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Abb. 4: Gegenüberstellung der Projekte
© BINE Informationsdienst

Abb. 5: Jahres-Systemarbeitszahlen Erdwärmespeichersysteme 2005 - 2009 (WKSP)
© IGS, Braunschweig
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Monitoringergebnisse

Die beiden Forschungsprojekte Wärme- und Kältespeicherung im Erdreich (WKSP) und Thermisches Monitoring an Nichtwohngebäuden (TherMo) untersuchen die Nutzung oberflächennaher Geothermie an Nichtwohngebäuden im Betrieb. Die einbezogenen Anlagen unterscheiden sich unter anderem in Geo(hydro)logie, anlagentechnischem Aufwand, Deckungsgrad und Redundanz.

Forschungsprojekt WKSP

Der Energieertrag der Erdwärmespeicher differiert von Objekt zu Objekt. Während die im Heizbetrieb entzogenen Wärmemengen mit einzelnen Ausnahmen in etwa den Planungswerten entsprechen, weicht der Wärmeeintrag im Sommer zum Teil erheblich ab. Anfangs wurde kaum eine der untersuchten Anlagen effizient betrieben. Das belegen Jahres-Systemarbeitszahlen unter 3 für Heizund Kühlbetrieb gemittelt – bis zu 10 sollten hier möglich sein. Im Rahmen des Monitorings konnten die Systeme und der Betrieb soweit optimiert werden, dass seit 2007 alle Anlagen Jahres-Systemarbeitszahlen zwischen 3 und 7 erreichen (Abb. 5). Der freie Kühlbetrieb konnte bei vielen der untersuchten Anlagen bisher nicht oder nur eingeschränkt genutzt werden. Ursachen waren fehlerhafte Betriebsweisen, überwärmtes Erdreich oder nicht auf die geringen Temperaturdifferenzen zwischen Wärmesenke und Gebäudekühlsystem abgestimmte Anlagenkomponenten. Hier besteht noch weiteres Optimierungspotenzial.

Forschungsprojekt TherMo

Trotz ähnlicher Gebäudenutzung und Geothermienutzung mit hohem Deckungsgrad fallen die Gesamtprimärenergieverbräuche der untersuchten Gebäude relativ unterschiedlich aus. Bisher ermittelte Jahres-Systemarbeitszahlen für ein Objekt mit Erdsonden im Heiz- und Kühlbetrieb (Pendelbetrieb) liegen um 7. Nach einer ersten Prognose lässt sich die Energieeffizienz einzelner Anlagen um bis zu 30% steigern. Da bei diesem Forschungsprojekt die Messphase noch andauert, sind abschließende, vergleichende Auswertungen bisher nicht möglich. Das Monitoring half aber verschiedentlich bereits, Probleme aufzudecken und den Betrieb zu optimieren: Bei mehreren Anlagen war die Anlagentechnik ungünstig konfiguriert, was in einem Fall zum Totalausfall der Wärmepumpe führte. Oder Übergabesysteme, z. B. zur Betonkernaktivierung, waren nicht funktionsfähig, da fehlerhaft eingebunden. Auch beim Betrieb der Brunnen bzw. Erdwärmesonden gab es Schwierigkeiten, beispielsweise Leckagen im Sondenfeld oder Förderpumpenausfall durch Erdschlüsse. Die Regelung war selten optimal eingestellt. Die zuständigen Behörden überprüften das von ihnen für die Grundwassernutzung vorgeschriebene Monitoringkonzept bei den untersuchten Gebäuden während der Bauphase und der Bauabnahme selten. Im Betrieb weisen die erforderlichen Messungen oftmals Lücken auf oder Temperaturgrenzen werden nicht eingehalten. Eine Anlage wurde daher zwischenzeitlich auf behördliche Anordnung abgeschaltet. Da die Systeme auf der Grundlage sehr geringer Temperaturdifferenzen arbeiten, wirken sich schon kleine Messungenauigkeiten stark auf die gemessene Energiebilanz aus. Die meist für die Temperaturmessung verwendeten Standard-Temperaturmesswertgeber der Regelungstechnik mit einer Fehlertoleranz von +/– 1 Kelvin können die Energiebilanz um bis zu 36% verfälschen. Im Rahmen des Projekts konnte bei drei Gebäuden die Temperaturmessgenauigkeit erhöht und damit der mögliche Messfehler in der Temperaturdifferenz auf 11% reduziert werden.

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Adressen

Begleitforschung WKSP
TU Braunschweig, IGS

Kooperationspartner WKSP
meteocontrol GmbH

Kooperationspartner WKSP
TU Braunschweig, IMAB

Begleitforschung TherMo
Universität Hannover, IEK

Kooperationspartner TherMo
UBeg GbR

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