Ziel der Entwicklung
Stand der Technik bei der Nutzung oberflächennaher Geothermie als Wärmequellensystem für erdreichgekoppelte Wärmepumpen sind Sole-Sonden bis etwa 100 Meter Tiefe oder direktverdampfende Erdwärmekollektoren bis zu einer Tiefe von etwa 1,5 Meter. Im Forschungsprojekt wurde die Zielstellung einer Direktverdampfer-Erdwärmesonde DV-EWS bis maximal 100 m Tiefe verfolgt. Die Sonde zur Nutzung des geothermischen Potenzials ist als Verdampfer Bestandteil der Wärmepumpe. Dieser in den primären Kältekreislauf einer Wärmepumpe eingebundene Sonden-Typ ist für eine weitere Effizienzsteigerung des gesamten Systems geeignet.
Vorteile und Lösungen
Der entwickelte Lösungsansatz weist einen sehr hohen Innovationsgrad auf. Im Forschungsprojekt wurden die Grundlagen zur Auslegung einer tiefen DV-EWS erarbeitet. Durch die Anhebung der Verdampfungstemperatur beziehungsweise des Saugdruckes des Verdichters gegenüber der Sole-EWS und dem DV-Kollektor erscheint eine bedeutende Steigerung des COP der Wärmepumpe in der Größenordnung von 10 Prozent und damit der realen Jahresarbeitszahl bei vergleichbaren Entzugsleistungen möglich. Die Ölrückführung erfolgt vereinfacht durch die zentrale Saugleitung mit dem Sauggas. Kritisch bei der Auslegung ist vor allem der (höhenabhängige) Druck- und damit Siedetemperaturverlauf der verdampfenden Zweiphasenströmung in Verbindung mit den geometrischen Auslegungsparametern der DV-EWS. Der messtechnische Nachweis an einer tiefen DV-EWS als Demonstrationsobjekt ist als nächster Schritt notwendig. Das größere Volumen der DV-EWS im Vergleich zum Verdampfer der Wärmepumpe beim Wärmequellensystem Sole-Sonde erfordert allerdings eine größere Kältemittelfüllmenge.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Markteintrittschancen werden angesichts der geänderten Randbedingungen für die Geothermie als schwierig eingeschätzt. Insbesondere das Genehmigungsverfahren, die verhältnismäßig höheren Investitionskosten im Vergleich zur Luft-/Wasser-Wärmepumpe sowie Haftungsfragen erschweren die wirtschaftliche Vermarktung. Der Markt für erdreichgekoppelte Wärmepumpen ist generell rückläufig. Umsatzerlöse entstehen vorrangig über die Vermarktung von Teilergebnissen des Projektes (Leistungsmessung von Wärmepumpen, Prüfstandsbau). Die Notwendigkeit einer Referenzanlage scheint zwingend notwendig, um beispielsweise den Nachweis der Frostfreiheit zur Verhinderung des Gefrierens des Verfüllbetons zu erbringen.