Bibliothek // Lexikon der Geothermie // G

Geothermal Response Test

Prinzip eines TRT. Quelle: HDG Umwelttechnik.

Temperaturprofile nach GRT. Quelle: Lehr

Ein Geothermal Response Test (kurz TRT oder GRT) ist ein in situ Test zur Bestimmung thermodynamischer Parameter des Untergrunds in der Oberflächennahen Geothermie.

Der TRT wird an einer Erdwärmesonde durchgeführt. Angeschlossen wird eine Umwälzpumpe und ein Heizelement sowie Sensoren zur Aufzeichnung der Vor- und Rücklauftemperatur. Das Fluid, i.d.R. Wasser, wird bis zum Erreichen der ungestörten Untergrundtemperatur im Kreis gepumpt. Danach wird das Heizelement zugeschaltet um das Wasser zu erwärmen. Das so erwärmte Wasser strömt durch die Erdwärmesonde und kühlt sich dabei ab. Die Austrittstemperatur des Wassers aus der Sonde wird gemessen, das Wasser läuft wieder durch das Heizelement und der Kreislauf wiederholt sich.

Ein TRT dauert oft mehrere Tage. Zur Auswertung steht geeignete Software zur Verfügung.

Der TRT geht davon aus, dass die Parameter, die die Vorgänge beim Aufheizen bestimmen, dieselben sind wir beim Abkühlen (Wärmeentzug). Ein TRT-Test mit einer Kühlanlage (anstelle der Heizung) wäre ungleich aufwändiger bei denselben Ergebnissen.

Eine Variante ist der 'advanced' oder 'enhanced' TRT, bei dem die Temperaturen entlang der Bohrung kontinuierlich mit einem Glasfaserkabel gemessen werden. Hier sind dann teufenabhängige Parameterbestimmungen möglich, während der klassische TRT nur einen Durchschnittswert für die gesamte Bohrung ergibt.

Testdurchführung

(als Beispiel dienen hier die Angaben des Ingenieurüros Lehr¹, sie können bei anderen Anbietern von den hier genannten Spezifikationen abweichen)

GRT-Anlagen sind mit elektrischen Heizelementen ausgestattet. Die Heizelemente können je nach Bedarf zugeschaltet werden (z.B. 3 kW, 6 kW, 9 kW oder 12 kW) um den Eintrag des Wärmeimpulses der Messaufgabe anzupassen. Die Heizelemente sind mit Thermoschaltern (T max. 50 ° C) und Überhitzungsschutz versehen, sodaß eine Überhitzung des Systems und der angeschlossenen EWS ausgeschlossen werden kann. Die GRT-Anlage ist ebenfalls mit einem Membranausdehnungsgefäß und einem Überdruck-Ventil (Öffnungsdruck 2,5 bar) ausgestattet, um eine Schädigung der Anlagen durch Wärmeausdehnung auszuschließen.

Die Versuchsanlage wird über isolierte flexible Panzerschlauchleitungen hydraulisch mit der EWS gekoppelt und das System sorfältig entlüftet. Zur Entlüftung sind an Zu- und Abgängen automatische Entlüftungsventile eingebaut. Hierdurch ist eine schnelle und nachhaltige Entlüftung des Systems gewährleistet. Mittels der eingebauten Kreiselpumpe zirkuliert das Fluid (i. d. R. Wasser - ca. 1,2 m³/h) im Kreis und durchströmt die EWS und Versuchsanlage. In der Versuchsanlage wird der Volumenstrom gesamt, sowie der Teilstrom einer EWS-Schlaufe (Doppel-U-Sonde) gemessen und eine hydraulischer Abgleich der beiden U-Sonden-Rohre durchgeführt. (Der Abgleich muss erfolgen, da sichergestellt sein muss, daß beide Schleifen gleichmässig durchströmt werden. Findet kein Abgleich statt, kann im Extremfall das gesamte Wasser in einer Schlaufe zirkulieren und es würde eine Sondenreaktion einer Einfach-U-Sonde gemessen - dies kann eine Abweichung bis ca. 15 % erzeugen!). Zur Durchflußmessung werden für den Gesamtdurchfluss und die Teilstromerfassung geeichte Ultraschall-Durchflußsensoren (MID Zulassung) eingesetzt.

Die Temperatur im Vor- und Rücklauf wird mittels paarweise abgeglichener und geeichter Temperaturfühler gemessen. Die Messung erfolgt inline (Die PT-Fühler sind in das Rohr eingebaut und werden vom Fluid umströmt). Ein Temperaturfühler des Paares ist im Messgehäuse des Durchflusssensors integriert, um Messfehler durch temperaturabhängige fluidspezifische Größen (Dichte, Wärmekapazität und Schallgeschwindigkeit) zu eliminieren. Die Ergebnisse der Durchflussmessung sind über das angeschlossene Rechenwerk entsprechend temperaturkompensiert.

Zur Qualitätssicherung werden die Temperaturen im und außerhalb des Gehäuses der Versuchsanlage aufgezeichnet, um zu dokumentieren, daß keine Beeinflussung der sensiblen GRT-Messung durch die klimatischen Umgebungstemperaturen stattfand (Messungen, bei denen sich der Tag-Nacht-Zyklus in der Messkurve durchpaust, sind für eine Auswertung nicht geeignet).

Die Messung von Durchfluss (Gesamt- und Teilstrom) sowie der Temperaturen erfolgt in vom Stromnetz entkoppelten Rechenwerken die mittels Batterie mit Spannung versorgt werden. Hierdurch ist ein Einfluss von Spannungsschwankungen auf die Messelektronik ausgeschlossen. Die Daten werden mittels Bus-Übertragung in einem Datenlogger aufgezeichnet. Eine Vorort-Anzeige gibt während der Messung Auskunft über die eingetragene Wärmeleistung (Momentan und Gesamt), über den Volumenstrom (Momentan und Gesamt) sowie die Temperaturen und die Temperaturdifferenz. Dadurch können die aktuellen Versuchsdaten jederzeit vor Ort kontrolliert und geprüft werden.

Literatur

Hiroyuki KOSUKEGAWA, Hikari FUJII: Development of Thermal Response Test Device with Automatic Control System, Development of Thermal Response Test Device with Automatic Control System (2015)

J. Raymond, L. Lamarche: Development and numerical validation of a novel thermal response test with a low power source. In: Geothermics Nummer 51 (2014), S. 434-444

Marc DEROUET, Patricia MONZÃ“, JosÃ© ACUNA: Monitoring and Forecasting the Thermal Response of an Existing Borehole Field, World Geothermal Congress (2015)

Massimo VERDOYA, Gianmario IMITAZIONE, Paolo CHIOZZI, Marco ORSI, Egidio ARMADILLO, Claudio PASQUA: Interpretation of Thermal Response Tests in Borehole Heat Exchangers Affected by Advection, World Geothermal Congress (2015)

Sara Focaccia : Thermal response test numerical modeling using a dynamic simulator. In: Geoth. Energy Nummer 1 (2013)

Vladimir SOLDO, Leon LEPOSA, Luka BOBAN, StaÅ¡a BOROVIC: Implementation of the Distributed Thermal Response Test at Characteristic Geological Regions Throughout the Croatia, World Geothermal Congress (2015)

Yong Li, Jinfeng Mao, Shibin Geng, Xu Han, Hua Zhang: Evaluation of thermal short-circuiting and influence on thermal response test for borehole heat exchanger. In: Geothermics Nummer 50 (2014), S. 136-147

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/ oder Konferenzdatenbank.