DER FACHBEREICH GEOTHERMIE
Geothermie (Erdwärme) ist die unterhalb der festen Oberfläche der Erde gespeicherte Wärmeenergie. Je tiefer man in das Innere der Erde vordringt, desto wärmer wird es. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur um etwa 3 °C pro 100 Meter Tiefe zu. Man geht davon aus, dass im Erdkern Temperaturen von etwa 5.000 – 7.000 °C erreicht werden. Diese in der Erde gespeicherte Wärme ist nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich.
Die H.S.W. GmbH beschäftigt sich seit Ende der 1990iger Jahre allerdings vorrangig mit Projekten im Bereich der Oberflächennahen Geothermie
Die oberflächennahe Geothermie ist ein Teilbereich der Geothermie und bezieht sich auf die Erschließung von Wärme- und unter bestimmten Bedingungen auch Kälteenergie aus den oberflächennahen Schichten der Erde bis in eine Tiefe von etwa 400 Metern.
Geothermische Quellensysteme, wie Erdwärmesonden, Energiepfähle, Flächenkollektoren oder geothermische Brunnen werden eingesetzt, um eine effiziente Nutzung der natürlichen Wärme des Bodens zu ermöglichen. Mithilfe von Wärmepumpen wird die gewonnene Energie zum Heizen und gegebenenfalls auch zum Kühlen von Gebäuden genutzt.
Aufgrund eines wachsenden Umweltbewusstseins und politischer Rahmenbedingungen ist die Nachfrage nach dieser nachhaltigen und effizienten Energiequelle in den vergangenen Jahren stark angestiegen.
Für einen wasserwirtschaftlich unbedenklichen, ökologisch sinnvollen und wirtschaftlich nachhaltigen Betrieb ist eine sorgfältige Planung der geothermischen Anlage entscheidend.
Leistungsspektrum des Fachbereiches Geothermie
Das Leistungsspektrum des Fachbereiches Geothermie erstreckt sich über alle beratenden und planerischen Leistungen im Sachgebiet der oberflächennahen Geothermie, die sich an den einzelnen Leistungsphasen nach HOAI orientieren. Einen Überblick zur generellen Vorgehensweise bei der Planung von geothermischen Anlagen zeigt das vereinfachte Ablaufschema.
Der Arbeitsbereich hat sich in den zurückliegenden Jahren neben den üblichen Planungsleistungen auf viele fachorientierte und genehmigungsrechtlich relevante Fragestellungen im Bereich der Geothermie spezialisiert. So werden bereits seit 2005 geothermische Messungen (zum Nachweis bemessungsrelevanter thermophysikalischer Untergrundparameter mittels Geothermal Response Tests) durchgeführt und ausgewertet. Die H.S.W. GmbH verfügt dafür über insgesamt 3 Messgeräte, die vorrangig in Deutschland aber auch europaweit zum Einsatz kommen. Des Weiteren können besondere Leistungen wie z.B. die Erstellung von 3D-Untergrundmodellen und die Durchführung von thermohydrodynamischen Simulationen – z.B. als Auflagen/Forderungen der zuständigen Genehmigungsbehörden – erbracht werden.
Die Kompetenz der H.S.W. GmbH, welche durch langjährige Erfahrungen im Bereich der oberflächennahen Geothermie erreicht wurde, spiegelt sich u.a. in den entsprechenden Referenzen wieder.
Planungsleistungen im Fachbereich Geothermie
Bei der Projektierung von Gebäuden bzw. Quartieren mit einer vorgesehenen Nutzung oberflächennaher Geothermie wird neben der Planung der „Technischen Gebäudeausrüstung“ (TGA)“ eine fachlich fundierte Planung der Technischen Baugrundausrüstung“ (TBA) erforderlich. Die H.S.W. GmbH deckt hier den Bereich der TBA ab, der die maßgeblichen Bestandteile der geothermische Quellenanlage bis zur definierten Leistungsgrenze zum Gewerk TGA umfasst.
Nur durch eine fachübergreifende Planung kann eine ordnungsmäße Herstellung sowie ein nachhaltiger und effizienter Betrieb der geothermischen Gesamtanlage sichergestellt werden.
Bei mittelgroßen bis großen Bauvorhaben orientiert sich die Planung anhand der einzelnen Leistungsphasen bzw. Leistungsziele der HOAI (Honorarordnung für Architekt und Ingenieure). Der grundsätzliche Planungsablauf ist in der nebenstehenden Abbildung ersichtlich. Die einzelnen Leistungen bzw. Leistungsphasen sind nachfolgend kurz erläutert.
Bei kleinen bis mittelgroßen Vorhaben werden die notwendigen Planungsleistungen in der Regel in Planungspaketen zusammengefasst. Gerne unterbreiten wir Ihnen hierzu ein individuelles Angebot.
Im Zuge einer Machbarkeitsstudie/Potentialanalyse werden u.a. die Möglichkeiten und Kosten einer standortspezifischen geothermischen Nutzung aufgezeigt. Diese Unterlage stellt eine fachlich fundierte Entscheidungsgrundlage für den Bauherrn/Auftraggeber in Bezug auf die weitere Planung der Geothermie dar.
In Anlehnung an die HOAI entspricht die Machbarkeitsstudie/Potentialanalyse den Leistungsphasen 1 und 2 nach HOAI (Grundlagenermittlung, Vorplanung) – siehe nachfolgend.
- Prüfung der grundsätzlichen Genehmigungsfähigkeit und Klärung genehmigungsrechtlicher Restriktionen
- geologische/hydrogeologische Standortrecherche
- Bewertung geologischer und bohrtechnischer Risiken
- Ermittlung von möglichen Nutzungskonflikten
- Auseinandersetzung mit projektspezifischen Randbedingungen (Versorgungskonzept, Platzdargebot usw.)
- Vorauswahl zu präferierender geothermischer Quellensysteme ggf. mit Variantenvergleich
- Vorbemessung der Vorzugsvariante
- Ermittlung des projekt- und standortabhängigen Erkundungs- und Untersuchungsbedarfs
- Kostenschätzung
- Erarbeitung eines Vorerkundungskonzeptes
- Vorbereitung, Organisation und ggg. Begleitung der Vorerkundungsmaßnahme
- Durchführung und Auswertung von geothermischen Messungen
- Einarbeitung der Ergebnisse der Vorerkundung in die geothermische Gesamtplanung mit Simulation/Ausweisung der letztlich erforderlichen Anlagengröße (Anzahl, Tiefe, Konfiguration)
- Entwurf zur Lage der geothermischen Quellenanlage mit prinzipieller Leitungsführung
- Abstimmung und Beschreibung der grundsätzlichen Arbeitsabfolgen
- Benennung der zeitlichen Abläufe zur Integration in den Gesamtbauablauf
- Durchführung einer Kostenberechnung
- Vorbereitung und Zusammenstellung der Antragsunterlagen (Wasser- und ggf. Bergrecht)
- Erarbeitung einer Projektbeschreibung mit textlichen, zeichnerischen und rechnerischen Darstellungen
- Fachliche Vertretung des Bauherrn/Auftraggebers gegenüber Behörden
Thermohydrodynamische dreidimensionale Simulation des Betriebes eines Erdwärmesondenfeldes auf der Grundlage eines 3D-FEM-Modells
- Einarbeitung von Auflagen und Hinweisen aus der Genehmigungsplanung
- Detaillierte Planung der Ausführung (Lage Sammel- und Verteilleitungen, Sammel- und Verteilerschächte, Festlegung von Rohrmaterial und -dimensionen usw.)
- Durchführung von Druckverlustberechnungen und Übergabe von Hinweisen an die TGA-Planung
- Fortschreibung der zeichnerischen und textlichen Darstellung der Anlage
- Termin-, Kosten- und Ablaufplanung
- Mengen- und Massenermittlung sowie Aufgliederung nach Einzelpositionen
- Aufstellen von Verdingungsunterlagen und Anfertigung von Leistungsbeschreibungen, bestehend aus Baubeschreibung und Leistungsverzeichnis
- Abstimmung der zeitlichen Koordination sowohl der Ausschreibung/Vergabe, als auch der Bauausführung mit weiteren fachlich beteiligten (Termine der Ausführungsphasen)
- Zusammenstellung der Verdingungsunterlagen für die Geothermieanlage sowie Übergabe an Auftraggeber/Projektsteuerer/Architekt
- Einholung von Angeboten
- Prüfung und Wertung der Angebote, Aufstellen von Preisspiegeln
- Mitwirken bei Verhandlungen mit Bietern
- Fortschreiben der Kostenberechnung/Kostenkontrolle
- Vorbereiten der Auftragserteilung, Erarbeiten eines Vergabevorschlages
- Kostenfeststellung und Kontrolle
- Qualitäts- und Zeitplanüberwachung
- Mitwirken bei Aufmaßen und Teilnahme an Abnahmen, Druckproben und Materialbeprobungen
- Koordinierung behördlicher Abnahmen
- Sicherstellung der Überprüfung der Einhaltung der Leistungsbeschreibung, der Vorschriften und der allgemeinen anerkannten Regeln der Technik
- Zusammenstellen und Überprüfung der Übergabeunterlagen
- Rechnungsprüfung
Die örtliche Bauüberwachung stellt ein wesentliches Instrument zur Sicherstellung der Qualität und Funktionstüchtigkeit der geothermischen Anlage dar und sollte daher auch gemäß der Empfehlung des AHO-Arbeitskreises „Oberflächennahe Geothermie“ beauftragt werden.
- Zusätzliche Begleitung der Arbeiten zur Herstellung der geothermischen Anlage (z.B. Einweisung des Bohrtrupps, operative Entscheidungshilfe beim Ausbau, ggf. Mitwirken bei der Abnahme der geothermischen Einzelanlagen)
- Zusätzliche Begleitung der Arbeiten zur horizontalen Anbindung der Erdwärmesonden bis an den Sammel- und Verteilerschacht
- fachliche Bewertung/Stellungnahmen zu den durchgeführten Arbeiten
- Dokumentation der Arbeiten
Geothermische Messungen
Der Geothermal Response Test (GRT) oder Thermal Response Test (TRT) ist ein anerkanntes Verfahren zur In-situ-Bestimmung thermophysikalischer Parameter des Untergrunds, insbesondere der effektiven Wärmeleitfähigkeit.
Für größere Erdwärmeanlagen ist der GRT/TRT bei der Anlagenbemessung nicht mehr wegzudenken. Die VDI-Richtlinie empfiehlt die Durchführung eines Response Tests ab einer Leistung von > 30 kW und wird daher in der Regel auch durch die zuständigen Genehmigungsbehörden gefordert.
Durch die Durchführung eines GRT/TRT können Planer in der Regel auf Sicherheitszuschläge bei der Bemessung von Erdwärmesonden und Energiepfählen verzichten oder es ist zumindest eine Bestätigung der Planungsansätze möglich, was den nachhaltigen Betrieb der Anlage gewährleistet.
Die H.S.W. GmbH Rostock führt seit 2003 erfolgreich eigene Geothermal Response Tests durch. Wir verfügen mittlerweile über fünf moderne mobile GRT/TRT-Testeinheiten mit spezieller SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) und sind als aktuell einziges Unternehmen nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005 (DAKKS-Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH) akkreditiert für die Durchführung und Auswertung von Geothermal Response Tests. Sowohl die Qualität unserer Messungen als auch die Flexibilität und Einsatzmöglichkeiten zeichnen unser Unternehmen aus.
Unser Einsatzgebiet für die GRT/TRT-Testeinheiten erstreckt sich auf Deutschland und Mitteleuropa. Unsere mobile Testeinheit Nr. 4 ist auch für internationale Einsätze per Air-Express geeignet.
Geothermie-Monitoring
Das Monitoring sollte bei Erdwärmeanlagen, ähnlich wie ein Wartungsvertrag, fester Bestandteil des Facility Managements sein. Durch die kontinuierliche Überwachung und Interpretation der Betriebsparameter einer geothermischen Gesamtanlage können Fehlfunktionen rechtzeitig erkannt und eine stetige Optimierung der Anlage ermöglicht werden.
Im Gegensatz zu Gas-, Öl- oder Fernwärmeversorgung kann die Wirtschaftlichkeit einer erdgekoppelten Wärmepumpenanlage in der Regel nur durch ein fachgerechtes und angepasstes Monitoring analysiert und bewertet werden, insbesondere anhand der Jahresarbeitszahl.
Zudem werden zunehmend von den entsprechenden Genehmigungsbehörden Monitoring-Maßnahmen vorgeschrieben, um wasserrechtliche und bergrechtliche Fragestellungen zu beurteilen. Bestimmte Auflagen bezüglich der Herstellung und des Monitorings von Temperaturmessstellen im direkten Umfeld von Erdwärmesondenanlagen sind zunehmend Bestandteil der wasserrechtlichen Erlaubnis für größere Erdwärmeanlagen (Leistung über 50 kW).
