Schloss Freudenstein Freiberg

Schloss Freudenstein Freiberg (Grafik: TU Bergakademie Freiberg)

Die Geothermieanlage "Schloss Freudenstein" im sächsischen Freiberg ging 2009 in Betrieb und dient seither zur Wärme- und Kältebereitstellung von Teilen des Schlosses, wie zum Beispiel der weltgrößten Mineraliensammlung "terra mineralia" oder des Bergarchivs. Zur Versorgung des Schlosses wird dazu der "Alte Tiefe Fürstenstolln" in ca. 50 m Tiefe unterhalb des Schlosses verwendet, aus welchem das rund 10,3 °C warme und auf 250 m Länge angestaute Grubenwasser mit Hilfe von Förderpumpen zu einem oberirdischen Wärmeübertrager gepumpt wird. Von hier aus wird die Wärme durch einen Zwischenkreislauf zur Technikzentrale des Schlosses weitergeleitet, wo sie einer Wärmepumpe als Wärmequelle zur Verfügung steht. Im Kühlfall kann durch Auskopplung der Wärmepumpe auch direkt gekühlt werden. Im Rahmen der Kooperation mit der TU Bergakademie Freiberg beschäftigten sich bereits mehrere studentische Arbeiten mit der Verbesserung und Weiterentwicklung der Anlage.

Grubenwassergeothermieanlage Schloss Freudenstein Freiberg (Grafik: TU Bergakademie Freiberg)

Um das unter Tage angestaute, ca. 10,5 °C warme Grubenwasser an die 50 m höher gelegene Geländeoberkante zu befördern, werden zwei Förderpumpen mit einem Fördervolumenstrom von je 3 l/s eingesetzt [1]. Nach der Wärmeübertragung in einem übertägig positionierten Wärmeübertrager leitet ein separater Trassenkreislauf die aufgenommene Wärme zur Technikzentrale des Schlosses. Anschließend wird das Trassenwasser je nach Betriebsart auf zwei verschiedene Arten genutzt:

  • Im Heizfall dient das durch das Grubenwasser auf ca. 8 °C bis 10 °C erwärmte Trassenwasser einer Wärmepumpe als Wärmequelle. Die Wärmepumpe entzieht dem Trassenwasser Wärme und "pumpt" diese auf ein höheres Temperaturniveau von ca. 42 °C, womit ein Pufferspeicher zur Wärmeversorgung des Schlosses beladen wird. Das um etwa 5 K abgekühlte Trassenwasser wird wiederum zum Wärmeübertrager oberhalb der Grubenwasserpumpen geleitet,  wo es erneut erwärmt wird. Die verwendete Wärmepumpe liefert eine thermische Maximalleistung von 126 kW bei einer Netzaufnahme im Nennbetrieb von ca. 29 kW. Im Heizfall kann so die Grundlast über die Versorgung der Fußbodenheizungen abgedeckt werde [2,3]
  • Im Kühlfall wird die Wärmepumpe ausgekoppelt und das Trassenwasser wird direkt in einen zweiten Wärmeübertrager geleitet. Das zur Kühlung des Schlosses mit Hilfe der Fußbodenheizung erwärmte Kühlwasser wird so direkt durch das Trassenwasser abgekühlt. Das erwärmte Trassenwasser wird wiederum zum Wärmeübertrager oberhalb der Grubenwasserpumpen geleitet wo es erneut abgekühlt wird. Der Wärmeübertrager in der Technikzentrale des Schlosses kann eine Gesamtkühlleistung von 120 kW erbringen [2].
Messwehr zur Druchflussmessung (Grafik: TU Bergakademie Freiberg)

Um die Regelung und das Monitoring der Geothermieanlage zu ermöglichen, sind an den verschiedensten Stellen Sensoren angebracht. Diese messen an mehreren Stellen die Wassertemperaturen des Grubenwassers. Zusätzlich wird die Temperatur des Grubenwassers in drei verschiedenen Schichten gemessen, um eine Temperaturschichtung des Grubenwassers und des zur Heizung des Schlosses abgekühlten Wassers auszuschließen. Eine weitere wesentliche Messeinrichtung unter Tage ist das Messwehr (vgl. Abbildung oben). Aus dem Füllstand eines Dreieckswehrs kann ein Ultraschallentfernungsmessgerät den Durchfluss durch das Wehr bestimmen. Über Tage sind zusätzlich zu den Temperaturfühlern noch Wärmemengenzähler, Volumenstromzähler und Stromzähler verbaut, um die Leistungsfähigkeit der Anlage beurteilen zu können [2,3].

Literatur

[1] Dillenardt J., Kranz K. (2010) Diplomkartierung: Geologisch-Hydrogeologische Kartierung im Alten Tiefen Fürstenstolln zur geothermischen Grubenwassernutzung im Schloss Freudenstein, Technische Universität Bergakademie Freiberg
[2] Büttner R., Kupka M., Werner S. (2010) Wärmepumpentechnik bei Einsatz von Grubenwasser am Beispiel "Schloss Freudenstein", Studienarbeit, Technische Universität Bergakademie Freiberg
[3] Grötzsch S., Kleutges J. (2011) Geothermieanlagen zur Grubenwassernutzung für Heizung und Kühlung "Reiche Zeche" & "Schloss Freudenstein", Projektarbeit, Technische Universität Bergakademie Freiberg