Thermisches Monitoring an Nichtwohngebäuden mit Einsatz von oberflächennaher Geothermie und Validierung von Wärmeeintrag und –entzug in den Untergrund

Bearbeitung
Dipl.-Ing. (FH) M.Sc. M. Wohlfahrt | Dipl.-Phys. G. Harhausen

In diesem Forschungsprojekt werden Heiz- bzw. Kühlanlagen neun repräsentativer Gebäude evaluiert, die in Verbindung mit Wärmepumpen sowie Direktkühlung oberflächennahe Geothermie nutzen. Es werden Grundwasseranlagen mit Förder- und Schluckbrunnen als auch Erdsondenanlagen untersucht.

Für die Konzeption von beispielsweise grundwassergekoppelten Wärme- und Kältesystemen liegen i. d. R. nur geologische Angaben über maximale Temperatureinlassbedingungen sowie voraussichtliche Fördermengen vor. Die Regelstrategien zwischen den wärme- und kälteverbrauchenden Gebäude- bzw. Anlagenteilen und die Regelstrategien bei dem Betrieb von Grundwasser- oder großen Erdsondenfeldanlagen sind im Allgemeinen nicht aufeinander abgestimmt. Gleichwohl ist das Interesse an solchen Anlagen enorm gestiegen. Die Möglichkeit von durchschnittlichen Endenergieverbräuchen mit deutlich über 400 kWh/(m²a) und Jahr für größere Nichtwohngebäude u.a. Bürogebäude durch oberflächennahe Geothermie auf einen Endenergiebedarf von unter 100 kWh/(m²a) zu kommen, überzeugt mittlerweile zahlreiche Planer und Bauherren. Es ist dringend geboten, die Planungsinstrumente so zu verfeinern, dass Planungssicherheit gegeben ist und der Fehlbetrieb solcher Anlagen vermieden wird.

Für die zu betrachtenden Anlagen fehlen verlässliche wissenschaftliche Daten und Erfahrungen über Betriebsverhalten sowie Messungen der tatsächlichen Energieerträge. Eine Validierung des Planungsprozesses mit Überprüfung der Auslegungs-/ Planungstools insbesondere der dynamischen Simulationsberechnungen ist zudem unzureichend erfolgt.

Kriterien für die Auswahl der Objekte waren u.a. möglichst unterschiedliche Verhältnisse des oberflächennahen Bereichs zu erfassen sowie besonders Anlagen mit erheblichen Leistungsdichten aufzunehmen. Hohe Leistungsdichten könnten bei vermehrtem Einsatz dieser Technologie eine Bildung von Wärmeinseln in dicht bebauten Bereichen begünstigen und sind deshalb besonders kritisch auf Langzeitauswirkungen zu untersuchen.

Gleichzeitig stellt sich in der Planungsphase die Frage, in welcher Form oberflächennahe Geothermie eingebunden werden kann. Ist der Einsatz von Grundwasser oder Erdsonden in Verbindung mit Wärmepumpen ausreichend für die Deckung des Bedarfs, möglicherweise sogar der Spitzenlasten? Sind redundante Anlagen notwendig und mit welchen Regelstrategien werden sie ggf. betrieben? Können Stufenkonzepte beispielsweise mit reversiblen Wärmepumpen langfristig energetisch besser eingesetzt werden? Sind raumlufttechnische Anlagen aufgrund des höheren Temperaturniveaus der Wärmesenke gegenüber herkömmlicher Kälteerzeugung sinnvoll in die Konzeption einzubeziehen?

Das thermische Monitoring bietet die Möglichkeit, anstelle von Einzelversuchen langfristige Auswirkungen mit gesicherten Daten zu analysieren. Mit den geplanten Untersuchungen soll vor allem für die Zukunft eine größere Planungssicherheit erzielt sowie für Planer und genehmigende Behörden sichere Planungswerkzeuge entwickelt werden.

Mehr dazu bei BINE Informationsdienst projektinfo 07/10: Erdwärme für Bürogebäude nutzen

Laufzeit
10/2007 bis 06/2012

Förderung
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie | Projektträger Jülich

Förderkennzeichen
0327364B