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GEOTeCH - Forschungsvorhaben

Projektlogo

Das GEOTeCH Projekt hat zum Ziel, die Anwendung oberflächennaher GSHP Systeme zum Heizen und Kühlen zu erleichtern. Hierzu gehören

  • Verbesserung der Bohrtechnik
  • verbesserte, kostengünstigere Bohrloch-Wärmeübertrager.

Beschreibung des Forschungsvorhabens

Der steigende Bedarf an geothermischen Heiz- und Kühlsystemen in den Mitgliedsstaaten der EU bedingt eine bessere Marktdurchdringung und neue Markteilnehmer, die insgesamt die Kosten- und Qualitätsbedürfnisse der Nutzer befriedigen. Hierzu gehört unter Anderem:

  • Kapitalkosten
  • Komplexität der Anlage
  • Komplexität des Managements
  • Arbeiten vor Ort

Steckbrief

Programm/ Zuschussgeber

EU, Horizon 2020

Akronym

GEOTeCH

Titel/ Thema

Geothermal Technology for €conomic Cooling and Heating

Identifikation/ Zuwendungsnummer

656889

Durchführungszeitraum

2015 - 2019

Geschätzte Kosten/ Zuwendungsbetrag

9.025.458 EURO

Sonstiges

 

Wesentliche Forschungsschwerpunkte

Die Bohrtechnologie, die derzeit für die Installation von vertikalen Bohrlochwärmetauschern verwendet wird, erfordert kapitalintensive Geräte, deren Mobilisierung teuer ist, zu verschlechterten Arbeitsbedingungen führt und erfahrene Teams von Spezialisten erfordert. Bohrvorgänge erfordern häufig auch erhebliche Mengen an Trinkwasser und entsorgen Schmutzwasser und Bohrspülung. GEOT€ CH wird ein anderes Bohrkonzept anwenden, das auf Trockenschneckenmethoden basiert, die weniger kapitalintensive Ausrüstung erfordern, die Sicherheit erhöhen und die Umweltrisiken, die Komplexität und die Kosten des Umgangs mit Wasserversorgung und kontaminiertem Abfall vermeiden.

Ein weiteres Schlüsselkonzept von GEOT€CH wird eine bessere Integration der Wärmetauscherelemente während der Installation sein, indem ein innovativer Wärmetauscher entwickelt wird, der ein hohes Maß an Wärmeleistung bei geringem Druckverlust ermöglicht. Diese Vorrichtung verwendet eine koaxiale Konfiguration und spiralförmige Fluidströmungswege, um im Vergleich zu herkömmlichen U-Rohr-Vorrichtungen einen geringen Wärmewiderstand zu erzielen.

Darüber hinaus zielt GEOT€CH darauf ab, kostengünstige geothermische Systeme zu implementieren, indem die mit dem Bohren von Bohrlöchern in großen Gebäuden verbundenen Kosten gesenkt werden. Der Ansatz von GEOT€CH zielt auf die maximale Nutzung der Fundamentstrukturen ab, die ansonsten ausschließlich für strukturelle und geotechnische Zwecke in tertiären Gebäuden erforderlich sind. Fundamentstrukturen wie Pfähle, Siebwände und Kellerplatten werden in GEOT € CH zu effektiven geothermischen Wärmetauschern.

GEOT€CH wird optimierte Hybridlösungen entwickeln, die die verschiedenen geothermischen Systeme in den Markt für kleine und große Gebäude integrieren. Die Optimierung des Betriebs des geothermischen Systems wird mit dem Energiemanagementsystem und der Entwicklung einer Wärmepumpe mit zwei Quellen erreicht, mit der Boden- und / oder Luftumgebungswärmequellen optimal genutzt werden können. Der geothermische Heiz- und Kühlstandard von GEOT€CH wird für Konstruktionsprofis und Bauunternehmen attraktiver.

Arbeitspakete

  • AP1 Management und Koordination
  • AP2 Verbesserte Bohrtechnik
  • AP3 Verbesserte kostengünstige Bohrloch-Wärmeübertrager
  • AP4 Plug & Play Geothermische Systeme
  • AP5 Integration und Effizienz-Management für Hybridsysteme
  • AP6 Demonstrationen und Validierung
  • AP7 Dissemination und Kommunication

Kooperationspartner

  • SOLINTEL M&P SL, Spain
  • RINA CONSULTING SPA, Italy

  • GROENHOLLAND GEO ENERGIESYSTEMEN BV, Netherlands

  • CONRAD STANEN BV, Netherlands

  • COMSA INSTALACIONES Y SISTEMAS INDUSTRIALES SA, Spain

  • ARMENGOL & ROS CONSULTORS I ASSOCIATS, Spain

  • STUWA KONRAD STUKERJURGEN GMBH, Germany

  • GEOTHEX B.V. Netherlands

  • HIREF SPA,Italy

  • FUNDACION TECNALIA RESEARCH & INNOVATION, Spain

  • DE MONTFORT UNIVERSITY, United Kingdom

  • UNIVERSITAT POLITECNICA DE VALENCIA, Spain

  • ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA DI BOLOGNA, Italy

  • KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN, Belgium

  • UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PADOVA, Italy

  • UNIVERSITY OF LEEDS, United Kingdom

Cordis; Ergebnis in Kürze

Innovative geothermische Systeme für große und kleine Gebäude

Wenn Geothermie in größerem Umfang genutzt werden soll, muss sie für Alltagsgebäude günstiger und effizienter werden. GEOTeCH hat innovative Bohr- und Extraktionstechnologien gefunden, mit denen sich die Energie dieser unterirdischen Energiequelle für Gebäude noch besser nutzen ließe.

Im Vergleich zu fossilen Brennstoffen werden bei Geothermie nur sehr wenig CO2 und andere Treibhausgase freigesetzt. Doch um die wärmeführende Flüssigkeit knapp unter der Erdoberfläche nutzbar machen zu können, muss ihre Temperatur erst mit Wärmepumpen (üblicherweise Erdwärmesonden) erhöht werden. Es gibt allerdings bei den typischen Bohrtechnologien einige Problempunkte, die angegangen werden könnten, unter anderem teure Ausrüstung, Spezialistenteams, Lärm des Kompressors, Gefahr durch Druckluft (12-20 bar), potenzielle Instabilität des Bohrlochs, die großen Mengen an verbrauchtem Trinkwasser sowie schlechte Arbeitsbedingungen. Im EU-geförderten Projekt GEOTeCH wurde eine Erdbohranlage entworfen, gebaut und geprüft, die bereits über Conrad (einen der Projektpartner) kommerziell erhältlich ist. Sie verfügt über eine Werkzeug (Hohlbohrschnecke), mit der Bohrungen für oberflächennahe Erdwärmesonden ausgeführt werden können. Die Anlage kann in lockeren Böden (Sand, Kies, Ton) bei minimalem Wassereinsatz schnell Bohrungen durchführen. Diese Maschinen wurden für kleine Gebäude ausgelegt und kosten nur 70 % eines vergleichbaren Rotary-Bohrers mit Spülkopf, sodass Barrieren für neue Akteure auf dem Geothermiemarkt abgebaut werden. Das Projekt hat zudem einen Erdwärmekollektor für die Fundamentplatte entwickelt, der in größeren Gebäuden in die bestehenden Klimatisierungssysteme integriert werden kann, was die Gesamtkosten senkt.

Eine geothermische Lösung für große und kleine Gebäude

Für kleinere Gebäude wurde auf Grundlage eines koaxialen, spiralförmigen Wärmetauschers eine „Plug-and-Play“-Erdwärmesonde entwickelt, die Energie aus geringerer Tiefe gewinnen kann als konventionelle Methoden. Zwar stand dieses Design schon seit einigen Jahren zur Verfügung, doch beim Prototyp des Projekts wird es um Koextrusion des inneren Spiralrohrs ergänzt. Durch diese Innovation wird in Tiefen von 20 bis 50 m im Vergleich zu konventionellen U-förmigen Wärmetauschern ein kostengünstigeres Ergebnis möglich. GEOTeCH hat zudem einen Erdwärmekollektor für Dienstleistungsgebäude entwickelt, bei dem das Rohr in die Fundamentstrukturen (z. B. die Wände) eingebettet wird. Dank dieses Ansatzes fallen Bohren, Rohrverlegung und Vergießen wie bei Erdwärmesonden weg. Die Bohrtechnologie und Wärmetauscher wurden an vier Gebäuden in Europa getestet: Die Erdwärmesonden an kleinen Bürogebäuden in Amsterdam, Leicester und Padua und die Erdwärmekollektoren an einem großen Bürogebäude in Barcelona, wo sie auch an das Klimatisierungssystem angeschlossen wurden.

Eine passende Lösung

Das Beispiel Barcelona hat gezeigt, dass GEOTeCH besonders bei größeren Neubauten deutlich zur Reduktion des Energieverbrauchs beitragen kann. „Unsere Erdwärmekollektoren haben dieselbe Wärmetauscherkapazität wie Erdwärmesonden, aber bei 82 % niedrigeren Installationskosten“, sagt Projektkoordinator Dery Torres. Um das gesamte System in größere Gebäude zu integrieren, wozu auch das Management einer geothermischen Wärmepumpe für Heizung und Kühlung gehört, wo gleichzeitig andere geothermische Energiequellen verfügbar sein könnten, wurden zwei Energiemanagementsysteme (EnMS) auf Basis von Techniken des maschinellen Lernens entwickelt. Beide nutzten frei zugängliche Schnittstellen für die Verknüpfung zur bestehenden Gebäudeleittechnik und ihre Funktionen wurden an zwei Gebäuden validiert: dem BTEK Museum im spanischen Derio und dem Campusbau des Hollandsch Huys im belgischen Hasselt. Vor dem Markteintritt der Technologie arbeitet das Team noch daran, Bohrloch und Erdwärmekollektoren zu verbessern, indem es den Fluidgehalt, die Durchflussrate, die Materialien und die Steigung der Spirale der Erdwärmesonde optimiert.

Weblink

http://www.geotech-project.eu/ 

https://cordis.europa.eu/project/id/656889

Literatur

http://www.geotech-project.eu/reports/ 

zuletzt bearbeitet März 2020