Forschung für unsere Zukunft

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Steigerung der Energieeffizienz von Erdwärmesondenanlagen durch Optimierung von Planung, Ausführung und Betrieb

Ziel des Projektes ist die Generierung eines realitätsnahen thermischen Modells welches das Zusammenwirken der anstehenden Geologie und der darin eingebundenen Erdwärmesonden möglichst präzise widerspiegelt. Weiters sollen die für dieses Modell geltenden geologischen, hydrogeologischen und thermischen Einflussgrößen qualitativ und quantitativ erfasst werden. Auf Basis dieses Modells und der im Projekt über mehrere Jahre erfassten Anlagendaten sollen mögliche Verbesserungspotentiale in der energetischen Effizienz solcher Anlagen herausgearbeitete werden. Aufgrund der Verbesserung des Wirkungsgrades ist mittelbar auch eine CO2 Reduktion gegeben. Ein weiteres Ziel ist die Schaffung von Grunddaten und Parametern auf Basis dieser eine praktikable Bemessung des passiven Kühlbetriebes ermöglicht wird. Dies ist für Planer und Anlagenhersteller von großem Interesse, da durch den passiven Kühlbetrieb Energie eingespart wird und somit der Wirkungsgrad solcher Anlagen steigt.

 

Ausgangssituation

Die Auslegung von Erdwärmesondenanlagen stellt aufgrund der sehr variablen Eigenschaften des Systems Erdreich-Erdwärmesonden-Solekreislauf hohe Anforderungen an Planer und Ausführende. Aber auch bei korrekter Planung ist eine Voraussage der zu erwartenden Energieausbeute nur bedingt möglich. Die resultierende Qualität von Erdwärmesondenanlagen hängt hingegen von verschiedenen Faktoren ab, wobei die lokale Geo- und Hydrogeologie eine entscheidende Rolle spielen Die resultierende Jahresarbeitszahl (JAZ) als Wirtschaftlichkeitsmaß der Anlagen hängt daher von nicht beeinflussbaren Größen ab, welche ein gewisses Unsicherheitspotential darstellen, im Wesentlichen sind dies der Energieentzug durch Erdwärmesonde sowie die Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Erdreichs Die heute praktizierte Methode zur Sondendimensionierung führt dazu, dass einige Sonden zu kurz und andere zu lang bemessen werden. Eine wirtschaftliche Bemessung ist somit oft nicht gegeben.

Projektverlauf

Das Projekt erstreckt sich über drei Jahre und gliedert sich in sechs Arbeitspakete. Diese Arbeitspakete bestehen aus einem Monitoring von neun Wärmepumpenanlagen mit Erdwärmetiefensonden (AP 1), der Generierung von Simulationsmodellen (AP 2), Darstellung der Effizienz der Anlagen (AP 3), eine Systemoptimierung und Erarbeitung von Kriterien für die Anlagenplanung (AP 4) und Wirtschaftlichkeitsanalyse der untersuchten Erdwärmetiefensondenanlagen (AP 5) und Verbreitung der Ergebnisse (AP 6) durchgeführt.

Ergebnisse

Nach den drei geplanten Projektjahren können für die untersuchten geologischen Einheiten präzisierte thermische Parameter, welche für das reale System Untergrund und Sonde zutreffen, ausgewiesen werden. Diese beinhalten auch die Quantifizierung des Einflusses von strömendem Grundwasser auf die spezifische Entzugsleistung des Gesamtsystems. Weiters sollen präzisere und realitätsnahe thermische Modelle des Untergrundes im Sondennahbereich vorliegen, die den Vorgang des Wärmeentzuges bzw. der Rückführung von Überschusswärme für die untersuchten geologischen Einheiten beschreiben. Aus den Daten des Monitoring werden Maßnahmen zur Erhöhung der Energie-effizienz von Wärmepumpenanlagen ausgearbeitet und durch die Projektpartner umgesetzt.

In den letzten Jahren kommt das passive Kühlen in Ein- und Mehrfamilienhäusern immer mehr zur Anwendung. Mit dieser Betriebsweise kann ein Kühleffekt mit geringem Einsatz von elektrischer Energie bewirkt werden. Derzeit bestehen für diesen Anwendungsfall noch keine ausreichend abge-sicherten Auslegungskriterien, daher soll als weiteres Ergebnis für den Betriebsfall passives Kühlen eine praktikable Planungsbasis erarbeitet werden."

Steckbrief

Projektnummer
817645
Koordinator
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Förderprogramm
Neue Energien 2020
Dauer
09.2008 - 06.2012
Budget
168.305 €