Optimierung des Regelverhaltens einer Geothermie-Anlage
Analyse und Maßnahmen für stabile Temperaturen und längere Standzeit – ein Praxisbeispiel.
Anlagenbeschreibung und Ausgangssituation
Unsere Klientanlage ist eine reversible Geothermie-Wärmepumpe (Sole/Wasser) mit 278 kW Heizleistung (30/35 °C) und 345 kW Kühlleistung (14/20 °C). Sie nutzt ein Erdsondenfeld als thermischen Speicher: Im Winter entnimmt sie Umweltenergie, im Sommer regeneriert sie das Erdsondenfeld durch Rückkühlung kondensatorseitig bei Kühlbetrieb der Anlage.
Ein ausgeglichener Jahresbetrieb verhindert ein thermisches Kollabieren des Speichers – also Einfrieren der Sonden. Kritische Beobachtung: Messdaten zeigten Sonden- Temperaturen unter 4 °C, besonders bei Außentemperaturen unter -5 °C. Folge: Häufige Abschaltungen der Wärmepumpe und Einsatz teurer Backup-Wärmequellen. Zusätzlich trat in den ersten Betriebsjahren starkes Takten der Kompressoren (insgesamt 4) auf, was die Maschinenlebensdauer verkürzt.
Unsere Analyse der Messdaten
Wir prüften Drücke, Temperaturen und Regelparameter gründlich. Ergebnis: Ist-Druck in den Soleleitungen nur 50% des Sollwerts – zu wenig Glykol. Dazu ungünstige Regelung der Wärmepumpe selbst (kein adäquates „Überheizen“ und „Unterkühlen“ der thermischen Speicher), die thermische Masse des Gebäudes wurde nicht angemessen ausgenutzt.
Die Abbildung verdeutlicht das Takten vor/nach Optimierung: Vorher kurze Zyklen, danach stabiler (beruhigter) Betrieb.
Umgesetzte Maßnahmen
- Druckanhebung: Nachfüllen von Glykol in allen Leitungen von Wärmepumpe bis Plattenwärmetauscher (primärseitig sind die Erdsonden angeschlossen). Dadurch engere thermische Kopplung: reduzierte soleseitige Temperaturspreizung, höhere Verdampfer-Austrittstemperatur, höherer COP.
- Regelparameter anpassen: Optimierung von Überheizen/Unterkühlen, um die thermische Masse im Gebäude besser zu nutzen und das Takten zu minimieren. Diese Schritte erfordern keine neuen Investitionen – nur präzise Anpassungen vorhandener Systeme.
Erzielte Ergebnisse und Vorteile
Die Maßnahmen steigern den COP der Wärmepumpe durch ein höheres mittleres Temperaturniveau in den Sonden und längere Betriebszeiten. Kompressoren takten weniger, die Standzeit verlängert sich spürbar. Kurze Hochlastphasen reduzieren sich, Sonden-Temperaturen bleiben stabil – kein Umschalten auf Backup mehr. Bilanz: Höhere Jahresarbeitszahl, bessere Effizienz, passgenau zur Amortisationsrechnung.
Sonden-Temperatur:
Vorher:
Teilweise unter 4 °C (kritisch)
Nachher:
Stabil > 4 °C
Kompressor-Takten:
Vorher:
Häufig (kurze Zyklen)
Nachher:
Reduziert (längere Laufzeiten)
COP / Effizienz:
Vorher:
Niedrig im Heizbetrieb
Nachher:
Höher, Jahresarbeitszahl ↑
Backup-Nutzung:
Vorher:
Oft bei Außentemperatur < -5 °C
Nachher:
Vermieden