Erdwärmesonden-Versuchsanlage
Um neben computergestützten Modellbetrachtungen ebenso Erkenntnisse aus experimentellen Untersuchungen ziehen zu können, steht der Geothermie-Forschung an der Fakultät W ein mit umfangreicher Messtechnik ausgestatteter Erdwärmesonden-Versuchsstand zur Verfügung.
Die Anlage umfasst folgende Hauptkomponenten:
- Kälteerzeuger (Kompressionskältemaschine) zur Simulation des Wärmeentzugs durch eine Wärmepumpe
- Wärmeerzeuger (Gasbrennwertkessel) zur Simulation von Wärme-Einspeisungen, wie sie z.B. bei der Gebäudeklimatisierung hervorgerufen werden
- Thermischer Speicher für Wärme und Kälte
- Erdwärmesondenfeld (drei im Dreieck angeordnete Sonden vom Typ PE-Xa 32 mm Doppel-U und eine zentrisch angeordneten Kontrollsonde)
Die vier Hauptkomponenten sind durch ein hydraulisches System miteinander verbunden. Das Anlagendesign ermöglicht die Beaufschlagung einzelner oder auch mehrerer Sonden mit definierten Wärme- oder Kälteleistungen bei individuell regelbaren Betriebsparametern (Wärmeerzeuger: max. 132 kW, Kälteerzeuger: max. 45 kW, Umwälzpumpe: max. 12,6 m³/h). Der Betriebsbereich der Versuchsanlage reicht hierbei von -10 bis +90 °C, um auch betriebstechnische Randbereiche handelsüblicher Wärmepumpenanlagen zuverlässig abbilden zu können.
Alle drei Erdwärmesonden sowie die zentral angeordnete Kontrollsonde verfügen auf ihrer vollen Länge über eine Messsensorik zur Erfassung der Temperatur. Die zentrale Erfassung der Messwerte erfolgt über ein Messsystem der Firmen Ahlborn/GESO. Die Datenspeicherung und -visualisierung wird mit der Software AMR-WinControl realisiert.
Finanziert aus Mitteln der Europäischen Union und des Freistaates Sachsen
Geothermie
Thermische Speichervorgänge im Umfeld von Erdwärmesonden beim Heizen und Kühlen von Gebäuden mit Wärmepumpen
Die Nutzung oberflächennaher Geothermie mittels Erdwärmesonden stellt bei der Gebäudeenergieversorgung gegenüber konventionellen Heiz- und Kühlanwendungen eine effiziente Alternative dar. Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen tragen außerdem dazu bei, den Endenergiebedarf für die Wärmeversorgung zu minimieren. Ihr Leistungsvermögen kann diese Technologie vor allem im kombinierten Heiz- und Kühlbetrieb entfalten. Zur Ausschöpfung verfügbarer Effizienzpotenziale besteht Forschungsbedarf hinsichtlich der Planungsmethoden, Vorhersagemodelle sowie praxistauglicher Betriebskonzepte.
Zielstellung des 2017 an der Hochschule Zittau/Görlitz gestarteten Forschungsprojektes „Thermische Speichervorgänge im Umfeld von Erdwärmesonden beim Heizen und Kühlen von Gebäuden mit Wärmepumpen“ war es, im Themenfeld der erdgekoppelten Wärmepumpenanlagen wissenschaftlichen Problemstellungen lösungsorientiert zu begegnen, Optimierungskonzepte zu entwickeln und damit ebenso einen praxisrelevanten Beitrag zu leisten. Die Projektleitung erfolgte durch Herrn Prof. Dr. Tino Schütte, Herrn Prof. Dr. Jörn Krimmling und Herrn Prof. Dr. Jens Meinert.
Die unterschiedlichen inhaltlichen Themenschwerpunkte des Forschungsvorhabens lassen sich in folgende Aufgabenpakete gliedern:
- Numerische Gebäude- und Anlagensimulation mit TRNSYS
- Experimentelle Untersuchungen am Erdwärmesondenversuchsstand
- Untersuchung (hydro-)geologischer Aspekte und Modellierung mit FEFLOW
- Konstruktion und Werkstofftechnik
Den Wissenschaftlern stand für ihre Forschungstätigkeit ein umfangreich ausgestatteter Erdwärmesondenversuchstand zur Verfügung. Zur Realisierung aufwendiger numerischer Simulationsrechnungen mit TRNSYS und FEFLOW wurde das Projekt darüber hinaus mit einer leistungsfähigen Rechentechnik ausgestattet.