Die erste realisierte Testanlage ist schon seit 6. Dezember 2023 in Betrieb. Das Einfamilienhaus aus den 90-ern wurde zuvor mit einer in die Jahre gekommenen Gastherme beheizt. Just zu dem Zeitpunkt, als die Besitzer des Eigenheimes in Altach, Österreich, sich entschlossen, die Heizung zu modernisieren, war separatus auf der Suche nach einem geeigneten Projekt in der Nähe, um eine erste Bohrung für Testzwecke zu realisieren.
In der vorgängigen Planung wurde mithilfe eines zur Verfügung stehenden Energieausweises eine Nenn-Heizlast von 7.5 kW bestimmt. Die Familie entschied sich für eine modulierende Wärmepumpe vom Typ IDM iPump T 3-13. Die Integration ins bestehende mit Heizkörpern und Bodenheizung kombinierte Wärmeabgabesystem erfolgte direkt, ohne Pufferspeicher. Die Wärmepumpe bereitet auch Warmwasser im geräteintegrierten Trinkwasserspeicher auf.
Der Untergrund ist in den obersten Schichten torfig. In Tiefen zwischen 9 und 30 Metern ist Kies und Sand vorherrschend. Anschließend folgen sich abwechselnde Schluff- und kiesige Sandschichten. Auf den letzten 10 Metern wurde eine Tonschicht angetroffen. Gebohrt wurde insgesamt bis in 70 Meter Tiefe. Grundwasser trat ab 4 Metern zu – aufgrund der hydrogeologischen Situation in der gesamten Umgebung ist mit reichlich fließendem Grundwasser zu rechnen.
Die Vergleichsbohrung ist mit einer Doppel-U-Sonde mit 32 mm Rohrdurchmesser ausgestattet. Diese Doppel-U-Sonde lässt sich mittels Absperrorgane jederzeit auf eine Single-U-Sonde umschalten. Überhaupt wurden beide Erdwärmesonden über Schächte zugänglich gemacht, um Temperaturmessungen oder ähnliches durchzuführen. In einer von „Geser Erdwärme“ gefertigten Verteilerbox sind die Sondenzuleitungen mit Wärmemengenzähler ausgestattet. Auch motorisierte Regulierventile sind ansteuerbar – somit kann je nach Bedarf nach Volumenstrom oder Leistung geregelt werden. Die Daten werden laufend aufgezeichnet und so sind jegliche Vergleiche und Auswertungen zwischen den Sondentypen möglich.
Diese Ausführung erlaubt den direkten Vergleich dieser zwei Sondentypen und zeigt die eindrückliche Leistungsfähigkeit der separatus Sonde auf.
Leistungsdaten
separatus im Einzelbetrieb:
Gemäß Auslegungsrichtlinien ist es nicht vorgesehen, die Erdwärmeanlage mit nur einer Erdwärmesonde zu betreiben. Für Testzwecke ist es aber interessant zu beobachten, wie gut die separatus Sonde im Einzelbetrieb performt. Auch dann, wenn von der Wärmepumpe sehr hohe Entzugsleistungen von an die 100 Watt pro Meter gefordert werden, liefert separatus relativ hohe Temperaturen. Wenn dann die Wärmepumpe auf ein Niveau von ungefähr 50 Watt pro Meter runterfährt, zeigt separatus enorme Stabilität. Die Temperaturen erholen sich immer wieder und fallen auch nach längerer Laufzeit nicht mehr weiter ab, was natürlich gleichermaßen ein Indikator für eine gute Geologie ist.
separatus im Vergleich:
separatus liegt in diesem Testsystem beim Wärmeübergang zwischen einer Einfach-U und einer Doppel-U.
Im Vergleich zwischen separatus und der Doppel-U wurden unterschiedliche Szenarien abgespielt, darunter auch verschiedene Temperaturspreizungen („Delta-T“) zwischen Vor- und Rücklauf. Kurzfristige Schwankungen des Delta-T an der Sonde machen sich im Leistungsverhältnis nicht bemerkbar. Dies lässt den Schluss zu, dass der interne Wärmeübergang zwischen Vor- und Rücklauf über den Steg in der Praxis eine untergeordnete Rolle spielt. Faktoren wie Bohrlochgeometrie, Hinterfüllung und Laufzeit machen einen wesentlich grösseren Unterschied.
Erkenntnisse:
In dieser Testanlage wurde für die beiden verglichenen Sonden (separatus und Doppel-U) derselbe Bohrdurchmesser ausgeführt. Ausserdem wurde die Hinterfüllung der separatus Sonde thermisch schlechter leitend ausgeführt, die Sonde ist also quasi „isoliert“. Unter sämtlichen vorstellbaren Rahmenbedingungen ist das der „worst case“ für separatus. Insgesamt liefert separatus also auch unter diesen nicht ganz idealen Einsatzbedingungen dennoch eine sehr hohe Performance und zeigt damit ihr Potential.
Aus den Messergebnissen der Anlage „Pernter“ wurden schliesslich die Auslegungsempfehlungen für die Simulation mit Tools wie EED oder GHEtool abgeleitet. Auf Basis des Rechenmodells einer Einfach-U-Sonde wurde ermittelt, welche Parameter verwendet werden müssen, um den gleichen effektiven Wärmewiderstand im Bohrloch zu erhalten, wie er für separatus gemessen wurde. Ein Korrekturfaktor wurde eingeführt, um den zusätzlichen – wenn auch geringen – thermischen Übergang zwischen der warmen und der kalten Seite im Inneren des Rohrs zu berücksichtigen. Mehr zum Thema ist auf der Seite „Planung“ zu finden.
Eckdaten der Anlage:
| Parameter Bohrloch und Wärmetauscher | ||
| separatus | Doppel-U 32 | |
| Durchmesser Bohrloch | 146 mm | |
| Bohrverfahren | Spülbohrung | |
| Tiefe | 70 m | |
| Abmessungen (Durchmesser x Wand) | 50 x 3.1 mm | 32 x 3.0 mm |
