Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heizund Kühlanlage in Aarau

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1 Projekt Nr. : Vertrags Nr.: Forschung Geothermie Im Auftrag des Bundesamtes für Energie Zwischenbericht: November 2009 Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heizund Kühlanlage in Aarau ausgearbeitet durch Dr. Oliver Sachs, Dr. Mark Eberhard EBERHARD & Partner AG General Guisan-Strasse 2, 5000 Aarau

2 INHALTSVERZEICHNIS ZUSAMMENFASSUNG 1 SUMMARY 1 1. AUFTRAG 2 2. STAND DER TECHNIK 2 3. GEOLOGIE / HYDROGEOLOGIE 3 4. GEOTHERMISCHES UMFELD 3 5. MESSKONZEPT / MESSINSTALLATION 3 6. BISHERIGE ERGEBNISSE 5 GRUNDLAGEN / LITERATUR 8 ANHANG 8 BEILAGEN 9 EBERHARD & Partner AG, Aarau

3 ZUSAMMENFASSUNG Wird erst im Schlussbericht erstellt. SUMMARY Wird erst im Schlussbericht erstellt. EBERHARD & Partner AG, Aarau Seite 1

4 1. AUFTRAG Von der EBERHARD & Partner AG wurde im November 2007 beim Bundesamt für Energie (BFE) ein Gesuch zur finanziellen Unterstützung des Forschungsprojektes zur Überwachung und Auswertung einer geothermalen Forschungsanlage eingereicht. Durch das Forschungsprojekt sollen weiterführende Erkenntnisse zur Effizienzsteigerung der Wärmeenergiegewinnung, der Taupunktproblematik einer EWS-Anlage im Freecoolingbetrieb sowie die Behaglichkeit der Räumlichkeiten nach SIA Vorgaben gewonnen werden. Weiterhin werden Softwaresysteme zur Dimensionierung von Erdwärmesonden mit den erhobenen Daten evaluiert. Aufgrund des Gesuches vom 15. November 2007 wurde der EBERHARD & Partner AG mit Verfügung vom 24. Januar 2008 vom Bundesamt für Energie (BFE) der Auftrag zum Aufbau einer geothermalen Forschungsanlage an der General Guisan-Strasse 2 in Aarau erteilt (Beilage 1 bis 4). Das Geschäftsgebäude hat eine Nutzfläche von etwa 1000 m². Der Energiebedarf (Heizung und Warmwassererzeugung) wird durch drei, je 225 m tiefe Erdwärmesonden sichergestellt. 2. STAND DER TECHNIK Die Technik der geothermischen Gewinnung von Wärmeenergie mittels Erdwärmesonden (EWS) wird bereits seit den 1970er Jahren eingesetzt. Seither erlebte diese Technologie einen rasanten Aufschwung so beziehen von den in der Schweiz installierten 140'000 Wärmepumpenanlagen etwa 65'000 ihre Energie aus Erdwärmesonden. Das ist weltweit die höchste Dichte dieses Heizungstyps. Allgemein gilt diese Technik heute als ausgereift. Im Gegensatz zu einer konventionellen Heizung kann man mit einer EWS-Anlage das Raumklima in einem gewissen Umfang abkühlen. Genau dieser Aspekt ist in den letzten Jahren angesichts der zu erwartenden Klimaerwärmung und in Anbetracht der Lebensdauer einer Erdwärmesonden-Heizung zunehmend in den Fokus gerückt. Diese als Freecooling bezeichnete Klimatisierung hat gegenüber einem konventionellen Heizsystem gleich mehrere Vorteile: Kühlung von Wohn- und Geschäftsräumen Saisonale Speicherung von Wärmeenergie Verkürzung der Regenerationszeit nach der Heizperiode Wenn die in den Boden geführten Wärmemengen genauer quantifiziert werden, können beispielsweise die Regenerationsphasen einer EWS-Anlage besser eingeschätzt werden. Sind die Entnahme- und Rückgabemechanismen sowie physikalischen Parameter bekannt, können zudem neue Modelle entwickelt werden, welche eine genauere Dimensionierung der geplanten EWS-Anlage erlauben. Diese Überlegungen ermöglichen erst die Realisierung einer kostengünstigen und gleichzeitig effizienten EWS-Heizung. EBERHARD & Partner AG, Aarau Seite 2

5 3. GEOLOGIE / HYDROGEOLOGIE Die Aufschlussbohrungen haben gezeigt, dass der überwiegende Teil der Erdwärmesonden in den Kalken des Jura realisiert wurden (Beilage 5). In den oberen 34 m liegen quartäre Deckschichten und Ablagerungen vor. Diese werden ab 34 m von 10 m mächtigen Kalksteinen der Wangener Schichten gefolgt. Ab 48 m liegen die Kalksteine der Crenularis- Schichten mit einer Mächtigkeit von 4 m und anschliessend die 16 m mächtigen Geissberg- Schichten vor. In den restlichen 159 m bis zur Endtiefe der Bohrungen wurden die Mergelkalke der Effinger-Schichten angetroffen. 4. GEOTHERMISCHES UMFELD Der Thermal Response Test (TRT) ist eine etablierte Standardmethode, mit der die physikalisch-thermischen Eigenschaften des direkten Sondenumfeldes bestimmt werden. Neben der effektiven Wärmeleitfähigkeit werden der thermische Bohrlochwiderstand sowie die mittlere ungestörte Untergrundtemperatur ermittelt. Diese drei Parameter sind die wesentlichen Eingangsgrössen zur Berechnung des thermischen Verhaltens einer oder mehrerer Erdwärmesonden bzw. dienen als Grundlage zur Optimierung von geothermischen Anlagen. Die detaillierten Messwerte sind vor allem dann interessant, wenn man Planungssicherheit bei der Beurteilung einer Erdwärmesonden-Anlage erhalten will. Ebenso wird die Abschätzung der Leistungsfähigkeit einer EWS schwierig, wenn wassergefüllte Klüfte erbohrt werden. Da dies bei der Erstellung der Forschungs-EWS der Fall war (vgl. Beilage 5) sollte noch vor dem Beginn der eigentlichen Messkampagne ein TRT durchgeführt werden. Am wurde mit dem kabellosen Datenlogger NIMO-T der GEOWATT AG ein ungestörtes Temperatur-Tiefenprofil durch einen Schenkel der Sonden-U-Rohre als Referenzprofil erstellt (Beilage 6). Der Bereich zwischen 0 und 25 m ist stark durch jahreszeitliche Temperaturschwankungen beeinflusst (Beilage 6, Pfeil). Weiter zeigten die Untersuchungen, dass ab einer Tiefe von 125 m die Temperatur mit etwa 0.06 K/m steigt. Dieser hohe geothermische Gradient wird mit dem nordschweizerischen Permo-Karbon-Trog in Verbindung gebracht. Die bestimmte mittlere ungestörte Gebirgstemperatur beträgt 14.4 C. Unmittelbar nach dem TRT wurden zwei Temperaturprofile erstellt. Beide zeigen zwischen 25 und 50 m Tiefe einen unregelmässigen Verlauf. Diese Anomalien werden durch einen geringen Grundwasserzustrom verursacht, welcher eine schnellere Regeneration der Bodentemperatur zur Folge hat. Die Auswertungen des TRT ergaben eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 2.14 W/(m K) und einen relativ geringen Bohrlochwiderstand von Rb = (m K)/W, welcher einen deutlichen Hinweis auf eine gute Einbindung der EWS in den Untergrund gibt. Die Ausgangsbedingungen der drei Sonden waren damit hinreichend bekannt. 5. MESSKONZEPT / MESSINSTALLATION Das Messkonzept wurde an die Ziele des Forschungsprojektes angepasst, dementsprechend entworfen und ausgeführt (Beilagen 7 & 8). Drei Wärmezähler messen die Wärmeenergie, welche pro Stunde aus den Sonden entnommen oder zurückgegeben wird. Daran EBERHARD & Partner AG, Aarau Seite 3

6 gekoppelt sind Betriebsstundenzähler, welche für alle Laufzeiten der im System befindlichen Pumpen (Wärmepumpe, Primär-, Heiz- und Kühlpumpe sowie Ladepumpe für Warmwasserspeicher) aufzeichnen. Da Heizungspumpen mit immer gleichen Stromaufnahmen betrieben werden, kann aus Laufzeit und Stromaufnahme der genaue Stromverbrauch berechnet werden. Durch diese Messanordnung ist es möglich, die Effizienz der Anlage, wenn nötig täglich, sogar stündlich zu berechnen. Weiterhin werden die Temperaturen im Primärkreislauf durch 5 Temperaturfühler überwacht. Diese wurden in den Sonden auf 50 m, 125 m sowie auf 225 m Tiefe installiert. Weiterhin wird die Vorlauf- bzw. Rücklauftemperatur nach dem Sammelblock gemessen. Die Temperaturen des Sekundärkreislaufs werden ebenfalls durch 5 Temperaturfühler registriert. Diese sind direkt an der Wärmepumpe am Vor- und Rücklauf des Heizkreislaufes sowie beim Einlauf, respektive Rücklauf in die Fussbodenheizung installiert. Ein weiterer Temperatursensor ist mit der Fussbodenheizung verlegt und im Anhydrit-Unterboden eingegossen worden. Dieser Temperaturfühler nimmt ferner eine Schlüsselstellung in Bezug auf die Taupunktproblematik ein. Weitere Temperaturfühler überwachen die Rauminnentemperaturen auf drei verschiedenen Raumhöhen (35, 150, 230 cm) sowie die Aussentemperatur. Ein Hygrometer misst die Luftfeuchtigkeit im Innenraum des Grossraumbüros. Durch diese Daten ist es möglich die sukzessive Bauaustrockung sowie im Freecooling-Betrieb die Kondensationswahrscheinlichkeit zu überwachen. Insgesamt werden 27 Parameter kontinuierlich gemessen und gespeichert: Folgende Daten werden automatisch in regelmässigen Abständen (5 min) erfasst: Aussentemperatur in situ-temperaturen der Erdwärmesonden auf 50, 125 sowie 225 m Bodentemperatur der Fussbodenheizung des Büroinnenraumes Lufttemperaturen im Büroinnenraum auf 35 cm, 150 cm sowie 230 cm Vor- und Rücklauftemperatur der Erdwärmesonde Vor- und Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes Temperaturen des Kühlkreises im Vor- und Rücklauf Luftfeuchte im Büroinnenraum Folgende Parameter werden stündlich automatisch erfasst: Wärmezählung im Primärkreislauf (in kwh) Wärmezählung im Sekundärkreislauf (in kwh) Wärmezählung im Kühlbetrieb (in kwh) Durchflussmessung im Primär- und Sekundärkreislauf (in m³/h) Durchflussmessung im Kühlkreislauf (in m³/h) Betriebsstundenzählung Wärmepumpe Betriebsstundenzählung Primärpumpe Betriebsstundenzählung Umwälzpumpe Speicherladung Betriebsstundenzählung Umwälzpumpe Heizen Betriebsstundenzählung Umwälzpumpe Kühlen Betriebsstundenzählung Umwälzpumpe Brauchwarmwasser EBERHARD & Partner AG, Aarau Seite 4

7 Die Daten sollen unter Alltagsbedingungen erstmals zu jedem Zeitpunkt einen genauen Zustand des gesamten Heizungssystems über das gesamte Jahr ermitteln. Daneben sind die in den Boden eingebrachten bzw. entzogenen Wärmemengen von besonderem Interesse. Wie gut kann man saisonal Wärme wirklich speichern? Wie schnell regenerieren sich die Sonden nach der Heizphase durch die Einbringung der überschüssigen sommerlichen Gebäudewärme? Wie gut stimmen die auf Simulationen basierenden Erhebungen und Empfehlungen der Heizanlage wirklich mit der Praxis überein? Zur Beantwortung dieser grundlegenden Fragen wurde bereits 2007 mit der Planung einer Pilot- und Demonstrationsanlage im neuen Bürogebäude der EBERHARD & Partner AG begonnen. Neben der Auslegung der Sondenlänge und der Anlagespezifikation (Wärmepumpe für Heizung / Kühlung, Wärmetauscher, Fussbodenheizung etc.) wurden gleichzeitig frühere Forschungsergebnisse berücksichtigt. In der Vergangenheit durchgeführte Untersuchungen zeigten, dass ein deutlicher Wärmeverlust im obersten Teil einer nicht isolierten Erdwärmesonde auftreten kann (Eberhard, 2003, 2004a+b & 2005). Um eine saisonale Beeinflussung der Soletemperaturen weitgehend ausschliessen zu können, wurden die obersten Meter der Erdwärmesonden mit Tubolit isoliert. Die drei Sonden werden im Technikraum (Keller) durch einen Sammelblock zusammengeführt. 6. BISHERIGE ERGEBNISSE Die Wärmepumpe (NATURA CD60 bzw. Vitocal 300 CD60) wurde während der Heizphase 2008 / 2009 bzw. im Sommer 2009 mit den werksseitig vorgenommenen Einstellungen für Heizung und Warmwassererzeugung betrieben. Für vergleichende Untersuchungen wurden diese Einstellungen zu Beginn der Heizphase 2009 / 2010 optimiert. Abbildung 1 zeigt die wichtigsten Temperaturverläufe über einen Zeitraum von 8 Monaten. Die Sondendaten spiegeln die jeweilige Temperatur im Betriebszustand wider, d. h. die Anlage läuft mindestens 20 Minuten bevor die Messwerte als in Betrieb erfasst werden. Der Temperaturverlauf in den drei Tiefenniveaus in den Sonden korreliert sehr gut mit den gemessenen Aussentemperaturen. Die tiefsten Sondentemperaturen werden im Januar, dem kältesten Monat, erreicht. Anschliessend steigen die Aussen- und Sondentemperaturen bis Ende April kontinuierlich an. Während der ganzen Zeit wird der Temperaturentzug aus dem Wasser / Glykol-Gemisch der Sole kontinuierlich bei etwa 3 K Temperaturdifferenz gehalten. In der Nordschweiz waren der Mai und Juni 2009 etwa 3 bis 5 C über dem langjährigen Monatsmittel (Quelle: MeteoSwiss). Auch die am Gebäude der EBERHARD & Partner AG gemessenen mittleren Aussentemperaturen spiegeln diesen Trend wider. Im gesamten Mai wurde nur Wärme für die Erzeugung des Warmwassers aus den Sonden entzogen. Ende Juni kühlten nachts die Aussentemperaturen für mehr als 3 Stunden auf unter 17 C ab. Aufgrund der werksseitigen Einstellungen beginnt dann die Wärmepumpe für ein paar Stunden ihren Heizbetrieb. Am 25. Juni wurde dann der Freecooling-Betrieb der EWS-Anlage eingeschaltet. Aufgrund der hohen Gebäudetemperaturen stiegen die Temperaturen in den EWS-Sonden anfangs ungewöhnlich stark an. Erst im Laufe des Juli normalisierten sich die Temperaturwerte wieder. Da im Freecooling-Betrieb die Fliessrichtung des Sondenkreislaufs umgekehrt wird, werden nun die höchsten Temperaturen am Sondenkopf (grün) und die tiefsten Werte bei EBERHARD & Partner AG, Aarau Seite 5

8 50 m (rot) gemessen. Tendenziell waren die Nachttemperaturen im Juli etwas kälter, so dass bei einer mehrstündigen Unterschreitung der Aussentemperatur von 17 C der Heizbetrieb kurzzeitig aufgenommen wurde. Dies zeigen die Sondentemperaturen sowie das Hin- und Herspringen der Temperaturdifferenz zwischen +/- 3 Kelvin. Hier besteht von den werksseitigen Einstellungen der Wärmepumpe noch Verbesserungsbedarf. Abb. 1: Saisonale Temperaturentwicklung in den Erdwärmesonden (EWS): links ist die Temperaturskala der EWS-Fühler (grün, rot, orange), rechts ist die Temperaturskala für die Aussentemperaturen (hellblau) bzw. die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf (schwarz). Die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf soll 3 bis 4 Kelvin betragen. In der Graphik wurde diese Differenz für den Heizbetrieb bei +3 bis +4 C bzw. im Freecooling bei -3 bis -4 C eingezeichnet. Weitere Erläuterungen im Text. Detaillierte Raummessungen werden in Abbildung 2 dargestellt. Der gewählte Zeitraum erstreckt sich von Sonntag (Feiertag) bis Dienstag (Arbeitstag). Aus Abbildung 2 geht hervor, dass während des Heizens die Luft im gesamten Raum eine einheitliche Temperatur von etwa 24 C besitzt (Sonntag, 4:00 bis 7:00 Uhr). Mit dem Anstieg der Aussentemperatur und dem Einsetzen des Freecoolings entsteht eine thermische Schichtung zwischen kühlem Fussboden, Raum unten und Raum oben. Obwohl während der Werktage mindestens 7 Personen anwesend sind und immer wieder gelüftet wird, kommt es zu einer stabilen Schichtung der Raumluft. Wenn die Aussentemperatur auf über 27 C steigt, hält der Fussboden konstant eine Temperatur von etwa 19 C und die Raumluft hat eine Temperatur von etwa 24 C. Im Juli / August hatten wir Aussentemperaturen von über EBERHARD & Partner AG, Aarau Seite 6

9 30 C, während das Bürogebäude durch das Freecooling um 5 bis 6 C kühler war. Der Kühleffekt wird durch die Strahlungskälte der grossen Fussbodenfläche verstärkt. Im gesamten bisherigen Beobachtungszeitraum ergeben sich bezüglich der Taupunktproblematik keinerlei Probleme. Insgesamt zeigen die bisherigen Daten, dass das Messkonzept funktioniert. Im zweiten Schritt werden die eingesetzten Energien sowie die entzogenen bzw. eingebrachten Wärmemengen genauer quantifiziert. Ein wesentliches Ziel wird eine Behaglichkeitsanalyse sein. Daneben soll die Möglichkeit einer gezielten Optimierung der geothermischen Anlage untersucht werden. Die Werkseinstellungen sollten auf das Gebäude bzw. den Verbrauch angepasst werden. Mit geringem Aufwand können hier deutliche Effizienzsteigerungen bezüglich der Kosten und des Wirkungsgrades vorgenommen werden. Abb. 2: In rot wird die Temperatur des Bodens (Fussbodenheizung) während einer kurzen Heizphase (Aussentemperatur sinkt kurz unter 17 C), des Freecoolings und der Stillstandszeiten dargestellt. Der Temperaturfühler Raum unten befindet sich 35 cm, der Fühler Raum oben 2,30 m über dem Boden. Die Raumfeuchte wurde zur Information, wann gelüftet wird (z.b. 7:00 Uhr Lüften), mit dargestellt. Bei der Aussentemperatur handelt es sich um 5 Minuten Werte des am Gebäude installierten Temperaturfühlers. Weitere Erläuterungen im Text. EBERHARD & Partner AG, Aarau Seite 7

10 GRUNDLAGEN / LITERATUR Eberhard, M. (2003). Wirtschaftlichkeitsermittlung einer Sondenisolation im obersten Abschnitt einer Erdwärmesondenanlage Otelfingen ZH. Bundesamt für Energie, Publikationsnummer Eberhard, M. (2004a). Isolation von Erdwärmesonden Zusammenstellung von bisherigen Erfahrungen. Bundesamt für Energie, Publikationsnummer Eberhard, M. (2004b). Wärmepumpen-Anlage Chestonag Automation AG, Seengen (AG). Bundesamt für Energie, Publikationsnummer Eberhard, M. (2005). Erdwärmesondenfeld Aarau Heizen und Kühlen ( Free-Cooling ) eines grossen Bürogebäudes mit teilweise wärmeisolierten Erdwärmesonden. Bundesamt für Energie, Publikationsnummer ANHANG Beilagen Projektleitung: Dr. M. Eberhard, Dr. O. Sachs Aarau, 24. November 2009 EBERHARD & Partner AG Geologie Energie Umwelt EBERHARD & Partner AG, Aarau Seite 8

11 BEILAGEN 1 Ausschnitt aus der Grundwasserkarte des Kantons Aargau, Onlinedaten aus AGIS 2 Grundrissplan vom Untergeschoss des Bürogebäudes, General Guisan-Strasse 2 3 Erstellung der Forschungs-Erdwärmesonde 4 Fotodokumentation Bürogebäude General Guisan-Strasse 2 5 Geologisches Profil der EWS General Guisan-Strasse 2 6 Responsetest der EWS und anfängliches Temperaturprofil 7 Prinzipschema der Wärmepumpenanlage und Messapparaturen 8 Dokumentation der Messapparaturen (Heizanlage) EBERHARD & Partner AG, Aarau Seite 9

12 Beilage 1 Ausschnitt aus der Grundwasserkarte des Kantons Aargau, Onlinedaten aus AGIS Standort der Anlage Bürogebäude mit geothermaler Forschungsanlage General Guisan-Strasse 2 Gebiet sehr grosser Grundwassermächt igkeit (> 20 m) Gebiet grosser Grundwassermächt igkeit (10-20 m) Gebiet geringer Grundwassermächt igkeit (< 2 m) Grundwasserisohypse (m ü. M.) bei Mittelwasserstand Grundwasserfassung mit Nummer und Entnahmemenge in l/min Quellfassung (min./max in l/min) Gebiet mittlerer Grundwassermächt igkeit (2-10 m) Gebiet geringer Grundwassermächtigkeit (< 2 m) Schotter-GW-Leiter über den Tälern A Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heiz- und Kühlanlage in Aarau

13 Beilage 2 Grundrissplan vom Untergeschoss des Bürogebäudes, General Guisan-Strasse 2 Erdwärmesonde 225 m tief mit T-Fühler auf 50 m Erdwärmesonde 225 m tief mit T-Fühler auf 125 m Erdwärmesonde 225 m tief mit T-Fühler auf 225 m A Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heiz- und Kühlanlage in Aarau

14 Beilage 3 Erstellung der Forschungs-Erdwärmesonde Installation der Bohrstelle Bohrtisch und Bohrgestänge beim Bohren einer Erdwärmesonde Isolierung der Zu- und Ableitungen mit Tubolit Eine der drei 225 m tiefen Erdwärmesonden A Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heiz- und Kühlanlage in Aarau

15 Beilage 4 Fotodokumentation Bürogebäude General Guisan-Strasse 2 Gebäudeansicht aus Nord-West Gebäudeansicht aus Süd-West Lage der Erdwärmesonden Lage der Heizzentrale A Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heiz- und Kühlanlage in Aarau

16 PROJEKT: Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer Heizund Kühlanlage in Hammerspülbohrung Aarau AUFTRAGGEBER: AIM Projektmanagement/Lämmli Architektur AG STANDORT: General Guisan-Strasse 2, 5000 Aarau BAULEITUNG: UNTERNEHMER: GEOL. AUFNAHME: OK BOHRLOCH: KOORDINATEN: RICHTUNG: NEIGUNG: ca. 411 m ü.m. 646'255/247'800 - vertikal BOHRBEGINN: GESAMTLÄNGE: 225 m BOHRENDE: PROJEKT-NR.: A879 / A934 Lithologie Verrohrung EBERHARD & Partner AG, General Guisan-Str Aarau; Tel: PBS Bohr AG, 6221 Rickenbach LU M.Müller m Geotechnische Beschreibung des Bohrgutes Geol. Interpretation/ Gesteinsformation Geologischer Zeitabschnitt Toniger Silt, hellbraun, mit vereinzelten Kieskomp. Ø 1-2 cm Schwemmlehm Sauberer Kies, grau, Kieskomp. Ø 2-3 cm Kies mit geringem Sandanteil, grau Kieskomp. Ø 1-2 cm Sauberer Kies, grau, Kieskomp. Ø 2-3 cm Hochterrassenschotter Quartär Kies mit hohem Sandanteil, graubraun Kieskomp. Ø 2-4 cm Siltiger Kies, hellbraun, Kieskomp. Ø cm Kies m. geringem Sandanteil, grau, Kieskomp. Ø 1-2 cm Toniger Silt, braun mit grünlichen Schlieren Toniger Silt, hellbraun mit Kalkbruchstücken verwitterte Wangener Schichten Kalkstein, beige-grau Wangener Schichten Kalkstein, hellgrau, mit Glaukonit Crenularis Schichten Kalkstein, beige-gelblich Geissberg Schichten Mergelkalkstein, bräunlich grau verwitterte Effinger Schichten Mergelstein, dunkelgrau Mergelkalkstein, bräunlich grau Wassereintritt geringer Wasserzutritt Mergelkalkstein, grau Mergelstein, dunkelgrau Mergelstein, hellgrau Mergelstein, grau Mergelkalkstein, dunkelgrau Effinger Schichten Malm mergeliger Tonstein, dunkelgrau Mergelstein, dunkelgrau Mergelkalkstein, dunkelgrau mergeliger Tonstein, dunkelgrau Mergelstein mit Markasit, dunkelgrau 176 Wasserzutritt nimmt gering zu Mergelkalkstein, dunkelgrau Mergelstein, dunkelgrau Mergelkalkstein, dunkelgrau Mergelstein, dunkelgrau Beilage 5

17 Beilage 6 Thermal Response Test (TRT) der Erdwärmesonden und anfängliches Temperaturprofil Anfängliche mittlere Bodentemperatur Geothermischer Tiefengradient ab 125 m Thermischer Bohrlochwiderstand Mittlere thermische Leitfähigkeit der Gesteine 14.4 C 0.06 K/m K/Wm 2.14 W/mK Temperatur [ C] Tiefe [m] vor TRT ( ) nach TRT ( ) nach TRT, Kontrolle nach TRT ( ) Temperaturen vor Inbetriebnahme am (Fühler bei 50, 125, 225 m) Tiefe Bohrdurchmesser Sondentyp Rohr Rohrdurchmesser Rohr-Wandstärke Auffüllmaterial Transportflüssigkeit beim Test Durchfluss während des Tests Mittlere Wärmeleistung während des Tests 225 m 152 mm Doppel-U Polyethylen 40 mm 4 mm Bentonit Wasser und 20 % Ethylenglykol 1'909 l/h = 31.8 l/min 5'510 W / 225 m = 24.5 W/m A Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heiz- und Kühlanlage in Aarau

18 Beilage 7 Prinzipschema der Wärmepumpenanlage und Messapparaturen Brauchwasserspeicher Brauchwasserpumpe (BWP) Primärpumpe (PP) Durchflussmesser: Erdwärme aus den Sonden Sondenverteiler Temperaturfühler (PT 100) Sondenrücklauf Temperaturfühler (PT 100) Sondenvorlauf Temperaturfühler (PT 100) EWS 50 EWS 125 EWS 225 Temperaturfühler PT 100: Aussentemperatur Temperaturfühler PT 100: Heizen Vorlauf Heizen Rücklauf Ladepumpe (LP) Durchflussmesser: Nutzwärme Wärmepumpe (WP) Heizungspumpe (HP) Speicher Temperaturfühler PT 100: Raumtemperatur oben Raumtemperatur unten Bodentemperatur Temperaturfühler mitte Raumtemperatur mitte Temperaturfühler PT 100: Kühlen Vorlauf Pumpe Kühlen (PK) Durchflussmesser: Kühlung Temperaturfühler PT 100: Kühlen Rücklauf A Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heiz- und Kühlanlage in Aarau

19 Beilage 8 Fotodokumetation der Messapparaturen Heizanlage Temperaturfühler Heizen Vorlauf Heizen Rücklauf Temperaturfühler Kühlen Vorlauf Kühlen Rücklauf Durchflussmesser Wärmezähler Kühlen Umwälzpumpe Speicherladung (LP) Umwälzpumpe Heizen (HP) Wärmezähler Primärkreislauf Sekundärkreislauf Umwälzpumpe Kühlen (KP) Wärmepumpe (WP) Durchflussmesser Stromversorgung Impulsverarbeiter / Stromversorgung Wärmezähler Allgemeine Impulsverarbeitung Datenspeicherung Solekreislauf Vorlauf Solekreislauf Rücklauf A Effizienz- und thermische Behaglichkeitsermittlung einer über den Fussboden wirkenden erdgekoppelten Heiz- und Kühlanlage in Aarau