DE19708701A1 - Wärmeversorgungssystem - Google Patents
WärmeversorgungssystemInfo
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- Y02E10/10—Geothermal energy
Description
Die Erfindung betrifft ein Wärmeversorgungssystem,
insbesondere für die Heizungsversorgung von Gebäuden,
mit wenigstens einer, regenerierbaren Energiequelle,
die ein Wärmeträgermedium erwärmt und einem Puffer
speicher, der in Abhängigkeit einer bereitgestellten
Wärmemenge aufgeladen und einer benötigten Wärmemenge
entladen wird, wobei die Aufladung durch das Wärme
trägermedium erfolgt.
Wärmeversorgungssysteme der gattungsgemäßen Art sind
bekannt. So sind beispielsweise solarthermische Wär
meversorgungsanlagen bekannt, bei denen über Solar
kollektoren ein Wärmeträgermedium, beispielsweise
Wasser, erwärmt wird, und dieses mittels der Sonnen
energie erwärmte Wärmeträgermedium einen Pufferspei
cher auflädt. Aus dem Pufferspeicher kann dann je
nach Wärmebedarf über einen Wärmetauscher die be
nötigte Wärmeenergie entnommen werden. Derartige
Systeme werden beispielsweise für eine Brauchwasser
erwärmung oder zur Unterstützung zum Betreiben von
Heizungsanlagen eingesetzt. Bei den bekannten solar
thermischen Anlagen ist nachteilig, daß die über die
Sonnenenergie gewonnene und in dem Pufferspeicher ab
gespeicherte Wärmeenergie nur sehr zeitnah zur Ver
fügung steht. Beispielsweise kann eine in den Sommer
monaten gewonnene Wärmemenge nicht so lange abgespei
chert werden, daß diese in den Wintermonaten, bei
spielsweise für eine Heizung, nutzbar ist.
Ferner sind sogenannte geothermische Wärmeversor
gungsanlagen bekannt, bei denen in eine ausreichende
tiefe, in die Erdoberfläche eingebrachte Bohrung re
lativ kaltes Wasser eingeleitet wird und dieses kalte
Wasser bis zum tiefsten Punkt der Bohrung geleitet,
dort umgelenkt und wieder nach oben aus der Bohrung
herausgeführt wird. Da bekanntermaßen die Temperatur
der Erdkruste mit zunehmender Tiefe ansteigt, kann
bei einer entsprechend tiefen Bohrung, die beispiels
weise bis 3000 m reicht, eine Erwärmung des Wassers
auf zirka 100°C erreicht werden, dieses erwärmte
Wasser dient dann als Wärmeträgermedium zum Betreiben
von Heizungsanlagen oder ähnlichem. Geothermische
Wärmeversorgungsanlagen haben den Nachteil, daß diese
nur sehr aufwendig und damit kostenintensiv herstell-
und betreibbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärme
versorgungssystem der gattungsgemäßen Art zu schaf
fen, das mit großer Effektivität arbeitet und in der
Lage ist, saisonale Unterschiede in der Wärmebereit
stellung und Wärmeabnahme auszugleichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines
Wärmeversorgungssystems mit den im Anspruch 1 ge
nannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß der Puffer
speicher ein Aquifer-Speicher ist, der in einen
Kreislauf des Wärmeträgermediums eingebunden ist, wo
bei für die Erwärmung des Wärmeträgermediums wenig
stens eine geothermische und wenigstens eine weitere
Energiequelle eingesetzt ist, ist ein Wärmeversor
gungssystem geschaffen, das einen genügend großen,
natürlich vorkommenden Speicher nutzt, dessen Er
schließung mit dem Anlegen der geothermischen Ener
giequelle gekoppelt werden kann. Hierdurch läßt sich
eine Kostenoptimierung erreichen, da bevorzugterweise
ein Beladebrunnen des Aquifer-Speichers gleichzeitig
Teil einer Tiefenbohrung der geothermischen Energie
quelle sein kann. Aufgrund seiner natürlichen Gege
benheiten und seiner Größe ist ein Aquifer-Speicher
geeignet, insbesondere die über die weitere Energie
quelle bereitgestellte Wärmeenergie über einen rela
tiv langen Zeitraum zu speichern. So kann beispiels
weise in Zeiten geringer Wärmeabnahme, insbesondere
in den Sommermonaten, eine Wärmeenergie gespeichert
werden, die zur Abnahme in den Wintermonaten zur Ver
fügung steht. Ist die weitere Energiequelle bevorzug
terweise eine solarthermische Energiequelle, kann
mittels des erfindungsgemäßen Wärmeversorgungssystems
eine Wärmeversorgung von Gebäuden, insbesondere von
ganzen Gebäudekomplexen, zu sehr großen Teilen aus
schließlich auf der Basis regenerierbarer Energie
quellen erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs
beispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die sche
matisch eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen
Wärmeversorgungssystems zeigt, näher erläutert.
In der Figur ist ein insgesamt mit 10 bezeichnetes
Wärmeversorgungssystem dargestellt. Das Wärmeversor
gungssystem 10 umfaßt eine geothermische Energie
quelle 12 sowie eine solarthermische Energiequelle
14. Ferner ist ein Pufferspeicher 16 sowie eine
Schalt- und Verteilerstation 18 und ein mit Wärme
energie zu versorgender Gebäudekomplex 20 darge
stellt.
Anhand der in der Figur gezeigten schematischen Dar
stellung soll lediglich der Grundaufbau und die all
gemeine Wirkungsweise erläutert werden, ohne auf eine
konkrete Dimensionierung, beispielsweise der geo
thermischen Energiequelle und der solarthermischen
Energiequelle zum Erzeugen einer bestimmten Wärme
menge und ohne auf eine bestimmte Größe des Gebäude
komplexes 20 mit einer bestimmten Abnahme an Wärme
menge Bezug zu nehmen. Die konkrete Dimensionierung
richtet sich nach den tatsächlichen Gegebenheiten,
bei denen das Wärmeversorgungssystem 10 eingesetzt
wird.
Die geothermische Energiequelle 12 besteht aus einer
Tiefenbohrung 22, in die eine Tiefensonde 24 einge
bracht ist. Die Tiefensonde 24 ist so ausgebildet,
daß diese quasi von der Tiefenbohrung 22 unter Bei
behaltung eines Zwischenraumes ummantelt wird. Die
Tiefe der Tiefenbohrung 22 und somit der Tiefensonde
24 richtet sich nach den geothermischen Gegeben
heiten, das heißt, dem Temperaturanstieg über die
Tiefe. Die Tiefenbohrung 22 besitzt beispielsweise
eine Tiefe von 3000 m in der Erdoberfläche 26. In die
Tiefenbohrung 22 wird ein Wärmeträgermedium 28, übli
cherweise Wasser, unter Druck eingebracht. An einem
Grund 30 der Tiefenbohrung 22 dringt das Wärme
trägermedium 28 in die nach unten offene Tiefensonde
24 ein und wird durch den anliegenden Druck nach oben
ausgestoßen und über entsprechende Leitungswege der
Schalt- und Verteilerstation 18 zugeführt. Entspre
chend der Tiefe der Tiefenbohrung 22 und dem Tempera
turanstieg wird das Wasser am Grund 30 üblicherweise
auf zirka 100°C erwärmt und kühlt sich auf dem Weg
nach oben auf eine Temperatur von größer gleich 30°C
ab. Mit dieser Temperatur wird das Wärmeträgermedium
28 der Schalt- und Verteilerstation 18 zugeführt. Die
Schalt - und Verteilerstation 18 besitzt selber - hier
nicht detailliert dargestellt und erläutert - Einrich
tungen zum Wärmetauschen, Mischen, Pumpen usw., für
die Wärmeträgermedien.
Über die solarthermische Energiequelle 14 wird eben
falls ein Wärmeträgermedium 28', beispielsweise Was
ser, erwärmt und über einen entsprechenden Kreislauf
der Schalt- und Verteilerstation 18 zugeführt. Ent
sprechend den natürlichen Gegebenheiten, wie bei
spielsweise Sonnenscheindauer, Sonnenstand usw., er
folgt eine Erwärmung des Wärmeträgermediums 28' durch
in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise allgemein
bekannte Kollektoren 32.
An die Schalt- und Verteilerstation 18 ist der Gebäu
dekomplex 20 durch einen Kreislauf, beispielsweise
einen Heizwasserkreislauf 34, angekoppelt.
Ferner ist der Pufferspeicher 16, der als
Aquifer-Speicher 36 ausgebildet ist, über einen Kreislauf 38
in die Schalt- und Verteilerstation 18 eingebunden.
Der Kreislauf 38 besitzt einen Zulauf 40, der in ei
nem Beladebrunnen 42 für den Aquifer-Speicher 36 mün
det. Ferner führt ein Ablauf 44 von einem Entlade
brunnen 46 des Aquifer-Speichers 36 zu der Schalt-
und Verteilerstation 18.
Der Aufbau und die Wirkungsweise eines Aquifer-Spei
chers 36 sind ebenfalls allgemein bekannt. Dieser be
steht aus einer Erdschicht, die üblicherweise Sand-,
Kies- und Wasserbestandteile aufweist und in bestimm
ter Tiefe unter der Erdoberfläche 16 natürlich vor
kommt. Die Tiefe der für die Ausbildung eines
Aquifer-Speichers 36 geeigneten Erdschicht liegt bei
spielsweise bei 700 bis 750 m. Der Beladebrunnen 42
und der Entladebrunnen 46 besitzen eine entsprechende
Tiefe, so daß der Pufferspeicher 16 in den Kreislauf
38 eingebunden ist.
Das in der Figur gezeigte Wärmeversorgungssystem 10
zeigt folgende Funktion:
Über die geothermische Energiequelle 12 und die so larthermische Energiequelle 14 wird eine Wärmeenergie bereitgestellt, die von dem Gebäudekomplex 20 als Heizenergie abgegriffen wird. Die im einzelnen hier nicht näher zu betrachtende Verteilung und Mischung wird über die Schalt- und Verteilerstation 18 durch geführt.
Über die geothermische Energiequelle 12 und die so larthermische Energiequelle 14 wird eine Wärmeenergie bereitgestellt, die von dem Gebäudekomplex 20 als Heizenergie abgegriffen wird. Die im einzelnen hier nicht näher zu betrachtende Verteilung und Mischung wird über die Schalt- und Verteilerstation 18 durch geführt.
Entsprechend des saisonalen Verlaufes wird zu unter
schiedlichen Jahreszeiten eine unterschiedliche Wär
memenge von dem Gebäudekomplex 20 benötigt. So ist
üblicherweise in den Wintermonaten ein höherer Heiz
energiebedarf notwendig als in den Sommermonaten. Da
jedoch die geothermische Energiequelle 12 saisonunab
hängig arbeitet und die solarthermische Energiequelle
14 gerade in den Sommermonaten eine größere Wärme
energie bereitstellt als in den Wintermonaten, er
folgt über den Aquifer-Speicher 36 eine Zwischenspei
cherung. Dieser Aquifer-Speicher 36 besitzt ein re
lativ großes Volumen, von beispielsweise mehreren
10000 m3, so daß ein relativ großes Volumen als Puf
ferspeicher zur Verfügung steht.
Über die Schalt- und Verteilerstation 18 wird die
über die geothermische Energiequelle 12 und die so
larthermische Energiequelle 14 bereitgestellte Wärme
energie, die nicht von dem Gebäudekomplex 20 benötigt
wird, über den Kreislauf 38 und den Beladebrunnen 42
in den Aquifer-Speicher 36 eingeladen. Hierzu wird
ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser, in den
Aquifer-Speicher 36 eingepumpt. Aufgrund dessen be
kannten Aufbaus besitzt der Aquifer-Speicher 36 eine
große Aufnahmekapazität für Wasser. Das über den
Zulauf 40 bereitgestellte, in dem Aquifer-Speicher 36
abzuspeichernde Wasser besitzt eine relativ hohe
Temperatur, so daß unter Beachtung natürlicher Ver
luste in dem Aquifer-Speicher 36 ein großes Wasser
volumen mit relativ hoher Temperatur abgespeichert
werden kann. Durch undurchlässige Deck- und Unter
schichten kann dieses abgespeicherte Wasser lediglich
seitlich entweichen, wo es durch den Beladebrunnen 42
und den Entladebrunnen 46 in seiner Ausbreitung
begrenzt ist. Gegebenenfalls kann der Beladebrunnen
42 und der Entladebrunnen 46 unter Berücksichtigung
einer natürlichen Fließrichtung des Wassers in dem
Aquifer-Speicher 36 niedergebracht werden.
Steigt nunmehr in den Wintermonaten der Heizenergie
bedarf des Gebäudekomplexes 20 an, kann über den Ent
ladebrunnen 46 das in dem Aquifer-Speicher 36 ge
speicherte, relativ warme Wasser entnommen und der
Schalt- und Verteilerstation 18 zugeführt werden.
Über entsprechende Wärmetausch-, Misch- und Pumpein
richtungen wird hierdurch die Vorlauftemperatur des
Heizwasserkreislaufes 34 für den Gebäudekomplex 20
geregelt. Zusätzlich steht in den Wintermonaten das
von der geothermischen Energiequelle 12 gelieferte
Potential und gegebenenfalls in geringem Umfange das
von der solarthermischen Energiequelle 14 gelieferte
Wärmepotential zur Verfügung. Insgesamt kann somit
ein Wärmeversorgungssystem 10 geschaffen werden, das
ausschließlich auf der Verwertung regenerierbarer
Energieressourcen, beispielsweise der geothermischen
und solarthermischen Energiequelle, basiert, wenn man
beispielsweise von einem elektrischen Energiebedarf
zum Betreiben vom Umwälzpumpen usw. absieht.
Insbesondere ist vorteilhaft, daß für das Anlegen der
geothermischen Energiequelle 12 und den Beladebrunnen
42 des Aquifer-Speichers 36 lediglich eine Tiefen
bohrung niedergebracht zu werden braucht, da diese im
oberen Bereich gemeinsam genutzt werden kann. Hier
durch ergeben sich gegenüber einem getrennten Anlegen
der geothermischen Energiequelle 12 und des Belade
brunnens 42 erhebliche Kostenvorteile.
Selbstverständlich ist es nach weiteren Ausführungs
beispielen möglich, anstelle oder zusätzlich zu der
solarthermischen Energiequelle 14 andere Energie
quellen, beispielsweise auf Basis von Erdgas, Erdöl
oder Kohle betriebene Energiequellen, zum Bereit
stellen einer Wärmeenergie zu nutzen. Diese brauchen
lediglich als Hilfsenergiequellen nur in Spitzenzei
ten eines besonders großen Wärmebedarfs des Gebäude
komplexes 20 betrieben zu werden, da die Grundlast
des Wärmeenergiebedarfs des Gebäudekomplexes 20 über
die geothermische Energiequelle 12 und den als Puf
ferspeicher 16 wirkenden Aquifer-Speicher 36 abge
deckt wird.
Nach einem weiteren - nicht dargestellten - Aus
führungsbeispiel kann vorgesehen sein, daß der Puf
ferspeicher 16 von dem unmittelbar die Tiefenbohrung
22 umgebenden Erdreich gebildet wird. Hierbei wird,
ohne daß ein Beladebrunnen 40 und Entladebrunnen 44
vorgesehen ist, die den Aquifer-Speicher 36 bildende
Schicht um die Tiefenbohrung 22 derart ausgenutzt,
daß ein indirekter Wärmeaustausch zwischen dem Wärme
trägermedium 28 und dem Aquifer-Speicher 36 über den
Mantel der Tiefenbohrung 22 erfolgt. Zusätzlich wer
den auch die weiteren Erdschichten in eine Tiefe, bis
zu der ein Temperaturgradient zwischen dem Erdreich
und dem Wärmeträgermedium 28 besteht, als Puffer
speicher 16 ausgenutzt.
Diese Ausnutzung erfolgt derart, daß in die Tiefen
bohrung 22 der geothermischen Energiequelle, insbe
sondere in den Sommermonaten, in denen ein Wärmebe
darf der Gebäude 20 gering ist, die geothermische
Energiequelle 12 im Kreislauf gefahren wird, so daß
das erwärmte Wärmeträgermedium 28 direkt wieder in
die Tiefenbohrung 22 eingeleitet wird. Ferner wird
das über die geothermische Energiequelle 12 erwärmte
Wärmeträgermedium 28 durch das von der solarthermi
schen Energiequelle 14 erwärmte Wärmeträgermedium 28'
zusätzlich aufgeladen, so daß die geothermische Ener
giequelle 12 mit einem bereits ein hohes Wärme
potential besitzenden Wärmeträgermedium 28 gespeist
wird. Hierdurch erfolgt insbesondere in den oberen
Bereichen der Tiefenbohrung 22, beispielsweise bis in
eine Tiefe von zirka 2000 m, eine Erwärmung des die
Tiefenbohrung 22 umgebenden Erdreiches, da zwischen
dem Wärmeträgermedium 28 und dem Erdreich ein positi
ver Temperaturgradient besteht. Gleichzeitig erfolgt
in der Erdschicht, die den Aquifer-Speicher 36 bil
det, - sofern dieser vorgesehen ist - ein Wärmeaus
tausch mit dem im Aquifer-Speicher 36 natürlich vor
kommenden Wasserreservoir, so daß dieses auch erwärmt
wird.
In Zeiten eines erhöhten Wärmebedarfs der Gebäude 20,
also in den Wintermonaten, reduziert sich infolge der
erhöhten Wärmeabnahme durch die Gebäude 20 die Vor
lauftemperatur des Wärmeträgermediums 28 für die geo
thermische Energiequelle 12. Hierdurch ergibt sich
ein negativer Temperaturgradient zwischen dem in den
Sommermonaten erwärmten Erdreich um die Tiefenbohrung
22 und dem Wärmeträgermedium 28, so daß dieses vor
Erreichen seiner maximalen Tiefe durch das umgebende
Erdreich "vorgewärmt" wird.
Aufgrund der erläuterten Ausführungsbeispiele ergibt
sich eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten der
Kombination einer geothermischen Energiequelle 12,
einer weiteren Energiequelle, beispielsweise der
solarthermischen Energiequelle 14, mit einem Puffer
speicher, der gegebenenfalls von einem Aquifer-Spei
cher 36 gebildet wird.
Claims (5)
1. Wärmeversorgungssystem, insbesondere für die Hei
zungsversorgung von Gebäuden, mit wenigstens einer
regenerierbaren Energiequelle, die ein Wärmeträger
medium erwärmt und einem Pufferspeicher, der in Ab
hängigkeit einer bereitgestellten Wärmemenge aufge
laden und einer benötigten Wärmemenge entladen wird,
wobei die Aufladung durch das Wärmeträgermedium er
folgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher
(16) ein Aquifer-Speicher (36) ist, der in einen
Kreislauf (38) des Wärmeträgermediums eingebunden
ist, wobei für die Erwärmung des Wärmeträgermediums
wenigstens eine geothermische Energiequelle (12) und
wenigstens eine weitere Energiequelle eingesetzt ist.
2. Wärmeversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Beladebrunnen (42) des
Aquifer-Speichers (36) gleichzeitig Teil einer Tie
fenbohrung (22) der geothermischen Energiequelle (12)
ist.
3. Wärmeversorgungssystem nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als wei
tere Energiequelle eine ebenfalls regenerierbare
Energiequelle verwendet wird.
4. Wärmeversorgungssystem nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wei
tere Energiequelle eine solarthermische Energiequelle
(14) ist.
5. Wärmeversorgungssystem nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Puf
ferspeicher (16) von dem die Tiefenbohrung (22) un
mittelbar umgebenden Erdreich gebildet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19708701A DE19708701C2 (de) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | Wärmeversorgungssystem |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19708701A DE19708701C2 (de) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | Wärmeversorgungssystem |
Publications (2)
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DE19708701C2 DE19708701C2 (de) | 2001-08-16 |
Family
ID=7822148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19708701A Expired - Fee Related DE19708701C2 (de) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | Wärmeversorgungssystem |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19708701C2 (de) |
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- 1997-02-24 DE DE19708701A patent/DE19708701C2/de not_active Expired - Fee Related
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