Im Projekt Manage_GeoCity wurde unter der Leitung von JOANNEUM RESEARCH1 anhand der Modellregion Graz eine Methodik für die koordinierte Nutzung und Bewirtschaftung oberflächennaher Erdwärme entwickelt. Durch zahlreiche Wärmequellen (z. B. die Abwärme städtischer Bebauungen im Untergrund) kommt es in urbanen Räumen oft zu einer Aufwärmung des Untergrunds und des Grundwassers, was negative Auswirkungen auf die Grundwasserqualität haben kann. Diese unterirdische Wärme stellt gleichzeitig ein großes Potenzial für die Wärme- und Kälteversorgung in Städten dar. Mit dem Entzug der Wärme für Heiz- und Kühlzwecke wird auch ein Abkühleffekt erzielt. Doch die unkoordinierte Nutzung der Erdwärme durch zahlreiche kleine Einzelanlagen führt rasch zur gegenseitigen Beeinflussung und einer ineffizienten, nicht nachhaltigen Bewirtschaftung. Im Fokus von Manage_GeoCity standen Wärme- und Kühlanwendungen sowie die saisonale Speicherung von Wärme in urbanen Räumen. In den Analysen werden Grundwasserströmungen, unterschiedliche geologische Verhältnisse, Wärme- und Kühlbedarf, Wärmeeintrag von Solaranlagen und betrieblicher Abwärme sowie Optionen für die saisonale Speicherung von Wärme im Untergrund berücksichtigt.
Fallbeispiele aus der Modellregion Graz
Für die Modellregion Graz wurden unterirdische Gunstzonen für oberflächennahe Erdwärme ohne Wasserentnahme sowie für thermische Grundwassernutzung ausgewiesen. Für drei Fallbeispiele wurden Wärme- und Kühlbedarfsanalysen durchgeführt und dem Wärme- und Kältepotenzial des Untergrunds gegenübergestellt sowie technisch, ökonomisch und ökologisch bewertet. Mit Hilfe von Simulationen konnte die Beeinflussung der Untergrundtemperaturen durch die Wärmeentnahme und -speicherung analysiert werden. Die Methodik berücksichtigt auch etwaige thermische Vorbelastungen des Untergrunds sowie wasserwirtschaftliche Rahmenbedingungen und schafft damit die Basis für eine effiziente und nachhaltige Nutzung von Erdwärme in Stadtgebieten. Sie kann als Grundlage für zukünftige Nutzungs- und Bewirtschaftungspläne herangezogen werden und ist auf andere Städte übertragbar.
Projektergebnisse
Die Simulationsergebnisse für die zwei Fallbeispiele mit grundwasserbürtiger Geothermie zeigen, dass der Einsatz von Wärmepumpen für Heizzwecke eine deutliche Abkühlung des Grundwassers bewirken kann. Für das Fallbeispiel mit Erdwärmesondenfeld sind die räumlichen Auswirkungen im Erdreich begrenzt. Es zeigten sich keine signifikanten Temperatur-änderungen in einer Entfernung von 50 Metern. Die ökologische Bewertung macht deutlich, dass für Systeme mit Wärmepumpe die Art der Strombereitstellung einen entscheidenden Einfluss auf die gesamten Treibhausgasemissionen hat. Für Varianten mit österreichischem Strommix (mit hohem Anteil erneuerbarer Energie) liegt die Treibhausgasreduktion im Vergleich zu fossilen Heizsystemen zwischen 75 % und 85 %. Um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern, sind weitere Optimierungen der Systeme notwendig. Dies betrifft einerseits die Investitionskosten (z. B. Anzahl und Tiefe der Erdwärmesonden) und andererseits die erforderlichen Temperaturen für die Wärmeversorgung der Gebäude, die großen Einfluss auf die Effizienz der Wärmepumpen und damit auf die Stromkosten haben.
nachhaltigwirtschaften.at/resources/sdz_pdf/berichte/schriftenreihe-2018-35-manage-geocity.pdf
1 PROJEKTPARTNER: JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH (Projektleitung), Grazer Energieagentur Ges.m.b.H.
