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.

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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.

QEWSplus
QEWSplus

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:

Gesamtprojektvolumen: 5.014.000,00 €

Fördervolumen: 4.678.907,00 €

Anteil HBC: 759.164,00 €

Projekthomepage: www.qewsplus.de

QEWSplus Gruppenbild
QEWSplus Gruppenbild

Ein Teil der beteiligten Personen bei den Arbeiten am Geothermietestfeld an der Hochschule Biberach.

Von links nach rechts im Stehen: Simon Schüppler (Eifer), Peter Kömmelt (MEFA), Nikola Matkovic (Burkhardt GmbH), Fabian Neth (HBC), Michael Kainzlsperger (ZAE Bayern)

Baggerfahrer: Peter Adler (Burkhardt GmbH)

Von links nach rechts in der Hocke:  Andreas Köhler (HBC), Hagen Steger (KIT),  Adinda Van de Ven (HBC)