Neubauquartier "An den Wichelkoppeln"

Das für das Forschungsvorhaben ErdEis III ausgewählte Neubauquartier „An den Wichelkoppeln“ befindet sich im nördlichen Stadtbereich von Schleswig. Das 3,7 ha große Areal wird im Norden durch das Gewerbegebiet Ratsteich, im Westen durch das Waldgebiet „Schulwald“, im Süden durch das Wohnbaugebiet „Oscar-Behrens-Straße“ und im Osten durch den „Kattenhunder Weg“ begrenzt. Insgesamt wurden 61 Grundstücksflächen für Einfamilien-, Doppel- und Reihen- und Mehrfamilienhäuser erschlossen.
Das gesamte Baugebiet wird erneuerbar mit Wärme und Kälte versorgt. Die dezentralen Wärmepumpen in den Gebäuden werden dabei über ein Kaltes Nahwärmenetz mit Quellwärme auf einem niedrigen Temperaturniveau versorgt. Als Quelle dienen große Erdwärmekollektorfelder sowie zwei neuartige Erdeisspeicher. Das gesamte Wärme- und Kälteversorgungskonzept wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens ErdEis II (FKZ: 03ET1634) umgesetzt und wird im Rahmen von ErdEis III (FKZ: 03EN3068) bis 2027 wissenschaftlich begleitet.

Was ist ein Erdeisspeicher?

Klassische Erdwärmekollektoren sind Rohrschlangen, die sich 1,5 m tief im Erdreich befinden und dem Boden Wärme entziehen.
© Energie PLUS Concept GmbH

Beim Erdeisspeicher liegen mehrere Ebenen übereinander und frieren das Erdreich zwischen den Ebenen kontrolliert ein. Das spart viel Fläche.
© Energie PLUS Concept GmbH

Wie wird der Erdeisspeicher betrieben?

Im Winter:
Dem Erdreich um die Kollektoren wird Wärme entzogen, wodurch es eingefroren wird. Über das Kalte Nahwärmenetz wird die Wärme zu den Gebäuden geleitet.

Im Frühling:
Die oberste Schicht wird natürlich durch Sonneneinstrahlung und Niederschläge regeneriert. Die unteren Schichten sind davon abgeschirmt.

Im Sommer:
Die unteren Schichten können zum Kühlen verwendet und dabei aktiv regeneriert werden.

Im Herbst:
Der regenerierte Erdeisspeicher kühlt sich durch den Wärmeentzug wieder ab und beginnt zu vereisen.

Übersicht Umsetzung Baugebiet

Zur Minimierung des Erdaushubs wurde die Form des Erdeisspeichers optimiert. Die vier Ebenen wurden trichterförmig an die abzuböschende Fläche angepasst.

Die hier dargestellte unterste Ebene des Erdeisspeichers befindet sich fünf Meter unterhalb der Geländeoberkante und nimmt eine Fläche von etwa 160 m² ein.

Hier ist die Großkollektoranlage unter der Freifläche zu sehen. Sie besteht aus fast 100 Kollektormodulen mit einer Größe von 2 x 5 m.

Einbau der Großkollektoranlage unter der Freifläche. Die einzelnen Kollektormodule werden miteinander verbunden.

Die PVT-Module auf dem Dach der Feuerwache sind eine Kombination aus Photovoltaik und Solarthermie und liefern sowohl Strom als auch Wärme.

Die Energiezentrale beinhaltet die gesamte Mess-, Steuerungs- und Regeltechnik der Wärmeversorgung. (1)

Die Energiezentrale beinhaltet die gesamte Mess-, Steuerungs- und Regeltechnik der Wärmeversorgung. (2)

Zur Messung der Wärmeleitfähigkeit des Bodens wurde ein mobiles TRT-Gerät (Thermal-Response-Test) gebaut und getestet.

Zur wissenschaftlichen Begleitung wurden im Erdreich Feuchte- und Temperaturfühler installiert. Im Bild ist ein Gitter mit mehreren Temperaturfühlern in definierten Abständen zum Kollektor zu sehen.

Zukünftig können die Bewohnerinnen und Bewohner über eine App ihren Wärme- und Stromverbrauch sowie die eigene PV-Stromerzeugung einsehen. (1)

Zukünftig können die Bewohnerinnen und Bewohner über eine App ihren Wärme- und Stromverbrauch sowie die eigene PV-Stromerzeugung einsehen. (2)

Ausblick ErdEis III

Forschungsvorhaben ErdEis III

Nach den Vorgängerforschungsvorhaben ErdEis (2016-2019, FKZ: 03ET1382) und ErdEis II (2019-2022, FKZ: 03ET1634), bei welchen die theoretische Idee eines Erdeisspeichers entstand sowie dessen erstmalige Umsetzung realisiert wurde, folgt in ErdEis III (FKZ: 03EN3068) bis 2027 die Auswertung der gewonnenen Messdaten. Dabei kann das in ErdEis II entwickelte und umgesetzte Monitoringkonzept genutzt werden, bei dem sowohl die Erdeisspeicher, Großkollektoranlagen, die Photovoltaik-thermischen-Module, die Energiezentrale als auch die Gebäude mit Messtechnik ausgerüstet wurden. Durch die Messdaten kann das System optimiert werden, was zu niedrigeren Betriebskosten führt.
Daneben soll dieses quellenseitig optimierte Wärme- und Kälteversorgungskonzept zu einem intelligenten und sektorengekoppelten Strom-, Wärme- und Kälteversorgungskonzept weiterentwickelt werden. So können durch neue Geschäftsmodelle beispielsweise Photovoltaik-Überschüsse der Bewohner direkt vor Ort genutzt werden. Das erlaubt eine weitere Optimierung des Gesamtsystems und entlastet die Stromnetze.

Die Partner

In ErdEis III beteiligte Partner

Schleswiger Stadtwerke GmbH: Die Stadtwerke sind Betreiber und Vermarkter des Baugebietes. Sie waren und sind für die Planung, Umsetzung und technische Koordination verantwortlich. Des Weiteren bringen sie ihre Erfahrung und Geschäftsmodelle in das Projekt ein.

FH Westküste: Die FH Westküste übernimmt das wissenschaftlich unabhängige Monitoring der Inbetriebnahme, der Betriebsstrategien, den Systembenchmark und die Untersuchung der Systemdienlichkeit des „District Energy Management Systems“.

Consolinno Energy GmbH: Consolinno entwickelt Hard- & Software für die Analyse und –Optimierung von komplexen Energiesystemen. In ErdEis III entwickeln sie das sektorgekoppelte, intelligente „District Energy Management System“.

Energie PLUS Concept GmbH: Als Consultant bringt die Energie PLUS Concept ihre Expertise in oberflächennahester Geothermie ein. Die Hauptaufgabe ist die Entwicklung und Optimierung von Betriebsstrategien der erneuerbaren Wärmequellen.

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg: Die Friedrich-Alexander-Universität führt alle geologischen Untersuchungen durch. Dabei bringen sie ihr Fachwissen zur Auswertung bodenkundlicher, hydro-/geologischer und meteorologischer Datensätze ein.

Technische Universität Dresden: Die TUD ist im Projekt für die Modellierung des Erdeisspeichers und des kalten Nahwärmenetzes verantwortlich. Dabei kommt eigens entwickelte Simulationssoftware zum Einsatz. Mit DELPHIN wird der gekoppelte Wärme- und Feuchtetransport im Erdreich simuliert. Simulationen des kalten Nahwärmenetzes und der Gebäude werden mit SIM-VICUS durchgeführt. Dabei lassen sich beide Simulationsmodelle mit MASTERSIM in einer gemeinsamen Simulation koppeln. Im Projekt wird die Simulationssoftware weiterentwickelt und validiert um damit verschiedene Varianten und Betriebsweisen zu untersuchen.

In ErdEis II beteiligte Partner

RWTH Aachen University: Die RWTH war im Vorgängervorhaben ErdEis II beteiligt. Dort erstellten sie Simulationsmodelle für das Kalte Nahwärmenetz und unterstützen mit ihren Studien dessen Planung und Auslegung.

Weitere Informationen

Abschlussbericht Vorgängervorhaben ErdEis II

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