Foto: Wohnhaus der SolarCity

Manage_GeoCity - Entwicklung einer Methodik zur koordinierten Nutzung und Bewirtschaftung der oberflächennahen Erdwärme in urbanen Räumen

Anhand der Modellregion Graz wird eine Methodik für die koordinierte Nutzung und Bewirtschaftung oberflächennaher Erdwärme für Wärme- und Kühlanwendungen sowie saisonaler Speicherung in urbanen Räumen entwickelt. Dabei werden Grundwasserströmungen, unterschiedliche geologische Verhältnisse, Wärme- und Kühlbedarf, Wärmeeintrag von Solaranlagen und betrieblicher Abwärme und die Möglichkeiten der saisonalen Speicherung von Wärme im Untergrund berücksichtigt.

Kurzbeschreibung

Status

laufend

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Durch zahlreiche Wärmequellen in Stadtgebieten (z.B. Abwärme städtischer Bebauungen im Untergrund) kommt es zu einer Aufwärmung des Grundwassers und des Untergrunds ("subsurface heat island"). In manchen Fällen ist die Aufwärmung bereits so hoch, dass negative Auswirkungen auf die Trinkwasserqualität möglich sind. Andererseits stellt diese Aufwärmung des Untergrunds ein Potenzial für die geothermische Wärme- und Kältenutzung dar. Bei entsprechender Nutzung (z.B. Wärmeentzug für Heizzwecke) kann ein Abkühleffekt des Untergrunds erzielt werden.

Vor allem in urbanen Gebieten besteht das Problem, dass eine unkoordinierte Nutzung durch zahlreiche kleine Einzelanlagen sehr rasch zu einer gegenseitigen Beeinflussung und somit zu einer ineffizienten und nicht nachhaltigen Bewirtschaftung führen kann. In manchen Städten führt diese Situation bereits zur Diskussion eines Verbots des Einsatzes von grundwasserbürtiger Erdwärme vor allem für Kühlzwecke.

Durch eine koordinierte Nutzung und Bewirtschaftung der verschiedenen Erdwärmequellen unter Berücksichtigung etwaiger thermischer Vorbelastung des Untergrundes und der wasserwirtschaftlichen Rahmenbedingungen kann diese Situation verbessert und eine effiziente und nachhaltige Nutzung der im Untergrund von Stadtgebieten vorhandenen Erdwärme ermöglicht werden.

Inhalte und Zielsetzungen

Das Projektziel ist die Entwicklung einer Methodik für die koordinierte Nutzung und Bewirtschaftung oberflächennaher Erdwärme für Wärme- und Kühlanwendungen in urbanen Räumen. Dabei werden Grundwasserströmungen, unterschiedliche geothermische Verhältnisse des Untergrundes, Wärme- und Kühlbedarf, Wärmeeintrag von Solar- und Abwärme und die Möglichkeiten der saisonalen Speicherung von Wärme im Untergrund berücksichtigt.

Methodische Vorgehensweise

Die Entwicklung der Methodik erfolgt anhand des urbanen und peri-urbanen Raums der Modellregion Graz, auf Grund der guten Datenlage für den Untergrund. Für die Modellregion werden unterirdische Gunstzonen für oberflächennahe Erdwärme ohne Wasserentnahme, grundwasserbürtige Erdwärme und deren Kombinationen ausgewiesen.

In diesen Gunstzonen werden Fallbeispiele identifiziert, für die eine Wärme- und Kühlbedarfsanalyse durchgeführt wird. Das vorliegende Wärme- und Kältepotenzial des Untergrunds wird dem Wärme- und Kühlbedarf gegenübergestellt und die Möglichkeiten saisonaler Wärmespeicherung untersucht. Die Fallbeispiele werden technisch, ökonomisch und ökologisch bewertet und für ausgewählte Anwendungsgebiete in den Gunstzonen hochgerechnet.

Für die Anwendungsgebiete werden Simulationen durchgeführt. Diese verwenden ein auf ein bestehendes instationäres Grundwasser­strömungsmodell aufgesetztes Wärmehaushaltsmodell. Dabei wird die Beeinflussung der Untergrundtemperaturen durch Wärmeentnahme und -speicherung und die Beeinflussung der Gunstzone analysiert. Ein zentrales Thema ist die Berücksichtigung der thermischen und wasserwirtschaftlichen Bestandssituation und die Analyse der diesbezüglichen Verbesserungsmöglichkeiten und Nutzungsoptimierung.

Aufbauend auf den vorliegenden Ergebnissen wird eine Methodik für die koordinierte Nutzung und Bewirtschaftung der oberflächennahen Erdwärme entwickelt. Die Methodik beinhaltet eine Vorgehensweise zur verbesserten Umsetzung und Nutzungsoptimierung von Erdwärmeprojekten anhand von Kriterien/Indikatoren für den Untergrund, die energetische Nutzung und Randbedingungen (wie Bebauungspläne, Wasserqualität). Die zugrundeliegende Systematik wird so flexibel gestaltet, dass sie auf andere urbane Räume übertragen werden kann.

Die Ergebnisse werden in einem Projektbeirat mit betroffenen Stakeholdern diskutiert und publiziert, um die koordinierte Nutzung und Bewirtschaftung der oberflächennahen Erdwärme in urbanen Räumen Stadtplanern und Behörden zugänglich zu machen.

Erwartete Ergebnisse

Ergebnis des Projektes ist eine Methodik für die koordinierte Nutzung und Bewirtschaftung oberflächennaher Erdwärme für Wärme- und Kühlanwendungen in urbanen Räumen, die die Grundlage für zukünftige Nutzungs- und Bewirtschaftungspläne für Städte und Stadtgebieten bildet. Diese Methodik ermöglicht die Übertragbarkeit zentraler Bewirtschaftungsmechanismen auf andere urbane Gebiete.

Ergebnisse für die Modellregion Graz sind unterirdische Gunstzonen, untersuchte Fallbeispiele und für ausgewählte Gebiete Simulationen zur gegenseitigen Beeinflussungen verschiedener Nutzungsmöglichkeiten der oberflächennahen Erdwärme.

Projektbeteiligte

Projektleitung

JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH RESOURCES - Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

Grazer Energieagentur GmbH

Kontaktadresse

JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH
RESOURCES - Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit
DI (FH) DI Johanna Pucker
Elisabethstraße 18/II
A-8010 Graz
Tel.: +43 (316) 876 6000
E-Mail: Johanna.pucker@joanneum.at
Web: www.joanneum.at

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