Hintergrund
Die oberflächennahste Geothermie bietet als Ressource mit sehr hohem, ungenutzten Potenzial eine ideale nachhaltige Energiequelle für die Wärme- und Kältebereitstellung, sowohl als autarke Techno-logie zur Versorgung von einzelnen Gebäuden als auch in Kalte Nahwärmenetzen (KNW) mit dezent-raler Energiebereitstellung in Siedlungen und Quartieren. Mit Kollektoranlagen bis zu 5 m Tiefe profitieren derartige geothermische Anlagen von Vorteilen wie einer leichten, kostengünstigen Einbringung sowie vereinfachten, genehmigungsrechtlichen Vorga-ben. Der Einsatz von oberflächennahster Geothermie in KNW nimmt im Zuge der Energiewende in den letzten Jahren rasant zu. Aber aufgrund der Unwissenheit zum Zustand des Wärmeträgermedi-ums in Erdwärmeanlagen und der ungenügenden Absicherung gibt es zunehmend Vorbehalte zur Nutzung von glykolhaltigen Flüssigkeiten. Ziel des Projektvorhabens MoniGeoFLuid ist die Einführung von Qualitätssicherungsinstrumenten zum automatisierten Monitoring von geothermischen Kollektoranlagen, die auch die langfristige Kontrolle der Quellenseite bzw. des Solekreislaufs beinhalten. Ausgehend von den gemessenen Signalen wird, wie laut AwSV gefordert, bei Überschreitung von kri-tischen Werten ein Alarm ausgelöst und das System abgesichert. Durch die ganzheitliche Überwa-chung der Anlage und die Einbeziehung von Forecast-Werten wird es möglich, zwischenzeitlich ge-zielt einzugreifen, um auch die Anlagenleistung zu effektivieren. Das zu entwickelnde MoniGeoFluid Messsystem soll nicht nur für glykolhaltige sondern auch für neue glykolfreie Wärmeträgermedien ein-setzbar sein. Das Projektvorhaben zielt auf ein kostengünstiges und zuverlässiges Rundum-Sorglos-Paket.
Projektziel
Das MoniGeoFluid Projektvorhaben wird im Rahmen des 29. Calls des Programms IraSME eingereicht. Das deutsch-österreichische Projektkonsortium setzt sich aus den Partnern FH Salzburg, dem Planungsbüo RGK e.U., der TB Stampfer GmbH (alle Österreich), der Aqua Concept Gesellschaft für Wasserbehandlung GmbH (aquaconcept) und der ipLON Solutions GmbH mit dem zusätzlichen asso ziierten Stadtwerke Schleswig Holstein GmbH (Stadtwerke SH) (alle Deutschland) zusammen. Die Projektpartner werden gemeinschaftlich die Grundparameter auf Basis bestehender Anlagen ermit-teln. Bezug nehmend auf die von Aqua Concept festgelegten physikalischen und chemischen Parameter wird in enger Zusammenarbeit mit den anderen Konsortiumpartnern, wie ipLON und den Stadtwerken SH, ein Konzept zur Auswahl und Implementation geeigneter Messtechnik in geothermischen Anlagen erarbeitet. Es werden zeitlich parallel Messsysteme und ein Prototyp einer geothermischen Anlage in Österreich aufgebaut, verschiedene Tests durchgeführt und Messdaten gesammelt. In der Phase der Betriebsoptimierung werden Regelgrenzen festgelegt, Schnittstellen zum Gebäude hergestellt und die Messwerte verifiziert. Das System wird mit mehreren Wärmeträgerfluiden befüllt und die Wärmeleistung mit den gemessenen Parametern abgeglichen. Außerdem wird das Alterungsverhalten der Wärmeträgerfluide gemonitored, um deren Nachhaltigkeit zu überprüfen. Ein funkgesteuertes Frühwarnsystem wird konzeptio-niert und integriert. Durch Schnittstellenoptimierung und Skalierung von Einzelanlagen wird die Über-tragbarkeit auf Kalte Nahwärme- oder Anergienetze evaluiert.
Erkenntnisse
Im Projekt wurde aufgezeigt, dass die in den untersuchten Anlagen eingesetzten Wärmeträgerfluide über mehrere Betriebsjahre hinweg eine weitgehend stabile thermo-physikalische Performance aufweisen. Abweichungen gegenüber Herstellerangaben sowie Unterschiede zwischen einzelnen Produkten sind zwar nachweisbar, bewegen sich jedoch überwiegend in einem moderaten Bereich und lassen sich vor allem auf unterschiedliche Inhibitorpakete und Temperaturbereiche zurückführen. Bestimmte Kenngrößen wie Schallgeschwindigkeit, Viskosität und elektrische Leitfähigkeit erweisen sich dabei als besonders sensitiv gegenüber Veränderungen und eignen sich daher als Indikatoren für Alterungsprozesse und Zustandsbewertungen der Fluide.
Auf Basis eines aufgebauten Laborprüfstands konnte die messtechnische Genauigkeit von Wärmemengenzählern systematisch analysiert werden. Die Auswertungen zeigen, dass insbesondere die Unsicherheit der Durchflussmessung einen dominanten Einfluss auf die Gesamtabweichung der Wärmemengenbestimmung hat, während Temperaturmessfehler in typischen Betriebsbereichen eine geringere Rolle spielen. Ergänzend wurden reale Anlagen – vom Einfamilienhaus über Mehrfamilienhäuser bis hin zu einem kalten Nahwärmenetz – mit erweiterter Sensorik und einem strukturierten Monitoring-System instrumentiert. Die Auswertungen dieser Felddaten belegen, dass sich Betriebsanomalien wie schleichende Druckverluste, energetisch nachteilige Betriebsstrategien oder potentiell korrosionskritische Zustände frühzeitig erkennen lassen. Insgesamt wird deutlich, dass ein gezielt konzipiertes Monitoring- und Bewertungskonzept, bestehend aus geeigneter Sensorik, automatisierter Datenerfassung und systematischer Analyse, einen signifikanten Beitrag zur Erhöhung von Betriebssicherheit, Effizienz und vorausschauender Wartungsplanung von Erdwärmeanlagen leisten kann – auch wenn einzelne Sensorprinzipien in kalter Sole nur eingeschränkt dauerhaft einsetzbar sind und daher durch punktuelle Laboruntersuchungen ergänzt werden müssen.