Verbundprojekt QEWSplus: Hochschule Biberach erweitert Geothermietestfeld um Grabenkollektor
Derzeit wird am Campus Stadt der Hochschule Biberach, auf dem
Geothermietestfeld entlang der Kolpingstraße, ein Grabenkollektor
eingebaut. Mit Versuchen an diesem Kollektor soll ein Verfahren entwickelt
werden, um das umliegende Erdreich zu charakterisieren und die
Wechselwirkung mit der angeschlossenen Wärmepumpe zu untersuchen. Denn
Wärmepumpen werden laut Professor Roland Koenigsdorff vom Institut für
Gebäude- und Energiesysteme im Zuge der Energiewende eine der wichtigsten
Heiztechnologien sein.
Starkregen und Flutkatastrophen in Deutschland, Belgien und China,
Waldbrände in Russland und den USA: Extreme Wetterereignisse nehmen in
sämtlichen Weltregionen zu und verdeutlichen die Dringlichkeit der
Energiewende. Der Anteil der fossilen Energieträger wie Erdöl, Erdgas,
Kohle und der Kernenergieanteil am Energiemix in Deutschland soll
schnellstmöglich zugunsten der erneuerbaren Energien verringert werden.
Wie kann dieses Ziel umgesetzt und in unseren Alltag integriert werden?
Damit beschäftigt sich an der Hochschule Biberach (HBC) u. a. das Institut
für Gebäude- und Energiesysteme (IGE).
Derzeit wird am Campus Stadt der HBC, auf dem Geothermietestfeld entlang
der Kolpingstraße, ein Grabenkollektor eingebaut. Mit Versuchen an diesem
Kollektor soll ein Verfahren entwickelt werden, um das umliegende Erdreich
zu charakterisieren und die Wechselwirkung mit der angeschlossenen
Wärmepumpe zu untersuchen. „Wärmepumpen werden im Zuge der Energiewende
eine der wichtigsten Heiztechnologien sein“, erläutert Prof. Roland
Koenigsdorff. Er ist an der Hochschule Biberach Professor für
Simulationstechnik, Energiekonzepte und Geothermie und leitet gemeinsam
mit Adinda Van de Ven, Mitarbeiterin am IGE, das Forschungsprojekt
QEWSplus (Qualitätssteigerung oberflächennaher Geothermiesysteme). Für das
Verbundvorhaben, das bis Ende 2023 läuft, wurde nun ein Wärmeübertrager in
Form eines Grabenkollektors inklusive umfangreicher Messtechnik an der
Hochschule Biberach ins Erdreich eingebaut. Die Zuständigkeit für den
Aufbau der Versuchsanlage liegt bei Fabian Neth, wissenschaftlicher
Mitarbeiter am Institut.
Wärmepumpen entziehen aus einer Wärmequelle, zum Beispiel aus dem
Erdreich, der Außenluft, aus Gewässern oder dem Grundwasser, Wärme und
bringen diese mithilfe von elektrischer Energie auf ein nutzbares
Temperaturniveau für Heizungen oder die Trinkwassererwärmung. Aufgrund der
günstigeren Temperaturverhältnisse – der Untergrund ist im Winter wärmer
als die Außenluft - benötigen die sogenannten erdgekoppelten Wärmepumpen
im Verhältnis deutlich weniger Strom als bei Betrieb mit Außenluft, sind
also effizienter. „Im Sommer kann zudem der im Verhältnis zur Außenluft
kühle Untergrund zur direkten geothermischen Kühlung genutzt werden, ohne
dass die Wärmepumpe laufen muss, was ebenfalls äußerst effizient ist“,
erklärt Prof. Koenigsdorff das Prinzip.
Mit dieser großen Bandbreite an Anwendungen und der hohen Flexibilität
können Erdwärmesonden, Grabenkollektoren und verwandte Systeme, die unter
dem Begriff Oberflächennahe Geothermie zusammengefasst werden, einen
wichtigen Beitrag zur Energiewende liefern – umso wichtiger sei es laut
des Projektleiters, diese kostengünstig und exakt zu dimensionieren. Hier
setzt das Verbundvorhaben QEWSplus an. Es werden wichtige Aspekte der
Qualitätssicherung und -steigerung oberflächennaher geothermischer Systeme
von der Auslegung und Planung über die Ausführung bis hin zur
Inbetriebnahme untersucht und Lösungen entwickelt. Diese bauen auf den
Erkenntnissen aus dem Vorgängerprojekt, dem Forschungsverbundprojekt "QEWS
II: Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden II“ auf. Das Forschungsprojekt
soll zum Abbau von Risiken, zur Reduzierung von Energiegestehungskosten,
zur Steigerung der Effizienz- und Anlagenverfügbarkeit sowie zu einer
größeren Bekanntheit und öffentlichen Akzeptanz dieser Technologien
beitragen. Ziel ist es laut Adinda Van de Ven, dass „Erdwärmekollektoren
besser am Markt etabliert werden, da immer häufiger
Bohrtiefenbeschränkungen den Einbau von Erdwärmesonden verhindern.“
„Um die Veränderungen im Erdreich um den Kollektor herum genau bestimmen
und nachvollziehen zu können, werden von den Verbundpartnern verschiedene
Messtechniken eingebaut. Wir von der Hochschule verbauen ca. 100
PT100-Temperaturfühler in Vierleitertechnik. EIfER verbaut ein
Glasfaserkabel ebenso zur Temperaturmessung und das KIT-AGW setzt
Feuchtefühler zur Bestimmung des Feuchtegehaltes des Erdreichs ein“,
erklärt die Projektleiterin.
Ebenso wie bei allen anderen Versuchseinrichtungen im Technikum des
Instituts will Prof. Koenigsdorff auch die Grabenkollektoranlage neben der
Forschung in der Lehre des Bachelorstudiengangs Energie-Ingenieurwesen
sowie im Master Energie- und Gebäudesysteme einsetzen: „Während der
Projektlaufzeit arbeiten immer wieder Studierende mit. Zwei Studierende
haben beispielsweise bei der Kalibrierung der jetzt im Erdreich
eingebauten Temperaturfühler unterstützt.“ Ebenso können Studierende an
der Versuchsanlage Projekt- oder Abschlussarbeiten anfertigen, also z. B.
Versuche fahren, auswerten sowie damit Modelle und Computersimulation
validieren. Auch nach Projektende ist eine Nutzung für Studierende,
ergänzt um den Einsatz der Versuchsanlage in Laborpraktika, vorgesehen.
Mit den Forschungsarbeiten kann jedenfalls bald begonnen werden, denn “der
Einbau des Grabenkollektors hat abgesehen von ein paar kleineren
Herausforderungen, die wir zusammen vor Ort lösen konnten, reibungslos
funktioniert und somit ist dieser erste Bauabschnitt beendet. Wir
finalisieren nun die Planungen für den zweiten Bauabschnitt, welcher
hoffentlich noch in diesem Jahr zur Umsetzung kommt”, berichtet Fabian
Neth zufrieden.
Verbundpartner:
Burkhardt GmbH
EIFER
Fraunhofer ISE
Hauri KG
H.S.W. GmbH
KIT-AGW
Solites
ZAE Bayern
Gesamtprojektvolumen: 5.014.000,00 €
Fördervolumen: 4.678.907,00 €
Anteil HBC: 759.164,00 €
