E.ON Energieforschungszentrum der RWTH

Betriebsoptimierung über Glasfaserbasiertes Temperaturmonitoring


Mit dem neuen Hauptgebäude E.ON Energieforschungszentrum der RWTH Aachen werden innovative Konzepte zur Gebäudeklimatisierung untersucht und unter realen Nutzungsbedingungen erprobt. Hierzu gehört auch die geothermische Nutzung des Untergrundes. Zur Wärme- und Kälteversorgung wurden 40 Bohrungen bis in eine Tiefe von 100 m in einem engen Raster abgeteuft und als Erdwärmesonden ausgebaut. Alle Sonden wurden mit Glasfaserkabeln ausgestattet, die eine kontinuierliche Erfassung der Temperatur entlang der Sonden ermöglichen. 


Die Geophysica GmbH wurde seitens der RWTH beauftragt ein geothermisches 3-D Modell zu erzeugen, in dem der Untergrund mit den Sonden im Detail abgebildet ist.  Aus der vergleichenden Analyse von Bohrlochmessdaten, Labormessungen und Thermal Response Tests wurde der Untergrund geothermisch charakterisiert. Als besonders aussagekräftig erwies sich hier die Auswertung der Gamma-Ray Messungen. Anhand der Aufzeichnung der natürlichen Radioaktivität des Untergrundes konnte ein synthetisches Wärmeleitfähigkeitsprofil berechnet und mit den gemessenen Daten  aus einem EGRT abgeglichen werden. Der Vergleich beider Profile erlaubte die Identifizierung von Zonen, in denen advektiver Wärmetransport durch Grundwasserströmung wirksam ist. 


Das geothermische 3-D Modell wurde anhand der Temperaturdaten der Glasfaserkabel und unter Berücksichtung der ausführlichen Studien zu den thermischen Eigenschaften kalibriert. Dabei zeigte sich, dass zur vollständigen Beschreibung des ungestörten Temperaturfeldes, das vor in Betriebnahme des Gebäudes aufgezeichnet wurde, die Klimavariation der letzten 500 Jahre mit berücksichtigt werden muss. Das Untergrundmodell wurde abschließend getestet und kalibriert und dem Auftraggeber zur Verfügung gestellt. Es dient als Basis für das weiterführende Temperaturmonitoring, welches seitens des E.ON Energieforschungszentrums im Rahmen eines Forschungsvorhabens durchgeführt wird. Ziel des Projektes ist es, aus der Verschneidung der im Untergrund und im Gebäude erfassten Daten eine optimierte Betriebsführung zu erzielen.






Visualisierung: 3D-Modell des Untergrundes mit 40 Sonden. Die Pfeile deuten Grundwasserströmung an, die im Übergangsbereich der kreidezeitlichen Lockersedimente und den dichten Tonsteinen des paläozoischen Grundgebirges wirksam wird.








Vergleich eines synthetischen Wärmeleitfähigkeitsprofils basierend auf Gamma-Ray Messungen mit einem gemessenen Profil eines EGRT’s (rechte Spalte). Beide Profile zeigen über weite Bereiche eine gute Übereinstimmung in Zonen mit konduktivem Wärmetransport. Differenzen zwischen beiden Profilen weisen auf advektiven Transport durch Grundwasserströmung.