Steinbeis-Innovationszentrum energie+, Deutschland
Langzeitmessungen und Analysen der Systemleistung von Erdwärmepumpen-Systemen unterschiedlicher Größe, Art und Lebensdauer sind wertvolle Hilfsmittel für Forscher, Praktiker und Gebäudebesitzer. Solche Messungen können verwendet werden, um einen Einblick zu gewinnen, wie sich die verschiedenen Systemkomponenten und Regelungsstrategien auf die Gesamtleistung auswirken, um bewährte Verfahren, Konstruktions- und Installationsprobleme zu identifizieren, die zu einer schlechten Leistung führen, und um Hinweise zu geben, wie unvorhergesehene Folgen teilweise oder ganz vermieden werden können.
Im Rahmen diverser Forschungsprojekte führt das SIZ energie+ (zuvor Institut für Gebäude- und Solartechnik) bereits seit mehr als 10 Jahren Langzeituntersuchungen an erdgekoppelten Wärmepumpenanlagen für Heiz- und Kühlzwecken an verschiedenen Gebäuden durch. Zu den Gebäuden gehören gewerbliche, institutionelle und Mehrfamilienhäuser, die mit Erdwärmesonden als auch Energiepfählen als Wärmetauscher und Energiequelle umgesetzt wurden. Die durchgeführten Messungen und Analysen umfassen u. a. Betriebsarten, Regelungsstrategien, den Wärmeentzug und -eintrag aus dem Erdreich, Temperaturen sowie Jahresarbeitszahlen der Wärmepumpen.
Anhand der Ergebnisse und Erfahrungen wird deutlich, dass nicht alleine ein stimmiges Energiekonzept und innovative Anlagentechnik zu einem energieeffizienten Gebäude führen. Auch bei einer detaillierten, sorgfältigen Planung kann es im Betrieb zu Störungen kommen, die zu einem steigenden Energieverbrauch oder mangelndem Nutzerkomfort führen können. Aus diesem Grund ist die Qualitätssicherung (Betriebsanalyse und -optimierung) bei erdgekoppelten Versorgungskonzepten vor allem in den ersten Betriebsjahren und darüber hinaus von entscheidender Bedeutung. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Gebäude und deren Systeme ihre Planungsziele und langfristige Funktionalität erreichen. Für alle im Zuge der Forschungsprojekte untersuchten Heiz- und Kühlsysteme konnte festgestellt werden, dass ganzheitlich koordinierte Regelstrategien erforderlich sind, die während des Betriebs bis zum Erreichen des Regelbetriebs doppelt geprüft und messtechnisch überwacht werden müssen. Die meisten der betrachteten Gebäude und ihre erdgekoppelten Wärmepumpen konnten wie geplant in Betrieb genommen werden und arbeiten nun effizient mit einer Arbeitszahl bis zu 6 und im Kühlbetrieb zwischen 4 und > 100 (je nach Anteil der freien und aktiven Kühlung). Die Ergebnisse zeigen auch, dass es im Allgemeinen keinen signifikanten Unterschied im Betrieb und der Leistung zwischen einem Erdwärmesondenfeld und Energiepfählen gibt.
Nach mehr als zehn Jahren Betrieb kann dargestellt werden, dass die Systeme funktionieren und ihre geplante Effizienz erreichen, aber eine ständige Kontrolle und Nachsteuerung erfordern, um Fehlbetriebe zu vermeiden. Eine Bilanzierung und die kontinuierliche Überwachung der Entzugs- und Eintragsmengen sollten nicht vernachlässigt werden. Fehler und Inkonsistenzen, die den Betrieb der Anlage entscheidend beeinflussen, können nur durch eine Langzeitüberwachung erkannt werden. Eine kontinuierliche Überwachung, Anpassung und Wartung sind daher notwendig, um den geplanten Betrieb der Anlage sicherzustellen.
Der Vortrag soll sich mit der Darstellung der untersuchten Gebäude, den Mess- und Leistungswerten und den erzielten Ergebnissen befassen. Zudem sollen die wichtigsten Erkenntnisse und Erfahrungen, aufgetretene Probleme und mögliche Präventivmaßnahmen zur Fehlervermeidung vorgestellt werden.
Kurzer Lebenslauf der vortragenden Autorin / des vortragenden Autors:
Franziska Bockelmann absolvierte 2007 das Bauingenieurstudium an der Technischen Universität Braunschweig. Danach war sie wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Gebäude- und Solartechnik und ab 2014 zusätzlich Gruppenleiterin der Arbeitsgruppe „Nachhaltige Energieversorgung“. Neben Lehrtätigkeiten in den Fächern Bauphysik und Gebäudetechnik im Fachbereich Architektur lag der Schwerpunkt ihrer Tätigkeit auf der Bearbeitung und Begleitung von Forschungsprojekten.
Seit 2019 ist Franziska Bockelmann wissenschaftliche Mitarbeiterin am Steinbeis-Innovationszentrum (SIZ) energie+. Zurzeit ist sie für Forschungsprojekte verantwortlich, die die Bereiche der oberflächennahen Geothermie und Wärmepumpen, dem Monitoring und der Optimierung von Gebäuden und Anlagen mit regenerativer Energieversorgung sowie EnergiePlus Gebäude umfassen.
Frau Bockelmann hat bereits an zahlreichen nationalen und internationalen Tagungen sowie Workshops teilgenommen und mitgewirkt.
