Mit der ersten Erdwärmeanlage in Trimmis feiern wir zwei Premieren. Es ist unser erstes Projekt in der Schweiz Markt und die erste Anlage, die wir mit dem GHEtool geplant haben.
Die Bedienung der Software ist genau so intuitiv wie unsere Erdwärmesonde. Wir geben einen Einblick wie einfach sich eine Anlage mit separatus planen und umsetzen lässt.
Projektumfeld und geologische Rahmenbedingungen
Das Projekt betrifft ein neu zu errichtendes Einfamilienhaus im Churer Rheintal, das im Minergie-Standard realisiert wird. Entsprechend hoch ist die energetische Effizienz des Gebäudes und damit der Anspruch an eine nachhaltige und passende Wärmeversorgung.
Das Gebäude hat einen Heizleistungsbedarf von 10.6 kW und einen jährlichen Wärmebedarf von 14 MWh. Im Sommer kann das Gebäude gekühlt werden, mit einer maximalen Kühlleistung von 7.6 kW und einem jährlichen Kühlbedarf von 3.4 MWh. Der SCOP der Wärmepumpe liegt bei 4.5.
Herausfordernd für die Nutzung von Geothermie ist vor allem die geologische Lage. Das Gebäude befindet sich auf einem Schuttkegel, der aus feuchtem Kies, Steinen und Erde besteht. In etwa 80 Metern Tiefe beginnt eine Schicht aus fest gelagerter Moräne.
Die geologischen Verhältnisse wurden anhand von Bohrprofilen des Amts für Natur und Umwelt Graubünden abgeschätzt und anschliessend gemeinsam mit dem ausführenden Bohrunternehmen MR Erdwärme validiert. Das Unternehmen ist Teil des separatus Netzwerks und mit der Geologie der Region bestens vertraut.
Auf Basis dieser geologischen Einschätzung wurde im GHEtool die Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds definiert. Dabei kamen zwei Bodenschichten zum Einsatz: 80 Meter feuchter Kies (λ = 1 W/mK) von als obere Schicht und 20 Meter Molassegestein (λ = 1.8 W/mK) in der Tiefe. Die Eingaben erfolgten gemäss den Vorgaben der SIA-Norm 384/6.
Bohrfeldkonfiguration und hydraulische Auslegung
Das geplante Bohrfeld umfasst drei separatus Erdsonden mit jeweils 100 m Länge. Sie werden in dreieckiger Anordnung mit einem Sondenabstand von 10 m positioniert und parallel angeschlossen. Die Bohrungen haben einen Durchmesser von 132 mm und werden mit einer thermisch verbesserten Hinterfüllung (λ = 2 W/mK) verfüllt.
Für die Simulation im GHEtool wurde eine Soleflüssigkeit mit einem Glykolanteil von 25 % und ein Volumenstrom von 1 m³/h verwendet. Daraus ergibt sich eine Reynolds-Zahl von 2936, womit sich die Strömung in der Übergangszone nahe am turbulenten Bereich befindet.
Resultate
Die Simulation wurde über einen Zeitraum von 50 Jahren durchgeführt. Dabei ergab sich ein effektiver Bohrlochwiderstand von 0.13 mK/W. Die berechnete maximale durchschnittliche Fluidtemperatur liegt bei 20.27 °C, die minimale durchschnittliche Fluidtemperatur bei -1.45 °C.
Der Temperaturverlauf über die gesamte Simulationsdauer zeigt eine stabile Entwicklung und ist im untenstehenden Diagramm dargestellt. Die Ergebnisse bestätigen, dass das Projekt mit separatus unter den gegebenen Bedingungen gut realisierbar ist.
Erkenntnisse:
Das GHEtool hat sich in diesem Projekt als benutzerfreundliche und leistungsfähige Software zur Dimensionierung von separatus Erdwärmesonden bewährt. Für eine fundierte Auslegung in der anspruchsvollen Geologie vor Ort ist jedoch das Know-how lokaler Fachpersonen unverzichtbar. In unserem Fall war das Bohrunternehmen MR Erdwärme ein zentraler Partner – erfahren, regional verankert und mit den geologischen Gegebenheiten bestens vertraut. Wir sind stolz und dankbar, mit MR Erdwärme einen starken separatus Verbaupartner für die Kantone Graubünden und Tessin an unserer Seite zu haben
Die Simulation mit dem GHEtool hat die Machbarkeit der separatus Anlage unter den gegebenen Bedingungen eindeutig bestätigt. Dank der engen Zusammenarbeit mit unseren beiden in diesem Beitrag vorgestellten Netzwerkpartnern dürfen wir der bevorstehenden Installation der ersten separatus Anlage in der Schweiz mit Spannung entgegensehen.
Ursprünglich war der Einsatz von Single-U-Sonden mit 40 mm Durchmesser vorgesehen. Mithilfe eines Szenarienvergleichs konnte diese Konfiguration einfach auf separatus umgestellt und verglichen werden. Die klare grafischen Aufbereitung der Simulationsergebnisse aus mehreren Szenarien hilft dabei, die technische Auslegung transparent zu kommunizieren und Projektverantwortliche frühzeitig abzuholen.
Umsetzung mit MR Erdwärme
Auf dem alten Schüttkegel von Trimmis wurden drei separatus Erdwärmesonden à 100 Meter installiert. Die geologischen Bedingungen erforderten eine Hammerbohrung mit durchgehender Verrohrung bis Endtiefe. Das ist kein leichtes Terrain und benötigt viel Bohrexpertise.
Umso bemerkenswerter, wie reibungslos die Umsetzung verlief: Die erste Sonde war in unter fünf Minuten eingebaut. Ein neuer Bestwert, möglich durch die eingespielte Zusammenarbeit unseres Bohrpartner MR Erdwärme. Die Grafiken und Videos zeigen, wie intuitiv unsere Sonde installiert wird und wie das benötigte Werkzeug verwendet wird.
Ob wir diesen Rekord noch übertreffen können? Wir sind bereit für neue Herausforderungen. Wer mit uns neue Wege in der Geothermie gehen möchte, ist herzlich eingeladen, wir freuen uns auf weitere spannende Projekte.
