Möglichkeiten, Bemessung und Grenzen neuer Hybrid-Erdwärmesondenkonzepte

Erdwärme gekoppelte Wärmepumpen für die Raumheiz- und Klimatechnik sind als alternative Heiz- und Kühlsysteme in Hinblick auf die heute bestehenden Energiepolitischen Forderungen der Er-höhung des Anteils an erneuerbarer Energie. Von bisher ausgeführten Anlagen existieren unter-schiedliche empirische Daten sowohl über den Betrieb als auch zu Ausle-gung und ebenso Richtlinien [37] für die Errichtung neuer Anlagen. Ein wesentlicher Aspekt kommt jedoch auch bei diesen Sys-temen dem erwähnten Anteil regenerierbarer Energie zu und nur bei richtiger Konzeption und Aus-legung von Erdwärmesonden-Anlagen ist ein nachhaltiges System [8] und eine weitgehende Nutz-ung von erneuerbarer Energie zu erreichen. Der aus dem Erdinneren nach fließende Wärmestrom, der sich um die 80 mW/ m2 beläuft, ist nicht in der Lage, die aus der nähen Sondenumgebung entzogene Wärme in vergleichbarer Zeit währen der Nutzung zu regenerieren. Die Regenerierung durch von der Sonne auf die Erdoberfläche einge-strahlte Wärme kann nur in der obersten Schichte (bis ca. 2 m unter der Oberfläche) für einen ständigen Ausgleich sorgen. Erdwärmesonden werden jedoch im Normalfall bis zu 200 m und in Einzelfall auch bis 300 m [9] abgeteuft. Der Wärmeentzug in die-sen untiefen Bereichen kann mittels Wärmepumpen zur Gewinnung von Raumwärme ge-nutzt werden, wobei der Untergrund im Verlaufe der Nutzungszeit naturgemäß abgekühlt wird. Streng betrachtet würden derartige Sonden nicht zu nachhaltigen Einrichtungen zu zäh-len sein, da auch wenn es sich erneuerbarer Energie handelt, die Wärmeentnahme größer ist als die parallel ablaufende Autoregeneration des Untergrundes. Der Antrieb für dieses Forschungsvorhaben ist darauf ausgerichtet, spezielle Grundlagenuntersuch-ungen zum Wärmetransport im Untergrund und den Einflüsse auf diesen sowohl durch die dafür er-forderlichen Komponenten als auch durch die thermischen Eigenschaften der Verfüllmassen und des die Sonde umgebenden Untergrundes zu ermitteln. So sollen Erdwärmesonden auf Basis einer ent-sprechenden Bewertung des Untergrundes, des Bohr-radius und des Befüllmaterials mit einer ver-fahrensgemäßen, einfachen und kontrollierbaren Einbringung von Wärmeenergie (Hybriderdwärme-sonden) ausgestattet bzw. damit nachge-laden werden, die vorzugsweise in der Folge aus über-schüssiger solarer Wärme stammen kann. Hierbei ist es auch Ziel mit spezieller und umfassender Messtechnik sowohl tageszeitliche Ausgleiche während Perioden starken Wärmeentzugs als auch potenziell jahreszeitliche Ausgleiche und Möglichkeiten der Bevorratung von Wärme im Untergrund in Perioden ohne größeren Wärmeentzugs zu untersuchen. Zu diesem Zwecke ist im vorliegenden in-dustriellen Forschungsvorhaben vorgesehen, das Temperaturprofil über die gesamte Sondenlänge durch eine neue Methode der faseroptischen Temperaturmessung zu bestimmen und zu überwachen. Damit sollen neue reproduzierte Daten für die Entwicklung von verfahrenstechnisch neu konzipierten und effizienterer EWS-Systeme gesammelt und ausgewertet werden. Daraus abzuleitende Jahres-arbeitszahlen sollten zur Bewertung dienen. Der maxi-male Anteil an der Nutzung erneuerbarer Energie im Betrieb einer Erdwärmesonde lässt sich auch damit beurteilen, wenn die Temperaturen innerhalb des Sondenbereiches nachweislich und langfristig als stationär betrachtet werden können und damit auch natürlich die Arbeits-zahl der daran gekoppelten Wärmepumpe Werte von zumindest 6 erreichen lässt.