Membran-Erdwärmesonde

Die Optimierung einer etablierten Technologie — für mehr Energieeffizienz und Umweltschutz

Erdwärmesonden sind mittlerweile weit verbreitet. So werden in der Schweiz jährlich über zwei Millionen Laufmeter verbaut, dies meist in Tiefen bis zu 200 Meter. Die BS2 Membran-Erdwärmesonde (M-EWS), die im Jahr 2017 erhältlich sein wird, wurde für deutlich grössere Tiefen, in denen höhere Temperaturen herrschen, entwickelt. Zudem wurde die M-EWS für die saisonale Regeneration, das heisst für die Speicherung von Wärme im Erdreich, optimiert. Die neue Konstruktionsart verzichtet auf umweltgefährdendes Frostschutzmittel und Hinterfüllungsmasse, was die Wärmeaustauschfläche zum Erdreich maximiert.
 
Eine Investition in die BS2 Membran-Erdwärmesonde zahlt sich für die Bauherrschaft doppelt aus: Zum einen wird durch die höhere Vorlauftemperatur die Effizienz der Wärmepumpe gesteigert und damit die jährliche Stromrechnung ab dem ersten Betriebsjahr geschont, zum anderen bleibt der Bezug elektrischer Energie konstant tief, da im Sommer der winterliche Wärmebezug kompensiert wird. 

Die Highlights:

  • Höhere Wärmeleistung pro Laufmeter durch Maximierung der Wärmeaustauschfläche zum Erdreich
  • Verzicht auf Hinterfüllung, weil das Bohrloch durch die Membrane komplett ausgefüllt wird
  • Keine Umweltgefährdung, da auf sonst übliche Frostschutzmittel verzichtet und nur reines Wasser verwendet wird
  • Hohe Investitionssicherheit dank langer Lebensdauer
  • Kosten- und Platzersparnis dank höherer Leistung pro Sondenmeter (weniger Bohrmeter benötigt)

Das Resultat:
Maximierte und über die gesamte Lebensdauer konstant effiziente Nutzung des Erdreichs als Grundlage eines tiefen Stromverbrauchs für das CO2-freie Beheizen und Kühlen von Gebäuden.

 
Vorteile der koaxialen Bauweise
Im Gegensatz zu konventionellen Doppel-U-Rohr-Sonden ist die M-EWS nach dem Koaxialprinzip aufgebaut: Das bis zu 450m tiefe Bohrloch ist mit einer mit reinem Wasser befüllten Membrane komplett ausgefüllt, was eine maximierte Ausnutzung des Bohrlochs als Wärmetauschfläche ermöglicht. Zusätzlich wird ins Innere der Membrane ein Rohr, das sogenannte Zentralrohr, eingeschoben. Membrane wie auch Zentralrohr sind an eine Pumpe angeschlossen und bilden einen geschlossenen Wasserkreislauf: Das Wasser wird in den äusseren Ringspalt eingepumpt und fliesst zum untersten Punkt der Membran und fördert als Wärmeträgermedium thermische Energie durch das Zentralrohr an die Erdoberfläche. In umgekehrter Richtung funktioniert der Regenerationsbetrieb: Wärme wird durch das Zentralrohr ins Erdreich transportiert und dort über die Membranaussenfläche abgegeben. Die neue Konstruktionsart zeichnet sich durch einen weniger Druckverlust aus, wodurch kleinere Umwälzpumpen eingesetzt werden können.
 
Maximierte Effizienz über die ganze Betriebsdauer hinweg
Durch die koaxiale Bauweise und die konsequente Optimierung aller Bestandteile wird die Membran-Erdwärmesonde während ihrer gesamten Betriebsdauer eine hocheffiziente Gewinnung geothermischer Energie ermöglichen. Die thermische Isolation des Zentralrohres gewährleistet beispielsweise, dass das im Bohrloch hochströmende erwärmte Wasser nicht durch das hinunterströmende kühle Wasser abgekühlt wird. Ausserdem liegt die dünnwandig konstruierte Membran auf der gesamten Fläche des Bohrlochs auf, was den Wärmeaustausch mit dem Erdreich begünstigt.
 
Verzicht auf Hinterfüllung
Eine weitere Optimierung bei der Installation wird durch den Verzicht auf eine Hinterfüllung erreicht: Weil das Bohrloch durch die grosszügig dimensionierte Membrane komplett ausgefüllt wird, kann auf die sonst übliche Hinterfüllung von Hohlräumen verzichtet werden. Das schont Budget und Umwelt.
 
Verzicht auf umweltgefährdendes Frostschutzmittel
Aufgrund der höheren Temperaturen in den durch die M-EWS erschlossenen tiefen Gesteinsschichten kann auf Frostschutzmittel, wie es in konventionellen Sonden zum Einsatz kommt, verzichtet werden. Das freut die Umwelt, denn das üblicherweise verwendete Glykol stellt für Erdreich und Grundwasser eine potenzielle Gefahr erheblichen Ausmasses dar.
 
Patentiert
Die patentierte BS2 Membran-Erdwärmesonde ist eine Entwicklung der BS2 AG in Kooperation mit der ETH Zürich und verschiedenen Industriepartnern. Zurzeit wird sie im Rahmen von Pilotprojekten getestet. Die Markteinführung ist für das Jahr 2017 vorgesehen.
 
Kontaktperson: Marc Bätschmann
Geschäftsführer, E-Mail: baetschmann@bs2.ch, Tel. direkt: +41 44 275 25 03