilanz ist die gegenseitige thermische Beeinfl ussung von benachbarten Energiepfählen zueinander minimiert.

Erfahrungsgemäß ist bei mittleren und großen Energiepfahlanlagen der Grundlastbetrieb der wirtschaft-lichste. Dabei ist ein optimales Verhältnis von Leistung und Arbeit im Rahmen der Bemessung anzustreben und festzulegen.

Zur Kompensation der Spitzenheiz- und -kühllasten des Gebäudes sowie zur Warmwasserbereitung können ggf. zusätzliche (geo-thermische) Energiequellen erforderlich sein.

Statik

Grundsätzlich ist bei der Einbringung von Wärmetauscherrohren in den Beton-Gründungspfahl die geplante Anordnung der Wärmetauscher-rohre vom Tragwerksplaner zu prüfen und freizugeben. Um die Trag-fähigkeit eines Energiepfahls auch im Betrieb nicht zu beeinträchti-gen, muss dieser vor Frostschäden durch eine sichere untere Tempera-turbegrenzug der Wärmeträgerfl üs-sigkeit (Sole) geschützt werden.

Regenerierung des Erdreichs durch alternierende Heizen/Kühlen Betriebsweise

Tief

e im

Bod

en [m

]

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

0 205 10 1520

0

15

10

5



Uponor Energiepfahl Einbautiefe: ca. 10 - 30 m

Rechtliche Grundlagen

Für alle Energiepfahlanlagen sind die länderspezifi schen Vorschriften wie die VDI 4640 und Wasserhaushalts-gesetz (D), SIA D 0190, SIA D 0179 und BAFU-Vollzugs-richtlinie (CH) österreichi-sche Wasserrechtsgesetz, Gewerbeordnung und Bau-ordnung (A) und zu beach-ten.

Energiepfähle: Thermische Nutzung des Untergrundes

AusgangslageTemperatur des Untergrundes ca. 8 – 12°C

SommerGebäudekühlungUntergrund dient als Wärmesenke

HerbstWärmespeicherung

im Untergrundbei ca. 12 – 16°C

WinterGebäudeheizungUntergrund dient als Wärmequelle

FrühlingKältespeicherung

im Untergrundbei ca. 4 – v8°C

Planungsgrundlagen



Die Dimensionierung von Energie-pfählen ist u. a. vom Leistungsbedarf, der Betriebsweise der Wärmepumpe, der Erdreichbeschaffenheit sowie der Anzahl, Anordnung, Länge, Durch messer und Materialbeschaf-fenheit der thermisch aktivierten Gründungpfähle abhängig. Hierbei ist der thermische Widerstand vom umgebenden Erdreich bis zum Wärme trägermedium in den Rohren rechnerisch zu berücksichtigen.

Thermischer Widerstand

Je geringer der thermische Widerstand R

E des Energiepfahls,

desto besser ist die Wärme-übertragung. Entscheidende Kriterien für den thermischen Widerstand sind der Bohrpfahldurchmesser, die Wärmeleitfähigkeit des Pfahl-materials und die Art des Energie-pfahls. Der thermische Widerstand des Energiepfahls R

E setzt sich aus

den Übergangswiderständen einzel-ner Elemente sowie den spezifi schen Materialwiderständen zusammen.

setzt jedoch die Kenntnis über die effektive thermische Leitfähigkeit des Untergrunds über die gesamte Bohrlochlänge voraus. Diese Infor-mation wird in der Praxis durch den Thermal Response Test (TRT) direkt vor Ort am Standort ermittelt.

Thermal Response TestDer 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 Einfl uss eines mögli-chen vorhandenen Grundwasser-fl usses dar.

Gewerkübergreifende Fachplanung

Aufgrund der komplexen geolo-gischen und hydrogeologischen Zusammenhänge der Energiepfahl-dimensionierung und der erforder-lichen Abstimmung auf die Heiz- und Kühlanforderungen des Gebäudes sind Planung, Simulation und Aus-führung von Energiepfahlan lagen nur von Fachunternehmen durchzu-führen.

Kollektor-Rohrlängen

Die erforderliche Länge der Kollek-turrohre L in den Energiepfählen richtet sich nach der spezifi schen Entzugsleistung q

E des Untergrunds

und der Kälteleistung QO der Sole/

Wasser-Wärmepumpe.

Untergrund Spezifi sche Entzugsleistung qE pro m

Pfahltiefe für Heizleistungen bis 30 kW

1800 h/a 2400 h/a

Schlechter Untergrund, trockenes Sediment

25 W/m 20 W/m

Normales Festgestein Untergrund und wasser gesättigtes Sediment

60 W/m 50 W/m

Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit

84 W/m 70 W/m

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

Quelle VDI 4640

Spezifi sche Entzugsleistung qE

pro Meter Pfahltiefe

Auslegung von Energiepfählen


Rc Wärmeübergangskoeffi zient Wärmeträgermedium/Rohr

RS Wärmeübergangskoeffi zient Rohrschleifen

RP Wärmeübergangskoeffi zient Pfahlmaterial

RE = R

c + R

R + R

P[W/(m²K)]

Die Kälteleistung entspricht dem aus der Umgebung entzogenen Leistungsanteil der Wärmepumpe und stellt die Differenz der Heiz-leistung Q

H und der elektrischen

Leistungsaufnahme Pel dar.

Bodenbeschaffenheit

Für die Auslegung einer Energie-pfahlanlage 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 Energiepfahl anlagen mit ent-sprechenden Simulationsprogrammen

L = Q

O

qE

[m]

QO = Q

H – P

el [W]


Bohrverfahren

Die Bohrlöcher für die Energiepfähle können nach unterschiedlichen Ver-fahren hergestellt werden. Die gän-gigsten Verfahren sind nachfolgend genannt. Kelly-Verfahren Kelly-Verfahren mit Fuß -

auf weitung SOB-Verfahren DKS-Verfahren VDW-Verfahren

Einbau der PE-Xa Rohre

Energiepfähle werden meist im Ort-betonverfahren fertiggestellt. Zunächst wird, häufi g 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 Fertigungs-schritt 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

Körbe einzubauen. Beim Einbau der Rohre sind, besonders bei kleinen Pfahldurchmessern, die minimal zulässigen Biegeradien der Uponor Geothermie PE-Xa Rohre zu beach-ten. Bei engen Biegeradien ist die Verwendung von Uponor Flipfl ex Rohrführungsbögen oder von Uponor Geothermie Schweiß- U-Bögen zu empfehlen. Die Anzahl der einzubringenden Rohrschlaufen richtet sich nach dem Durchmesser des Armierungskor-bes. Richtwerte sind:

Durchmes-ser Pfahl

Anzahl von vertikalen Rohren

20 – 70 cm 4 – 6 U-Bogen oder mit angeschweißten U-Bogen im Fußbe-reich

75 – 80 cm 4 – 6 mit Omega-bogen im Fußbereich

90 – 120 cm 6 – 8

130 – 180 cm 8 – 12

Fixierung der Rohrschlaufen

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

Bei unterschiedlichen Bauniveaus sind die Rohrenden am Pfahlkopf z.B. mit Schutzrohren oder Rohriso-lierung 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 Energie-pfahls mit einer Uponor Abdrück-garnitur und Absperreinrichtungen zu versehen. Anschießend sind die Kollektorrohre mit 2 bar Prüfdruck zu beaufschlagen, der während des Betonierens aufrecht zu halten ist.

1

2

3

0

24 6

8

10bar

p = 2 bar

p = 2 bar p < 2 bar p << 2 bar

Uponor Abdrück-garnitur Dim 20 / Dim 25

Durchführung der Druckprobe

Erstellung




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 hori-zontalen Leitungen angebunden, dass sich keine Luftsäcke in diesem Bereich bilden können.

Bei Bedarf können die Vor- und Rückläufe der einzelnen Energie-pfähle 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 zwi-schen den Vor- und Rückläufen zu bewirken. Idealerweise sollte die Rücklaufanbindungen als (vor)gedämmte Rohrvariante z.B. mit Uponor Ecofl ex Thermo Mini ausge-führt werden.

Für den Anschluss an eine Tichel-mann-Zuleitung müssen alle Ener-giepfähle und inkl. Anbindeleitun-

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

Anbindung der Energiepfähle mit Uponor Geothermie PE-Xa Rohren

Einzelne Energiepfähle können auch direkt an den Uponor Geo-thermieverteiler angeschlossen und über die integrierten Duchfl ussmes-ser hydraulisch untereinander abge-glichen werden. Zudem bietet der Verteiler die Möglichkeit der Einzel-absperrung einzelner Energiekörbe. Die Anbindeleitun gen zum Verteiler sind mit minimaler Steigung zu

verlegen um eine optimale Entlüf-tung zu ermöglichen.

Alle Verteiler und Armaturen sollten außerhalb der Gebäude regen-wassergeschützt in zugänglichen Schächten installiert werden. Die Anbindeleitungen sind span-nungs frei an die Verteiler anzu-schließen.

Bei der Dimensionierung der Anbindeleitungen der Energiepfäh-le ist auf geringe Druckverluste unter Berückichtigung der höheren Viskosität der Sole gegenüber Was-ser zu achten, da eine hohe Pum-penarbeit die Jahresarbeitszahl β der Wärmepumpenanlage verringert. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Zuleitungen sollte maximal 1 m/s betragen. Die Strömungs-geschwindigkeit in den Energie-pfählen sollte turbulent sein, da turbulente Strömung den Wärme-übergang vom Rohr auf die Sole verbessert.

Bettung der Anbindeleitungen. Vorlauf ungedämmt – Rücklauf gedämmt.

Versorgungs-leitung

Trassenwarnband30 - 40 cm über Rohr

Bett

ung

min

. 30

cm. S

and,

be

i vor

gedä

mm

ten

Rohr

syst

emen

PE

-Xa

ohne

San

dbet

t mög

lich

min

. 70

cm

120

- 15

0 cm

Hauptverfüllung einschl.Straßenkonstruktion

Uponor Ecofl ex Thermo Mini



Einbringen und Betonieren

Nach erfolgter Druckprobe und deren Dokumentation wird der frei-gegebene Wärmetauscher mit dem umschließenden Armierungskorb in das zuvor erstellte Bohrloch abge-lassen. Um ein Beschädigen der Kollektorrohre zu verhindern, ist der Pfahl mit einem Verfüllrohr zu beto-nieren (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 Tief-bauer zu erfolgen. Während des Betonierens bis zum Aushärten des Betons wird der Prüfdruck in der Rohren permanent aufrecht erhal-ten und am angeschlossenen Mano-meter kontrolliert.

Grundsätzlich ist die beschriebene Vorgehensweise auch bei Schlitz-wänden anwendbar.

Druckprüfung

Nach Fertigstellung der Installation ist das Leitungsnetz einer Druck prü-fung zu unterziehen. Die Druck-prüfung kann mit Wasser, oder bei Frostgefahr, mit Druckluft oder



Wasservolumen [l/m]

20 x 2,0 16,0 0,201

25 x 2,3 20,4 0,327

32 x 2,9 26,2 0,539

40 x 3,7 32,6 0,835

50 x 4,6 40,8 1,307

63 x 5,8 51,4 2,075

75 x 6,8 61,4 2,961

90 x 8,2 73,6 4,254

110 x 10,0 90,0 6,362

125 x 11,4 102,2 8,203

Wasservolumen pro Rohrdimension

Wichtig

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

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

Abdrücken der einzelnen Energiepfahl-installationen

Befüllung

Das Geothermie-Rohrleitungsnetz muss mit einer Frostschutzlösung gemäß VDI 4640 bis mindestens -15°C befüllt werden. Dies ent-spricht 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 Entlee-rungseinrichtungen vorzusehen.

Einbringen der Armierungskörbe Betoniervorgang der Ortbetonpfähle



Mit ihrer Langlebigkeit und der enormen Robustheit bieten Uponor PE-Xa Rohre ein hervorragendes Preis-/Leistungsverhältnis. Die Ent-scheidung für diese Rohre bieten Planern, Verarbeitern und Nutzern eine für Jahrzehnte unübertroffene Sicherheit.

Herstellung

Bei der Herstellung von Uponor PE-Xa Rohren werden Polyethylen-moleküle in einem patentierten Ver-fahren zu einem hochdichten dreidi-mensionalen Netzwerk verbunden. Durch diese Vernetzung erhält das Rohr herausragende thermische und mechanische Eigenschaften, die es zur ersten Wahl für als Kollektorrohr in Horizontalkollektoren, Energie-pfählen und Geothermie-Anbin-desystemen macht.

Der Memory-Effekt

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.

Rückformen von Knicken mit Heißluft

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 aufgewei-tet, 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 Polyethy-len PE-Xa verhindert ein Entschlaufen unter Belastung

Entschlaufen der Molekühlkette unter Belas-tung bei unvernetztem Polyethylen

Sandbettfreie Verlegung von Uponor Geothermie PE-Xa Rohren

UV-Stabilität

Bei der Verlegung sind Rohrleitungen in geothermischen Anwendungen u. U. längerer Zeit der direkten Son-neneinstrahlung 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 kosten-intensiv 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 entfal-len. Das spart Zeit und Geld.

Uponor Geothermie PE-Xa Rohr

PE-Xa – der robuste Rohrwerkstoff für Uponor Geothermiesysteme

Uponor Geothermie Anbindesysteme

Uponor Geothermie > Uponor Geothermie Anbindesysteme


Uponor Geothermie PE-Xa erhält bei den vier wichtigs-ten Prüfungen nur die besten Ergebnisse:

Langsame Rissfortpfl an-zung: Versuch ohne Ergebnis abgebrochen (bei 14.300 h)

Schnelle Rissfortpfl an-zung: S4-Test zeigte keinerlei Rissfortpfl anzung

Zeitstandfestigkeit: 30 Jahre echte Prüfzeit ergibt eine Lebens dauer von weit über 100 Jahren

Verhalten bei Punktlast: keine Beeinträchtigung, zuge lassen für sandbett-freie Verle gung nach DVGW W400-2

pi

Ft Ft

Fr Fr

Fr Ft Ft Fr+ +

1 2

+

=

1

2

3

Die Folge:

pi

Tangentialspannunginfolge des Innendrucks

Randfaserspannunginfolge der Punktlast

Überlagerung der Spannungen an der inneren Rohrwand

Langsame Rissfortpflan-zung von innen nach außen als typische Schadensursache bei herkömmlichen, unvernetzten Polyethylenrohren

Erdreich

Punktlast

Rohrwandung

hPE 80 PE 100

Umgerechnetauf 80 °C

Versuch bei 95 °C ohne Bruch beendet

Bruch

Bruch

80.000

70.000

60.000

50.000

40.000

30.000

20.000

10.000

0

PE-Xa

PE-Xa

FNCT – σ = 4 N/mm · Standzeit bei υ = 80 °C

Geprüft für die Praxis

Im rauen Baustellenbetrieb sowie bei der sandbettfreien Verlegung sind Kunststoffrohre sehr hohen mechanischen Belastungen ausge-setzt. Auf die Rohre wirken dabei Randfaserspannungen durch äuße-re Punktlasten, z.B. durch Steine und Scherben, und die vom Innen-druck 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.

Bei Uponor Geothermie PE-Xa Roh-ren können unter Praxisbedingun-gen, dank der besonderen Vernet-zung, keine Risse entstehen und sich somit auch nicht im Material fortsetzen. Dieser entscheidende Materialvorteil wurde in unabhängi-gen Prüfungen (S4, Notch,FNC-Test) bestätigt. Ein wichtiges Krite-rium für die sandbettfreie Verlegung

ist die Untersuchung der Stand-festigkeit der Rohre im FNCT (Full Notch Creep-Test). In dem Test wird die Zugfestigkeit einer Mate-rialprobe bei erhöhten Temperatu-ren gemessen. Hierfür wird ein Versuchskörper umlaufend mit 10 % der Materialstärke einge-kerbt 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

Temperatur von 95°C nach 14.300 Stunden ohne Beschädigung abge-brochen. 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.

Aufgrund dieser hohen Beständig-keit gegen mechanische Belastun-gen sind Uponor PE-Xa Rohre im Besonderen für geothermische Anwendungen einsetzbar.

Rissbildungsmechanismus bei unvernetzten PE-Rohren

Standfestigkeitsnachweis durch den FNCT (Full Notch Creep-Test)



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

Volumenstrom

[l/h] [l/s] [kPa/m] [m/s] [kPa/m] [m/s] [kPa/m] [m/s] [kPa/m] [m/s] [kPa/m] [m/s]

36 0,01 0,004 0,050 0,001 0,031

72 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



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

Volumenstrom

[l/h] [l/s] [kPa/m] [m/s] [kPa/m] [m/s] [kPa/m] [m/s] [kPa/m] [m/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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Faktor 1,04 1,04 1,03 1,03 1,02 1,02 1,01 1,01 1,00 1,00



Die innovative Q&E Verbindungstechnik

Uponor PE-Xa Rohre (hochdruck-vernetzt nach dem Verfahren Engel) besitzen ein thermisches Gedächt-nis, den sogenannten Memory-Effekt. Daraus resultiert ein ausge-prägtes Rückstellvermögen, das wir für die Quick & Easy Verbindungs-technik gezielt nutzen. Wird ein Uponor PE-Xa-Rohr mit einem geeigneten Werkzeug aufgeweitet, will es sich binnen kurzer Zeit wie-der in seine Ursprungsform zurück-stellen. Der Rohrwerkstoff wird bei dieser Verbindung zum Dichtwerk-stoff. Er verbindet sich kraft- und

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 Siche-rungsring gemeinsam aufzuweiten. Hierzu wird eine Akku-Maschine oder Hydraulikgerät und Aufweit-köpfe für die unterschiedlichen Uponor PE-Xa Rohr-Typen und Dimensionen verwendet.

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

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

Für geothermische Anwendungen stehen das Uponor Quick & Easy Fittingsortiment aus PPSU zur Ver-fügung. Der Hochleistungskunst-stoff Polyphenylsulfon (PPSU) überzeugt mit hoher mechanischer Festigkeit und Temperaturbestän-digkeit.

Aufweiten des RohrendesAufstecken des Sicherungsringes Aufschieben des Rohrs auf den Fittingnippel

T-Stück Installation mit Uponor Q&E PPSU Fitting Uponor Q&E PPSU Fittings

Uponor Verbindungstechnik für die Geothermieanwendung


778778

Uponor Geothermie PE-Xa Rohre sind mittels Uponor Geothermie Heizwendel schweiß fittings schweißbar. Die Belastbarkeit der Verbindung mit den Y-Stücken, U-Bögen und Muffen aus PE 100 entspricht den zulässigen Betriebs-überdrücken nach DIN 8074 bei

Heizwendelschweißen

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

Gerade in der Geothermieanwen-dung kommt es auf eine zuverlässi-ge und unlösbare Q&E Rohrverbin-dung 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-Aufweitmaschi-ne M18 mit der entsprechenden

Praxisgerechte Q&E Aufweitwerkzeuge

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

Uponor Geothermie Schweiß-Fittingsortiment

Hydraulisches Uponor Q&E Aufweitwerk-zeug 250 (230V)

Elektroydraulisches Uponor Q&E Akku-Aufweitwerkeug M18




Gegenüber einteiligen Verteilern schafft der modulare Geothermie-verteiler G 1 1/2 aus glasfaserver-stärktem Polyamid von Uponor die Möglichkeit, mit nur drei Haupt-komponenten (Basic Kit, Verteiler-segment mit Bajonett Messingver-schraubungen und Halter Kit)

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

Technische Daten

Anschlussdimension G 1½

max. Betriebstemperatur 70 °C

max. Betriebsdruck 6 bar

max. Prüfdruck (24 h, ≤ 30°C) 10 bar

kvs-Wert Vorlauf-/Rücklaufventil 3,6 m3/h

Anzahl Kreise

L [mm]

2

310

3

410

4

510

5

610

6

710

7

810

8

910

9

1010

10

1110

55150

110

G1 1

/2

>370

>200

166100

≤ 400 ≤ 200

Verteilerabmessungen

Uponor Industrieverteiler Basic Kit

Uponor Geothermieverteiler Segmente mit Bajonett Anschluss

Uponor Geothermieverteiler Bajonett Mes-singverschraubungen

Uponor Flipex Rohrführungsbogen für die Rohrumlenkung zum Verteiler

779

Uponor Geothermieverteiler


780 U P O N O R G E B ÄU 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 G780

Die Wärme-/Kälteversorgung von Gebäuden verlangt ein Rohrsystem, das auch über große Entfernungen möglichst geringe Wärmeverluste verursacht und dabei einfach und fl exibel bei der Installation ist. Die fl exiblen, vorgedämmten Rohr-systeme von Uponor erfüllen genau diese Ansprüche. Als Komplett-system sind sie sowohl für die klas-sische „A-B“ Verlegung, z. B. zwi-schen Haupt- und Nebengebäuden, als auch für umfangreiche Nahwär-menetze hervorragend einsetzbar.

Die fl exiblen, vorgedämmten Uponor Ecofl ex 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 Netz-werk-Installation kann, auch bei schwierigsten Bedingungen, schnell und effi zient auf der Baustelle vorgenommen werden.

Das System beinhaltet ein umfas-sendes Produktprogramm für die Warm- und Kaltwasserversorgung. Die Materialeigenschaften gewähr-leisten eine lange Nutzungsdauer. Die fl exiblen Rohrsysteme haben ein geringes Gewicht und können einfach, schnell, auch um Ecken oder Hindernisse herum verlegt werden.

Das fl exible, vorgedämmte Ecofl ex Rohrsystem von Uponor ist somit als energiesparende Zuleitung in der Geothermieanwendung praktisch und multifunktional einsetzbar.

Detailierte Informationen zu dem System sowie zu den Anwendungs-möglichkeiten fi nden Sie im Kapitel „Versorgung” oder unter www.uponor.de

Ihr Plus

Komplettsystem für die Versorgung mit kaltem und warmem Wasser

Bewährte und geprüfte Kom-ponenten

Langjährige Erfahrung in der Herstellung von vorgedämm-ten Rohren, seit 1985 wurden über 30 Millionen Meter produziert

Vorgedämmte Uponor Ecofl ex Thermo Twin und Thermo Single Rohre

Raumseite

Gebäudeeinführung eines Uponor Ecofl ex Thermo Twin Rohres mit Upo-nor Faserzementrohr DWD und Uponor Mauerdurchführung DWD

780

Ecofl ex – das fl exible, vorgedämmte Rohrsystem für den Kalt- und

Warmwassertransport


U P O N O R G E B ÄU 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


Der innerhalb der Wärmepumpe ablaufende Kreisprozess wird aus vier Komponenten gebildet: dem Verdampfer, dem Verdichter, dem Verfl üssiger und dem Entspan-nungsventil. Träger für die Wärme-energie ist ein Kältemittel mit einem extrem niedrigen Siedepunkt.Im Verdampfer nimmt das Kältemit-tel 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 Verfl üssiger wird die Wärmeener-gie an den Heizungskreislauf abgegeben. Im Expansionsventil wird das Kältemittel entspannt, um danach den Kreislauf von Neu-em zu durchlaufen.

Wärmepumpen werden in folgende Typen eingeteilt: Luft/Wasser-Wärmepumpen Wasser/Wasser-Wärmepumpen Sole/Wasser-Wärmepumpen

Die Bezeichnung des Wärmepum-pen-Typs richtet sich danach, welches Medium die Wärme auf-nimmt (Wärmeträgermedium) und welches Medium die Wärme im Haus verteilt.

Nimmt Sole (Wasser/Glykol-Gemisch) über einen Erdkollektor die Wärme auf und gibt Wasser die Wärme z.B. über eine Fußboden-heizung wieder ab, dann spricht man von einer Sole/Wasser-Wärme-pumpe.

Wärmepumpen sind Kaltdampf-maschinen, mit deren Hilfe Niedertemperaturen-Umweltwärme bzw. -kälte zur Gebäudeheizung

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

Erdreich entzogen. Unter Einsatz elektrischer Energie wird die Tempe-ratur auf das gewünschte Niveau gebracht.

Verdichter

Verflüssiger

Verdampfer

Expansionsventil

Heiznetz

Funktionsprinzip Wärmepumpe

Für geothermische Anwendungen kommen Sole/Wasser-Wärme-pumpen zum Einsatz. Die Wärme-tauscher werden dabei mit einem Wasser/Glykol-Gemisch bzw. Sole durchströmt. Zur Beurteilung der Güte einer Wärmepumpenan lage wird die sogenannte Jahres-arbeitszahl β verwendet. Sie stellt

das Verhältnis zwischen der abge-gebenen 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 = W (nutzbare Wärmeenergie)W (zugeführte elektrische Leistung)

Wärmepumpen für die Geothermienutzung

Allgemein

Uponor Geothermie > Wärmepumpen für die Geothermienutzung


Wärmequelle Erdreich

Als Wärmequellen für Wärmepum-penanlagen können grundsätzlich Luft, Wasser und Erdreich zum Tra-gen kommen. Von geothermischer Nutzung spricht man, wenn als Wär-mequelle das Erdreich Verwendung fi ndet. Für das Maß der geothermi-schen Nutzung sind vor allem die Geologie, Hydrologie und die klima-tischen Verhältnisse und somit die Regenerationsfähigkeit des Erdreichs von entscheidender Bedeutung.

Geologie, Hydrologie und KlimaBöden haben üblicherweise einen Porenanteil zwischen 35 und 45 %. Sind diese mit Wasser anstatt mit Luft gefüllt, erhöht sich die Wärme-leitfähigkeit, die Dichte und die spezifi sche und latente Wärmekapa-zität des Bodens. Dies wirkt sich positiv auf die maximal mögliche Ent-zugsleistung eines Erdkollektors aus.

Der Wassergehalt eines Bodens hängt von den klimatischen Bedin-gungen, der Bepfl anzung, dem Grundwasserspiegel und der hydraulischen Eigenschaft (Kapil-larwirkung) des Erdreichs ab. Für den Wassergehalt des relevanten Bodens sind hauptsächlich die Effekte des kapillaren Wasserauf-stiegs vom Grundwasserspiegel und die Durchfeuchtung durch ver-sickerndes Niederschlagswasser maßgebend.

Energiebereitstellung mit Sole/Wasser- Wärmepumpen

Das Matrixpotential ΨM (Saug-

druck) 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 haupt-sächlich das Gravitationspotential Ψ

G (Staudruck) bzw. geodätische

Höhe über dem Grundwasserspie-gel sowie zu vernachlässigend das osmotische Potential, das Auf-lastpotential und das Druckpoten-tial entgegen. Im stationären Zustand gleichen sich beide Poten-tiale aus.

ΨGes

= ΨM + Ψ

G = 0 [Vol. %]

Volu

met

risc

her

Was

serg

ehal

t

Matrixpotential bzw. Höhe über Grundwasser [m]

Stationärer Wassergehalt in Abhängigkeit von der Höheüber den Grundwasserspiegel

0,1 1001010

0,5

0,2

0,3

0,35

0,45

0,4

0,15

0,1

0,05

0,25

SandLehm

Schluff

Schluffigtoniger Lehm

Ton

Übersicht Wärmepumpenanlagen

Wärmenutzungs-anlage

Wärmepumpe

Wärmequellen

Wärmeaustausch

Wasserdurchströmte Flächenheiz- und Kühlsysteme

Sole/WasserWärmepumpe

Wasser/WasserWärmepumpe

Luft/WasserWärmepumpe

Erdreich Wasser Luft

GrundwasserOberirdische Gewässer

AußenluftHorizontalkollektor,Erdwärmekorb,Energiepfahl,

Erdsonde



Neben der Höhe über dem Grund-wasser hat auch die durchschnitt-liche, über einem längeren Zeitraum im Boden versickernde Nieder-schlagswassermenge einen bedeu-tenden Einfl uss auf den Wasserge-halt des relevanten Bodens. Kurzfris-tige Schauer, die einen Oberfl ä-chenabfl uss verursachen, haben dabei kaum Einfl uss.

Je höher der Wassergehalt des Bodens, desto besser lässt der Boden Wasser versickern (hydraulische Leit-fähigkeit). Bei relativ gleichmäßigem Niederschlag über einen längeren Zeitraum steigt der Wassergehalt im Boden soweit an, bis das Nieder-schlagswasser aufgrund von Gravita-tion versickern kann.

Die pro Monat auf die Fläche be-zogene versickernde Wassermenge ergibt sich aus der Differenz zwi-schen der Niederschlagsmenge und Evapotranspiration (Verdunstung plus Transpiration der Pfl anzen).Die Eigenschaften des Bodens wäh-rend der Heizperiode werden haupt-sächlich durch die Monate Oktober

und November beeinfl usst. In diesen Monaten nehmen das Wachstum der Pfl anzen und die durchschnittliche Außentemperatur ab, somit sinkt die Verdunstungsrate.

Tatsächlich ist der Verlauf der Nieder -schlagsmenge nicht sehr stationär. Dies wird durch die Kapazität des Bodens und der vom Wassergehalt abhängigen hydraulischen Leitfähig-keit in den oberen Erdschichten so stark abgedämpft, dass sich in dem relevanten Boden nur langfristige Änderungen der Niederschlagsmen-gen auf den Wassergehalt auswir-ken. Damit stellt sich der Wasserge-halt 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 spezifi sche und latente Wärmekapazität begründet. Die Ermittlung dieser Eigenschafts-charakteristiken stellt sich aufgrund der vielen Varianzen als schwierig da und lässt sich am Bestem aus ent-sprechenden Referenzkatalogen für verschiedene klimatische Regio-nen entnehmen.

Information:

Die spezifi sche Wärmeleitfähigkeit λ [W/(K · m)] beschreibt das Vermögen eines Gesteins, thermische Energie mittels Wärmeleitung zu transportieren (konduktiver Wärmetransport). Sie ist eine tempera-turabhängige Materialkonstante.

Die spezifi sche Wärmekapazität cp [MJ/(m³ · K)] gibt jene Energie-

menge an, die man benötigt, um 1 m³ des Gesteins um 1 K zu erwär-men. Je größer sie ist, desto mehr Wärmeenergie kann das Gestein aufnehmen (speichern) und letzt endlich auch wieder abgeben.

Funktionsweise Heizen Kühlen

Aktiv Passiv / Free Cooling

Anlagengröße < 30 KW > 30 KW < 30 KW > 30 KW < 30 KW > 30 KW

Erdsonde ● ● ● ● ● ●

Horizontalkollektor ● ●● – – ● –

Erdwärmekorb ● ● ● – ● –

Energiepfahl ● ● ● ● ● ●

Auswahlmatrix geothermischer Nutzungssysteme in Abhängigkeit von der Betriebsweise und Anlagengröße

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



Gesteinstyp Wärmeleitfähigkeit in W/(m · K) Volumenbez. spez. Wärmekapazität in MJ/(m³ · K)

Dichte in 10² kg/m³Empfohlener

Rechenwert

Lock

erge

stei

ne

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

Sedi

men

täre

Fes

tges

tein

e

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

Mag

mat

isch

e Fe

stge

stei

ne

Tuff 1,1 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

Met

ham

orph

e Fe

stge

stei

ne

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

mittel bis hoch metamorph

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

And

ere

Stof

fe

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 0,0012

Stahl 60 3,12 7,8

Wasser (+10°C) 0,56 4,15 0,999

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.

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

Quelle VDI 4640



Grundwasser mit seiner hohen Wär-mekapazität von 4.190 J/kgK bei 10°C spielt eine wichtige Rolle für die Entzugsleistung der geothermi-schen Anlage. Bei der hydraulischen Leitfähigkeit wird der Untergrund

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

aus Locker- oder Festgestein nach Poren- und Trennfugendurchlässig-keit unterschieden. Bei Lockerge-stein (Porengrundwasserleiter) ist vor allem die Korngröße und Kornver-teilung und bei Festgestein die

ren in den oberen 15 m entspre-chend untenstehenden Abbildung dar. Im Winter liegen die Außen-temperaturen in der Nähe des

Lockergesteine Durchlässigkeitsbeiwert kf

m/sBewertung der Durchlässigkeit

Reiner Kies über 10-2 sehr stark durchlässig

Sandiger Kies, Mittel-/Grobsand

über 10-4 bis 10-2 stark durchlässig

Feinsand, schluffi ger Sand über 10-6 bis 10-4 durchlässig

Schluff, toniger Schluff 10-8 bis 10-6 schwach durchlässig

Ton, schluffi ger Ton unter 10-8 sehr schwach durchlässig

Anhaltswerte für die Durch-lässigkeit von Lockergestein

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

Aus diesem Jahresverlauf der ober-fl ächennahen Bodentemperaturen wird ersichtlich, dass Erdwärme eine immer funktionierende bzw. kons-tante Energiequelle darstellt.

Häufi gkeit und Öffnungsweite der Trennfugen entscheidend für die hydraulische Leitfähigkeit. Die unten aufgeführte Tabelle enthält Anhalts-werte für die Durchlässigkeit von Lockergestein.

Quelle VDI 4640

Tief

e im

Bod

en [

m]

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

0 205 10 1520

0

15

10

5




786

Ein ganzheitlich optimiertes Energie-konzept setzt großes Know-how in den Bereichen Wärmeerzeugung, -verteilung und -übergabe voraus. Deshalb arbeitet Uponor, insbeson-dere im niedrigen und mittleren Leistungsbereich eng mit STIEBEL ELTRON als kompetentem Hersteller von hochwertigen Wärmepumpen zusammen.

Der Kundenvorteil der strategischen Zusammenarbeit der beiden Unter-nehmen, speziell für das aufwändige Projektgeschäft, liegt in der

Lieferung eines vollständigen und komplett abgestimmten Gesamt-konzepts 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 Anlagen-komponeten aufeinander abgestimmt.

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

Uponor DEM Wärmepumpenmodul

Uponor Funk 24 V Basiseinheit mit DEM

STIEBEL ELTRON Sole/Wasser-Wärmepumpe WPC.

Beispielhaftes Teamwork

Das neue DEM Wärmepumpen-modul von Uponor wurde spezi-ell als Kommunikationsschnitt-stelle zwischen der Uponor Funk-Einzelraumregelung mit dynamischen Energiemanage-ment (DEM) und ausgewählten Wärmepumpen von STIEBEL ELTRON entwickelt. Das Modul ermöglicht eine galvanische Trennung zwischen dem Uponor Controller C-56 und der Wärme-pumpenregelung. Der Einsatz des Moduls bietet die Möglich-keit, die Heizkurve dynamisch an die Erfordernisse anzupassen. Dadurch lässt sich die STIEBEL ELTRON Wärmepumpe beson-ders energieeffi zient betreiben.


Gebündelte Kompetenz – Uponor und STIEBEL-ELTRON


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Ihr Plus

Geringer Platzbedarf durch kompakte Bauform

Schnelle Montage und Montagesicherheit durch anschlussfertige Einheit

Hohe Ausfallsicherheit durch Fernwartung und -diagnose

Hohe Effi enz durch ob-jektspezifi sche Planung und Fertigung

Alles aus einer Hand, nur ein Ansprechpartner für Planung, Einbau, Betrieb und im Ge-währleistungsfall

Langlebig und betriebssicher durch den Einsatz hochwer-tiger und erprobter Kompo-nenten

Wahlweise in den Ausfüh-rungen GEOZENT Basic und GEOZENT Profi lieferbar

Bei der GEOZENT handelt es sich um eine geothermische Energie-zentrale zur ganzheitlichen Wärme- und Kälteversorgung von Gewerbe-immobilien und großen Wohnanlagen. Die Großwärmepumpen werden von unserer Tochtergesellschaft Zent-Frenger individuell konfi guriert.

In konventionellen Energiekonzepten werden Heizwärme und die Kälte-energie von getrennt arbeitenden Anlagen erzeugt. Verwendet man zur Wärme- und Kälteenergie-erzeugung nur ein einziges Aggregat, werden in beachtlichem Maße technische und wirtschaft-liche Ressourcen eingespart. Deshalb haben wir für gewerblich genutzte Gebäude und große Wohnanlagen die hocheffi ziente, vielseitig ein-setzbare, multifunktionale Energie-zentrale GEOZENT entwickelt. Je nach Konzept sind GEOZENT

Energiezentralen als kompakte Wärmepumpenmodule GEOZENT Basic oder als funktionsfertige Einheit GEOZENT Profi mit allen erforder lichen 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 Service-personal automatisch weitergeleitet wird. Zudem bietet VISUZENT die Möglichkeit zur laufenden Anlagen-optimierung auf der Grundlage erfasster Betriebszustände.

www.zent-frenger.de

* Made by Uponor-Tochtergesellschaft


GEOZENT Großwärmepumpen von 50 – 1500 kW*



GEOZENT Profi

Die Energiezentrale GEOZENT Profi besteht aus der werkseitig montier-ten, hydraulisch umschaltbaren Wärmepumpe mit integrierter Sys-temhydraulik für parallelen Heiz- und Kühlbetrieb, Naturalkühlung, Hochtemperatur Heizbetrieb, Abwärmeauskoppelung, Geothermie-anschluss. Integriert sind dreh-zahlgeregelte Umwälzpumpen, Regelventile, Umschaltventile, Schalt-schrank mit frei programmierbarer Mess- Steuer- und Regelungstech-nik, umfassende Sensorik, Industrie PC mit großer Speicherplatte, Flat-screen, Bedienungstastatur. Ein wesentlicher Grund für die über-ragende Wirtschaftlichkeit dieser Maschine ist die komplette Integra-tion aller systemrelevanten Strom-verbraucher in der Energiezentrale. Dadurch wird die Maschine in je dem Betriebsfall energetisch optimal betrieben. Durch strömungsopti-mierte hydraulische Schaltungen mit frequenzgeregelten Umwälzpumpen der höchsten Effi zienzklasse werden weit überdurchschnittliche Jahres-arbeitszahlen erzielt.

Eine GEOZENT Profi Energiezentrale eignet sich optimal für die Heiz-wärme- und Klimakälteversorgung von Büro-/Verwaltungsgebäuden Industriebauten Schulen Krankenhäuser Mehrfamilienwohnhäuser Hotels

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 Hoch-temperatur Wärmeauskopp-lung

Geschlossenes Gehäuse für hohe Laufruhe

Intelligente Leistungsregelung Frei programmierbare

Steuerung mit komfortabler Bedienungsoberfl äche

Integrierte Schnittstellen für Monitoring und Datenfern-übertragung

Zukunftssicher versorgt die Energie-zentrale das Gebäude mit Wärme-, Kälteenergie und erforderlichenfalls mit warmen Trinkwasser. Als Energie-quelle eignet sich kostenlose Prozess- oder Umweltenergie, die beispielsweise aus einem Erd-absorber gewonnen wird.

Die GEOZENT Profi bedient die gesamte Bandbreite an Verbrau-chern, die bei der Energienutzung in Gebäuden Einsatz fi nden. Die verfügbaren Betriebsarten wie Heizbetrieb Kühlbetrieb Dualbetrieb (gleichzeitiges

Heizen und Kühlen) Naturalkühlbetrieb Warmwasserbereitung

bieten somit eine wirtschaftliche Alternative zur konventionellen Wärme- und Kälteerzeugung.



Die passende Wärmepumpe für die Geothermienutzung ist u. a. nach den erforderlichen Heiz- bzw. Kühlleistun-gen sowie dem jeweiligen Anlagenkonzept auszuwählen.

Heizbetrieb

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

Mechanischer Kühlbetrieb

Die Geothermie dient als Wärmesenke. Wenn das Tem-peraturniveau in der Geothermie für die Naturalkühlung nicht mehr ausreicht, schaltet das System auf mechani-sche Kühlung um (Kältemaschinenbetrieb) und dem Gebäude wird Kälte mit der gewünschten Vorlauftempe-ratur angeboten. Gleichzeitiges Heizen ist möglich.

Naturalkühlbetrieb

Die Geothermie dient als Wärmesenke. Wenn nur Küh-lung angefordert wird, prüft die Regelung, ob das Temperaturniveau in der Geothermie für die Naturalküh-lung 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.

Antriebsenergie

Geothermie

Heiznetz

Kühlnetz

Antriebsenergie

Geothermie

Heiznetz

Kühlnetz

Antriebsenergie

Geothermie

Heiznetz

Kühlnetz

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.

Antriebsenergie

Geothermie

Heiznetz

Kühlnetz

Je nach Wärmepumpentyp sind folgende Betriebsarten möglich.

Betriebsarten von Wärmepumen



Aufgrund der gestiegenen Anforde-rungen an den baulichen Wärme-schutz verändert sich das Verhältnis von Heiz- zu Kühlbedarf. Wo in früheren Jahren das Heizen im Vor-dergrund stand, wird nun das Kühlen mehr fokussiert, um Über-temperaturen in Räumen in den warmen Perioden des Jahres entge-gen zu wirken. Bauliche Maß-nahmen 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 Kühlsyste-me bieten hier eine effi ziente und kostengünstige Möglichkeit zur Reduzierung der Übertemperaturen.

Allgemein

Bei der geothermischen passiven Kühlung wird überschüssige Wärme aus dem Gebäude über Rohrlei-tungssysteme 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 Lüftungssys-teme, bei der die dazu erforderli-chen Vorlauftemperatur von ca. 6 – 9 °C über einen Kälteprozess erzeugt werden muss, können Flä-chensysteme 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 Soleum -wälz pumpe aufgebracht werden muss.

Ohne passive Raumkühlung ist eine deutliche Überhitzung des Raumes der zweiten Tages-hälfte zu erwarten.

Mit passiver Kühlung können die Raumtempe-raturen über den ganzen Tag im behaglichen Bereich gehalten werden.

Ope

rati

ve R

aum

tem

pera

tur

[°C]

Uhrzeit [h]

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

Tagesverlauf operative Raumtemperatur

optimale operative Raumtemperatur

üblicher Bereich der operativen Raumtemperatur

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

0 01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1615 17 18 19 20 21 22 23

Ope

rati

ve R

aum

tem

pera

tur

[°C]

Uhrzeit [h]

Operative Raumtemperatur ohne passive Kühlung(Beispiel: Raum mit Außenverschattung, Sommertag im Juli)

Tagesverlauf operative Raumtemperatur

optimale operative Raumtemperatur

üblicher Bereich der operativen Raumtemperatur

0 01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1615 17 18 19 20 21 22 23151617181920212223242526272829

Vorteile der passiven Kühlung:

Erhöhter Wohnkomfort durch ganzjährig angenehme Raum-temperaturen

Verbesserung der Jahresar-beitszahl der Wärmepumpe durch Regeneration des Erd-reiches

Nur minimale zusätzliche Investitionskosten

Geringe Betriebskosten Ressourcenschonend und

umweltfreundlich

Passive Raumkühlung (Free Cooling)

Uponor Geothermie > Passive Raumkühlung (Free Cooling)


Passive Kühlung mit der Uponor Pumpengruppe EPG 6

Die Uponor Pumpen- und Wärme-tauscherstation EPG 6 mit wurde speziell für die geothermische passive Kühlung bis zu 6 kW Leistung ent-wickelt. Für die hydraulische Trennung von Sole- und Heizkreis sorgt der eingebaute Edelstahl-Plattenwärme-tauscher. In die anschlussfertige

Vorlauftemperaturregelung im Heizfall

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 manu-ell oder raumtemperaturabhängig durch den C-46 über ein passendes Interface.

Vorlauftemperaturregelung im Kühlfall

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

Raumtemperatur-regelung

Mit den Uponor Raumtemperatur-regelungen lassen sich Raumtempe-raturen energieeffi zient und komfortabel an die Bedürfnisse der Nutzer anpassen. Sie bieten zudem im Kühlfall die Möglichkeit, be -stimmte Zonen oder Räume (z. B. Bäder) von der Kühlung auszu-schließen.

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

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

Station ist außerdem der mit der Uponor Ruamtemparaturregelung kompatible Vorlauftemperaturreg-ler C-46 bereits werkseitig eingebaut. Zur Vermeidung von Konden-satbildung passt dieser Regler die Vorlauftemperatur zur Kühlfl äche im Raum über ein 3-Wege Misch-

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

Uponor Pumpengruppe EPG 6 für die passive Kühlung.

KühlmodusPassive Raumkühlung über Pumpengrup-pe EPG 6 und Fortluftwärmetauscher des Lüftungssystems.

HeizmodusRaumheizung über Wärmepumpe und Lüftungs-Wärmerückgewinnung. Die Kühlung ist deaktiviert.

Uponor P


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Die Wärmenutzungsanlage beste-hend aus Einrichtungen zum Trans-port des Heiz- bzw. Kühlwassers von der Wärmepumpe bis zur Wär-menutzung (z. B. Fußbodenhei-zung) hat entscheidenden Einfl uss auf die Effi zienz der Wärmepum-pen-Heizungsanlage und sollte mit möglichst niedrigen Vorlauftempe-raturen auskommen. Flächenheiz-/ -kühlsysteme eigenen sich beson-ders gut für den effi zienten Wärmepumpenbetrieb. Durch die großen Flächen liegen die erforderlichen Betriebstemperatu-ren nur geringfügig oberhalb (Heizen) bzw. unterhalb (Kühlen) der Raumtemperatur, was die Energieeffi zienz von geothermischen Wärmepumpen erheblich verbessert.

Zu den Niedertemperatursystemen zählen wasserdurchströmte Flächenheiz- und -kühlsysteme:

Fußbodenheiz- und -kühlsysteme Wandheiz- und -kühlsysteme Deckenheiz- und -kühlsysteme

Bei Flächensystemen wird die Wärme bzw. Kälte fast ausschließ-lich 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 Einrichtungsfrei-heit sowie ein optimales Verhältnis von umbautem Raum zur nutzba-ren Fläche.

Fußbodenheizsysteme und -kühlsysteme

Nicht nur für den Neubau, auch für die Nachrüstung auf bestehen-den Fußböden gibt es maßge-schneiderte Systemlösungen. Zur Komfortsteigerung können diese Systeme auch zur Raumkühlung ver-wendet werden, bei vorausschau-ender Planung ist auch die entspre-chende Nachrüstung der Kühlfunk-tion 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

Alternativ zur Fußbodenheizung bzw. -kühlung oder zusätzlich zur Ver-größerung der Heiz- bzw. Kühlfl ächen 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 vor-handenen Wänden bieten sich oft zusätzliche Leichtbauwände (Stän-derwände) als Heiz- bzw. Kühlfl ä-chen an. Der Einbau erfolgt in der Wandkonstruktion je nach System unterhalb der Beplankung oder direkt in der Putzschicht. Nassputz-systeme bieten sich immer dann an, wenn nur eine Teilrenovierung vor-genommen wird bzw. ein neuer Putz eingebracht wird.

Deckenheiz- und -kühlsysteme

Der Einsatz von Heizen und Küh-lung, in Form von Deckenheiz- und -kühlsystemen, fi ndet besonders aus Gründen der Behaglichkeit und der Effi zienz gegenüber den raumlufttechnischen Anlagen immer mehr Anwendung.

Bei den Deckenheiz- und -kühl-systemen unterscheidet man die Bauformen als:

Abgehängte Decken bzw. Deckenpaneele

Bauteilaktivierung bzw. Beton-kernaktivierung

Abgehängte Decken kommen sowohl im Neubau als auch im Renovierungsfall zum Einsatz. Das Heizen und Kühlen erfolgt bei Deckenpaneelen durch wasser-durchfl ossene Rohre direkt in den Deckenpaneelen.

Betondecken werden zum Kühlen bzw. Heizen von mehrgeschos-sigen Gebäuden genutzt. Diese zukunftsorientierte Lösung führt zu thermisch aktiven Decken mittels wasserdurchfl ossener Rohr-register auch in Modulbauweise. Mit der Betonkernaktivierung wird das Ziel verfolgt, auf ein fache Weise umweltschonend und kos-tensparend 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 Betonkernak-tivierung zur Deckung der Grundlasten dienen.


Flächensysteme zum Heizen und (passiv) Kühlen



Projektablaufplanung

Die Planungsaufgaben auf dem Gebiet der Geothermie lassen sich in zwei Bereiche gliedern: In die geothermische Planung (TBA-Pla-nung) und in die TGA-Planung.

Die TBA-Planung behandelt die Geothermieanlage, die TGA- Planung die technische Gebäude-ausrüstung/Haustechnikanlage.

Nachfolgend wird der Planungsab-lauf mit der inhaltlichen Ausgestal-tung und Aufgabenzuordnung zur geothermischen Planung und zur Planung der technischen Ausrüstung des Gebäudes dargestellt, um einen Überblick über die notwendigen Arbeiten aufzuzeigen und dem Fach-ingenieur neben diesem Überblick

ein Instrument zur Reihenfolge der Abarbeitung zu geben. Zudem soll dieser Ablauf die Kommuni-kation zwischen Auftraggeber und den verschiedenen Fachingeni-euren vereinfachen und eine Kon-trolle der Aufgabenerfüllung ermöglichen.

Planungsschritte

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

Grundlagenermittlung1.

Vorplanung2.

Entwurfsplanung3.

Genehmigungsplanung4.

Ausführungsplanung5.

Vorbereitung der Vergabe6.

Mitwirkung der Vergabe7.

Objektüberwachung8.

Objektbetreuung, Dokumentation9.

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Projektplanung

Uponor Geothermie > Projektplanung


Grundlagenermittlung

Grundlage für die erste Planungs-phase bilden die Abstimmungen zwischen allen Beteiligten. Dabei werden die prinzipiellen Nutzungs-ziele und die jeweils zu übergeben-den Energiemengen festgelegt:

1 Nur Wärmeversorgung2 Nur Kälteversorgung3 Kombination Wärme- und Kälte-

versorgung4 Wärme- und Kältespeicherung

Neben den grundsätzlichen Nutzungszielen müssen bereits in diesem Planungsstadium Kenn-ziffern der Heiz- und Kühlsysteme (Zieltemperaturen, Wärme- und Kühlleistungen, Jahresarbeitszahl etc.), die an die Geothermieanlage mit Wärme- bzw. Kälteerzeugungs-anlage angeschlossen werden sollen, mit dem TGA-Planer abge-stimmt 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 Recher-chen und Untersuchungen zur Untergrundbeschaffenheit können dann die am jeweiligen Einsatzort

anwendbaren geothermischen Nut-zungsverfahren 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. Kälteerzeugungs-anlage (Wärmepumpe/KäIte-maschine)

Wirkungsweise, Leistungs-parameter (LeistungszahI)

Abmessungen, Anordnung, Anschlüsse an Heiz- und Kühlsysteme, Anschlüsse an Geothermieanlage etc.

Geothermieanlage Anordnung der Bohrungen Ausführung Verteilersystem Flächenbedarf für Ausführung Personalqualifi kation Material der einzubringenden

Sonden und Kollektoren Vorgehen und Materialeinsatz

bei Bohrlochverpressung Betriebsmittel für Kreislauf Prüfungen und Kontrollen der

Funktion

Vergabe/Realisierung

Konnte bei Geothermiesondenins-tallationen im Vorfeld kein Thermal Response Test (TRT) an einer Vorbohrung durchgeführt werden, empfi ehlt 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 Wärmeträgerfl uidkreisläufe mit Pum-pen verwenden, ist das System i. d. R. mit einem geeigneten, fertig angemischten Wärmeträgerfl uid zu befühlen und anschließend zu ent-lüften. Zur Sicherstellung der Drucksicherheit ist eine Druckprü-fung aller Kreisläufe nach EN 805 zu dokumentieren. Desweiteren ist vor Inbetriebnahme die gleichmä-ßige Durchströmung der Geothermie-austauscher zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren. Zur Drucküberwachung ist am Geo-thermieaustauschersystem ein Mano-meter mit Anzeige des zulässigen Druckbereichs zu installieren. Bei Einsatz eines Wärmeträgerfl uids ist das System gegen Flüssigkeits-verluste zu sichern.

Der spätere Betreiber der Anlage wird von den Fachingenieuren in die Bedienung der Anlage, deren War-tung und Maßnahmen bei Störfällen eingewiesen.

Im Nachgang der Planung wird empfohlen, den Anlagenbetrieb zu prüfen und ggf. zu optimieren und das Nutzungsverhalten an die Geo-thermieanlage anzupassen bzw. auf die Anlage einzustellen.

Detailplanung

Uponor Geothermie > Projektplanung

Notizen

Konzeption und Beratung Planung Ausführung

Gebäudenutzung

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Uponor bietet seinen Kunden Qualität, aktuellstes Know-how, Service und eine langfristig angelegte Partnerschaft. Als eines der führenden Unternehmen im Bereich der Haus- und Versorgungstechnik sind wir für Lösungen bekannt, die Lebenswelten zum Wohlfühlen schaffen.

Unsere Philosophie des „Simply More“ umfasst die Begleitung in allen Projektphasen – vom ersten Entwurf bis zur Gebäudenutzung.

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Ti uponor geothermie 0 09 2013

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