Kurzbeschreibung
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Ziel ist es, die auf 719 m Tiefe gründende konventionelle Erdwärmesonde hinsichtlich ihresWärmepotentials auszutesten und eine optimierte Vorgehensweise für zukünftige Tiefensondierungen (z.B. wenn ein Erdwärmesondenfeld nicht realisiert werden kann) aufzuzeigen. Wichtig ist es, die in der Tiefe gemessenen sehr hohen Wärmeinhalte so verlustarm wie möglich zur Erdoberfläche und anschliessend in die Wärmeleitzentrale zu bringen, um dort eine möglichst effiziente Wärmeübertragung ans Verteilsystem zu ermöglichen. Um ein Optimum der Wärmeförderung ermitteln zu können, wird der Durchfluss in den Sonden variiert, mit den theoretischen Berechnungen abgeglichen und anschliessend der effizienteste Durchfluss bestimmt. Zudem ergibt sich die Möglichkeit, die Entzugsleistungen zu variieren.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Gut zwei Jahre nach der Installation einer 706 m tiefen konventionellen Doppel-U-Sonde bei Oftringen wurde die Erdwärmesonde (EWS) zur Pilotanlage „Tiefen-EWS Oftringen“ ausgebaut. Ziel war es, in situ-Temperaturdaten vom Vor- und Rücklauf in 0, 50, 225, 500 und 700 m bei unterschiedlichen Entzugsleistungen und Durchflussraten zu erhalten. Die vorliegende Projektstudie befasst sich mit der Möglichkeit der Nutzung einer Tiefen-EWS als Wärmequelle für eine Direktheizung – also ohne den Einsatz einer Wärmepumpe.
Zu diesem Zweck wurde eine Heizungsanlage konzipiert, welche eine kontrollierte Entnahme einer bestimmten Wärmemenge bei gleichbleibendem Durchfluss erlaubt. Die Wärme wurde über einen Lufterhitzer an die Aussenluft abgegeben, wodurch der Leistungsentzug stark von der Aussentemperatur abhängig war. Dadurch war es notwendig, die Wärmeabgabe kontinuierlich zu überwachen und über eine speicherprogrammierbare Steuerung laufend nachzuführen. Das abgekühlte Arbeitsmedium wurde über ein 3-Wege-Mischventil in den Sondenkreislauf zurück gegeben. Damit der Lufterhitzer- sowie der Sondenkreislauf den gleichen hydraulischen Widerstand haben wurden beide Kreisläufe noch vor Inbetriebnahme mittels Drosselventile eingestellt.
Das Messprogramm beinhaltete drei verschiedene Durchflussraten (1.5, 2.5 und 3.5 m³/h) mit einem dauerhaften Leistungsentzug von 0, 5, 10, 15, 20 und 30 kW. Die jeweilige Einstellung wurde bis zum Erreichen eines thermischen Gleichgewichtszustandes beibehalten. Ein Gleichgewichtszustand wurde nicht immer erreicht. Die energetische Auswertung hat einerseits die thermischen
Verlustzonen der Tiefen-EWS Oftringen beleuchtet, andererseits zeigte sich, dass niedrige Entzugsleistungen von 5 oder 10 kW mit sehr ungünstigen Arbeitszahlen (COP) von 7.8 bis 17.0 verbunden sind. Lohnender sind Entzugsraten von 15 bzw. 20 kW. Hier werden COP-Werte von 23.2 bis 31.1 erreicht, allerdings fallen die Sondenaustrittstemperaturen auf etwa 20 °C ab.
Die Daten der vorliegenden Studie belegen, dass mit den entsprechenden Durchflussmengen und Entzugsleistungen eine Direktheizung mit einer rund 700 m langen Tiefensonde in ausgewählten Zonen der Schweiz durchaus Sinn macht. Hierfür wäre es im Sinne einer Effizienzsteigerung ideal, bei der Realisierung einer Tiefen-EWS weitere bauliche Verbesserungen vorzunehmen (Isolation der Sonde vom Sondenaustritt bis zum Haus und Isolation des Sondenvorlaufs bis in tiefere Bereiche allenfalls kombiniert mit einer zusätzlichen Vertiefung der Sonde).
Unter den Voraussetzungen, wie sie in der Tiefensonde in Oftringen vorliegen, können zurzeit Austrittstemperaturen von über 20 °C erreicht werden. Diese Vorlauftemperaturen ermöglichen eine Direktheizung von Gewächshäusern, Lagerhallen, stark isolierten Häusern oder Gebäuden deren Fremdwärme durch Büromaschinen wie z. B. Computer, Kopierer etc. relativ hoch ist. Eine andere Betrachtungsweise ist der Einsatz einer Wärmepumpe, welche das Temperaturniveau auf konventionelle Vorlauftemperaturen von 25 bis 30 °C anhebt. Hierdurch kann die Entzugsleistung der Sonde wesentlich erhöht werden und grössere Gebäudekomplexe beheizt werden. Die bei einer Direktversorgung vorliegenden sehr hohen COP-Werte würden dadurch natürlich wieder sinken. Das Einsatzgebiet, der Verwendungszweck der Sonde bzw. das Kosten-Nutzen-Verhältnis muss schlussendlich darüber entscheiden, welchen Weg man mit der geplanten Anlage geht.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EBERHARD & Partner AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Sachs,Oliver
Eberhard,Mark
Zugehörige Dokumente
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