Bonn - Für neue Bürogebäude wird immer häufiger auf die Nutzung oberflächennaher Geothermie gesetzt. Diese regenerative Energiequelle hat den Vorteil, dass sich das Erdreich im saisonalen Wechsel sowohl zu Heiz- als auch zu Kühlzwecken nutzen lässt. Das seit Anfang 2009 geltende Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz, das beim Neubau von Gebäuden die anteilige Verwendung von erneuerbaren Energien zur Gebäudebeheizung, Kühlung und Wassererwärmung vorschreibt, hat ihre Anwendung weiter befördert.

Viele Beteiligte dieser jungen Branche sind aber noch relativ unerfahren in der Technik. Aufgrund der geringen Temperaturspreizungen zwischen dem Erdreich und dem Heiz- bzw. Kühlsystem im Gebäude reagieren die Anlagen sehr sensibel auf Fehler und Störungen. Ein fehlerhafter Betrieb mindert nicht nur die aktuelle Effizienz des Systems, sondern kann auch die Leistungsfähigkeit für die Folgejahre beeinträchtigen.

In einem Forschungsprojekt hat daher das Institut für Gebäude- und Solartechnik der TU Braunschweig die energetische und wirtschaftliche Effizienz von elf Gebäuden mit Erdwärmesonden, Energiepfählen bzw. Bodenabsorbern untersucht. Ziel war es unter anderem, aus den Erfahrungen des Projekts Betriebsregeln zu entwickeln. Ein ähnliches, BMWi-gefördertes Projekt mit dem Schwerpunkt auf Brunnen- bzw. Erdsondenanlagen läuft an der Universität Hannover. Das Monitoringprogramm umfasst neun Gebäude, deren Anlagenbetrieb überprüft und optimiert wird. Auf dieser Grundlage sollen Planungswerkzeuge für die Auslegung der erdreichseitigen Anlagenzweige verbessert sowie mess- und regelungstechnische Details für oberflächennahe Geothermieanlagen definiert werden.

Das Drei- bis Fünffache der Antriebsenergie

Oberflächennahe Geothermie kann sehr effizient in Kombination mit Heiz- und Kühlsystemen eingesetzt werden, die nahe dem Temperaturniveau des Erdreichs arbeiten. Im Heizbetrieb beträgt die von erdgekoppelten Wärmepumpen bereitgestellte Wärmeenergie das Drei- bis Fünffache der Antriebsenergie. Der freie Kühlbetrieb im Sommer ist noch einmal deutlich effizienter, denn hier wird nur für die Umwälzpumpen Elektroenergie benötigt. So lassen sich Jahres-Systemarbeitszahlen im Bereich von 10 bis 35 erreichen.

Vielfach fehlerhafte Details

Doch die untersuchten Gebäude, die diese relativ junge Technologie nutzen, zeigen fast alle noch fehlerhafte Details: sowohl in Planung und Ausführung als auch insbesondere bei Regelung und Betrieb. Die Geothermieanlagen spielen im Alltag eines Betreibers häufig nur eine untergeordnete Rolle, solange sie funktionieren oder redundante Systeme fehlende Leistung ergänzen. Ein Betriebsmonitoring ist also nicht nur gerechtfertigt, weil es Effizienzsteigerung ermöglicht, sondern auch, weil es hilft, Ausfällen vorzubeugen. Dazu sollten mindestens die Ein- und Austrittstemperaturen des Erdwärmespeichers sowie der Wärmeentzug und -eintrag überwacht werden. Abweichungen vom Regelbetrieb können so rechtzeitig erkannt und notwendige Maßnahmen schnell umgesetzt werden.

Generell ist sowohl eine Abstimmung des Gebäude- als auch des Technik- und Regelungskonzepts auf die Erdwärmenutzung erforderlich. Für die Energieeffizienz der Systeme, den thermischen Komfort im Gebäude sowie die dauerhafte Funktionalität muss bei Planung und Ausführung ein hoher qualitativer Standard eingehalten werden. Und um den Betrieb zu überwachen, benötigt man ausreichende, genaue Messeinrichtungen. Nach einer umfassenden Abnahme und Inbetriebnahme bedarf es dann einer Einregulierungsphase von etwa zwei Jahren. In dieser Zeit sollte die Anlage messtechnisch begleitet werden, so dass das System an die realen Randbedingungen angepasst und das Zusammenspiel zwischen dem Gebäude, den Anlagen zur Erdwärmenutzung und weiterer Technik zur thermischen Konditionierung als auch den Nutzern optimiert werden kann. Fehlende Erfahrungen bei ausführenden Firmen und den Betreibern der Anlagen können diese Phase deutlich verlängern.

Aus den Erfahrungen im Rahmen des Forschungsprojekts Wärme- und Kältespeicherung im Erdreich wurde ein Leitfaden für die Erdwärmenutzung in Bürogebäuden über Erdwärmesonden, Energiepfähle und Bodenabsorber entwickelt. Er wird als BINE-Fachbuch herausgegeben.

Weiterre Informationen bietet das Das BINE-Projektinfo „Erdwärme für Bürogebäude nutzen“ (07/10) unter bine.info.

Quelle: BINE Informationsdienst

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