Oberflächennahe Geothermie

Thermal-Response-Test (TRT)

Geothermal–Response-Tests (GRT) oder Thermal-Response-Tests (TRT) sind ein wesentlicher Bestandteil der geothermischen Erkundung des Projektstandortes. Mit Hilfe des TRT können für die Dimensionierung und Auslegung von Erdwärmesondenanlagen zentrale Parameter wie die effektive mittlere Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes und der thermische Bohrlochwiderstand der Erdwärmesonde ermittelt werden. Der Versuch sollte grundsätzlich bei geplanten Anlagen mit Heizleistungen von mehr als 30 KW durchgeführt werden. Auf diese Weise können Unterdimensionierungen, die langfristig immer zu einem uneffizienten Betrieb der Wärmepumpe und damit zu hohen Betriebskosten führen, oder kostenintensive Überdimensionierungen (durch zu viele Sondenmeter) verhindert werden.

Für die Durchführung eines TRT ist es erforderlich , dass zunächst eine Probebohrung durchgeführt wird. Hierbei können bereits wichtige Informationen über die Beschaffenheit des Untergrundes gewonnen werden. Die Probebohrung wird anschließend zu einer vollwertigen Erdwärmesonde ausgebaut, die auch in das spätere Erdwärmesondenfeld integriert werden kann. Nach einer Wartezeit von mindestens 5-7 Tagen wird die TRT-Messeinheit installiert. Die Erdwärmesonde wird nun über einen Zeitraum von ca. 72 Stunden aufgeheizt. Durch die kontinuierliche Messung der Fluidtemperaturen (in der Sonde zirkulierendes Wasser) kann eine Aufheizkurve erstellt werden, aus deren Verlauf die geothermischen Untergrundparameter bestimmt werden können.

Erweiterter Thermal-Response-Test (e-TRT)

Die ersten Verfahren zur tiefenorientierten Wärmeleitfähigkeitsbestimmung an Erdwärmesonden erforderten eine kostenintensive Ausstattung der Erdwärmesonde mit Glasfaserkabeln und ggf. Heizdrähten. Die Messung und Auswertung der Temperaturen in den einzelnen Tiefenzonen ist mit diesen Verfahren aufwendig und ebenfalls sehr kostenintensiv. Der e-TRT kommt deshalb relativ selten zur Anwendung.

Es ist nun möglich, einen durchgeführten Thermal-Response-Test in Kombination mit aufgenommenen Temperatur-Tiefenprofilen als e-TRT auszuwerten. Bei dem Mess- und Auswerteverfahren ist es möglich die effektive Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes in nahezu jedem Tiefenabschnitt zu bestimmen. Hierbei können Wärmeleitfähigkeits-Tiefenprofile erstellt werden, die eine deutlich erhöhte Planungssicherheit und eine optimierte Nutzung der geothermischen Ressource ermöglichen. So können z.B. Zonen mit besonderen regenerativen Eigenschaften detektiert und gezielter in die Planung eingebunden werden. Die Auswertung eines TRT als e-TRT in Kombination mit Temperatur-Tiefenprofilen ist nur unwesentlich kostenintensiver als ein Standard-TRT.

Spezifikationen

Thermal–Response-Tests werden in unserem Hause mit modernen, kompakten Messeinrichtungen durchgeführt, welche neben der Temperaturmessung auch eine Erfassung der Durchflussraten sowie der in den Untergrund eingebrachten Wärmeenergie ermöglicht. Des Weiteren bieten unsere Geräte die Möglichkeit der Messung und Erfassung der Außenlufttemperaturen sowie der Gerätegehäusetemperaturen, um mögliche Wärmeverluste durch eine nicht ausreichende Isolierung der Anschlussleitungen oder der Gerätekomponenten erkennen zu können. Zur Erzeugung der erforderlichen Heizwärme stellen die Geräte ein Kompaktheizgerät mit 3 einzel ansteuerbaren Heizstäben mit jeweils 3 kW Leistungsaufnahme zur Verfügung. Diese Anordnung ermöglicht variable Versuchsdurchführungen mit Soll-Heizleistungen von 3 kW, 6 kW und 9 kW. Durch Netzspannungen und Leitungsverluste werden die Sollleistungen jedoch im Allgemeinen nicht erreicht. Deshalb erfolgt eine elektronische Erfassung der eingebrachten Heizenergie über einen digitalen Energiezähler und eine Bestimmung des mittleren Wärmestroms. Die Datenaufzeichnung erfolgt über hochgenaue 16 Bit A/D Wandler und Datenlogger mit Datenfernübertragungsmodul unterbrechungsfrei über den gesamten Versuchzeitraum (ca. 5.000 bis 9.000 Einzelmesswerte über den Versuchzeitraum von 48 bis 96 Stunden). Die Datenspeicher werden arbeitstägig per Funk ausgelesen. Die Dokumentation der Messwerte sowie die Versuchsergebnisse (Wärmeleitfähigkeit, thermischer Bohrlochwiderstand) erfolgt gemäß Auftraggeberanforderung in Form von Messwert- und Ergebnisprotokollen oder in ausführlichen Berichten.

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