Leistungsberechnung mit Geothermal-Response-Test für Erdwärmebohrungen

Der Geothermal-Response-Test (GRT) wird zur Erfassung bemessungsrelevanter thermophysikalischer Parameter des Untergrundes vorgenommen

Bei Durchführung eines GRT kann die Wärmequelle genau dimensioniert und auf Sicherheitszuschläge bei der Bemessung der Anlage verzichtet werden. Der Vorteil: Im Gegensatz zu Laboruntersuchungen von einzelnen Bodenproben bewerten diese die komplett erschlossene Bohrtiefe bei ungestörten Untergrundverhältnissen.

Burkhard Max
Zu diesem Zweck wird eine vollständig nachnutzbare Testerdwärmesonde im Standardbohrverfahren erstellt. Nach einer Ruhezeit zur Abbindung des Verpressmittels wird ein mobiles GRT-Gerät an die Sonde angeschlossen. Das Gerät besteht aus einem Heizaggregat sowie einer Steuerung zur Regelung und Aufzeichnung der Temperaturen. Diese werden am Vor- und Rücklauf der Erdwärmesonde gemessen. Zusätzlich können Temperaturfühler in vorher definierten Tiefen angeordnet werden, was eine teufenspezifische Auswertung ermöglicht. Die so gemessenen Werte dienen zur Leistungsberechnung von mittleren und großen Anlagen bei Nutzung oberflächennaher Geothermie. Zudem werden durch den Test die effektive Wärmeleitfähigkeit und der thermische Bohrlochwiderstand ermittelt. Bei Durchführung eines GRT kann die Wärmequelle genau dimensioniert und auf Sicherheitszuschläge bei der Bemessung der Anlage verzichtet werden. Der Vorteil: Im Gegensatz zu Laboruntersuchungen von einzelnen Bodenproben bewerten diese die komplett erschlossene Bohrtiefe bei ungestörten Untergrundverhältnissen.

Der GRT wird laut VDI-Richtlinie 4640 empfohlen:

  • bei einer Heizleistung von > 30 kW, einer Vielzahl von Kleinanlagen an einem Standort,
  • bei Auslastung mit mehr als 2400 Vollnutzstunden und Anlagen für den Heiz- und Kühlbetrieb
  • In einigen Bundesländern ist er bereits ab einer vorgegebenen Leistungsgröße Pflicht (z.B. in Berlin ab 30 kW Heizleistung der Wärmepumpe).
  • Bis zu einer Bohrtiefe von 100 m ist die untere Wasserbehörde zuständige Genehmigungsstelle, bei größeren Tiefen muss das Bergamt mit einbezogen werden.

In der Regel beauftragt der Bauherr die Erlaubnis zur Nutzung von Erdwärme. Rechtzeitige Antragstellung und ein positiver Bescheid sind dabei Voraussetzung für den Bohrbeginn. Auf Seiten des Unternehmens besteht offiziell kein Berechtigungsnachweis zur Durchführung eines Geothermal- Response-Tests.

Jedoch bescheinigt eine Zertifizierung über das Deutsche Akkreditierungssystem Prüfwesen (DAP) einen fachlich und sachlich nachvollziehbaren Ablauf des Testes. Erste Versuche, die effektiven Wärmeleitfähigkeiten geologischer Schichten vor Ort zu beurteilen, gehen in die 50er Jahre zurück. In Deutschland werden professionelle GRT seit ungefähr zehn Jahren durchgeführt – mit deutlich steigender Tendenz.

Die praktische Anwendung mit zwei Erd-Wärmepumpen Typ TTF 40 GM
Beim Projekt des Speditionsunternehmens Wackler in Wilsdruff bei Dresden handelte es sich um das Bürogebäude eines Logistikzentrums mit ca. 2000 m² Fläche. Die erforderliche Heizlast liegt bei 70 kW, die Kühllast bei 40 kW. Heiz- und Kühlleistung sowie die Warmwasserbereitung für einige Duschen sollten über erdgekoppelte Wärmepumpentechnik realisiert werden. Zum Einsatz kamen zwei Wärmepumpen Typ TTF 40 GM von Tecalor in Kaskadenschaltung und mit einer Gesamtleistung von 80 kW. Notwendige Speicher und Wärmetauscher zur passiven und aktiven Kühlung sind auf die Anlagengröße abgestimmt. Die Wärmeverteilung erfolgt über eine Fußbodenheizung, die im Sommer auch zur Kühlung dient.

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