Dimensionierung Erdwärmesonden - Versionsgeschichte

Wpadmin: /* Die gute Erdsonde */

2015-07-20T14:01:17Z

Die gute Erdsonde

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2015-07-20T14:00:36Z

Die gute Erdsonde

Wpadmin: /* Einzelsonde oder mehrere Sonden */

2014-12-13T14:39:40Z

Einzelsonde oder mehrere Sonden

Wpadmin: /* 1b: Ermittlung der Sondenmeter nach der Entzugsenergie */

2012-06-22T09:43:44Z

1b: Ermittlung der Sondenmeter nach der Entzugsenergie

Wpadmin: /* 1a: Ermittlung der Sondenmeter nach der Entzugsleistung */

2012-06-22T09:38:36Z

1a: Ermittlung der Sondenmeter nach der Entzugsleistung

Wpadmin: /* Methode 2: Dimensionierung durch Simulation */

2012-02-02T18:04:39Z

Methode 2: Dimensionierung durch Simulation

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2012-02-02T18:04:11Z

Methode 2: Dimensionierung durch Simulation

Wpadmin: /* 1c: Auslegung nach SIA 384/6 */

2011-05-21T12:59:03Z

1c: Auslegung nach SIA 384/6

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2011-05-21T12:56:18Z

1c: Auslegung nach SIA 384/6

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1c: Auslegung nach SIA 384/6

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 * '''Thermisch verbesserte Hinterfüllung''' verwenden. Die Standard Hinterfüllung ist Bentonit mit einer Wärmeleitfähigkeit von rund 0.7 - 0.8 W/m·K. Thermisch verbesserte Hinterfüllungen weisen eine Wärmeleitfähigkeit bis zu 2.5 W/m·K auf. Dies verbessert den Wärmeübergang vom Boden auf die Sondenrohre. Dadurch lassen sich i.a. 1-2 K höhere Soletemperaturen erzielen bzw. die nötigen Bohrmeter bei selber Soletemperatur verkürzen.
-* '''Abstandhalter''' zwischen den Rohren vermeiden einen thermischen Kurzschluss zwischen Vor- und Rücklauf. Ohne Abstandhalter liegen die Rohre eng beisammen, mit Abstandhalter werden sie nach aussen gedrückt. Sie liegen somit auch näher an der Bohrlochwand was den Wärmeübergang von der Bohrlochwand auf die Sondenrohre verbessert. Die damit erreichten Verbesserungen der Soletemperatur sind allerdings eher gering. Abstandhalter können jedoch nicht immer eingebracht werden, da das Bohrloch dazu oft zu eng ist. Dicker Bohren geht theoretisch, ist jedoch teurer. Der Mehraufwand lohnt sich in den meisten Fällen daher nicht.
+* '''Abstandhalter''' zwischen den Rohren vermeiden einen thermischen Kurzschluss zwischen Vor- und Rücklauf. Ohne Abstandhalter liegen die Rohre eng beisammen, mit Abstandhalter werden sie nach aussen gedrückt. Sie liegen somit auch näher an der Bohrlochwand was den Wärmeübergang von der Bohrlochwand auf die Sondenrohre verbessert. Die damit erreichten Verbesserungen der Soletemperatur sind allerdings eher gering. Abstandhalter können nicht immer eingebracht werden, da das Bohrloch dazu oft zu eng ist. Dicker Bohren geht theoretisch, ist jedoch teurer. Der Mehraufwand lohnt sich in den meisten Fällen daher nicht.
 * Eine möglichst '''geringe Solekonzentration''' erhöht die Wärmekapazität der Sole. Dadurch muss weniger Masse umgewälzt werden. Zudem nimmt durch die geringere Viskosität der Reibungswiderstand ab und die Solepumpe muss weniger leisten. Bei geringeren Solekonzentrationen sind geringere Geschwindigkeiten der Sole nötig um in den turbulenten Bereich zu gelangen. Der Wärmeübergang von der Rohrwandung zur Sole ist im turbulenten Bereich wesentlich besser als im laminaren. Die Solekonzentration sollte so gewählt werden, dass der Frostschutz 4-5 K unter der tiefsten je zu erwartenden Rücklauftemperatur bzw. der Abschalttemperatur der Wärmepumpe liegt. In manchen Fällen sind auch reine Wassersonden möglich.

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 * '''Thermisch verbesserte Hinterfüllung''' verwenden. Die Standard Hinterfüllung ist Bentonit mit einer Wärmeleitfähigkeit von rund 0.7 - 0.8 W/m·K. Thermisch verbesserte Hinterfüllungen weisen eine Wärmeleitfähigkeit bis zu 2.5 W/m·K auf. Dies verbessert den Wärmeübergang vom Boden auf die Sondenrohre. Dadurch lassen sich i.a. 1-2 K höhere Soletemperaturen erzielen bzw. die nötigen Bohrmeter bei selber Soletemperatur verkürzen.
-* '''Abstandhalter''' zwischen den Rohren vermeiden einen thermischen Kurzschluss zwischen Vor- und Rücklauf. Verbesserungen bis zu 1 K höherer Soletemperatur sind möglich. Ohne Abstandhalter liegen die Rohre eng beisammen, mit Abstandhalter werden sie nach aussen gedrückt. Sie liegen somit auch näher an der Bohrlochwand was den Wärmeübergang von der Bohrlochwand auf die Sondenrohre verbessert. Abstandhalter können jedoch nicht immer eingebracht werden, da das Bohrloch dazu oft zu eng ist. Dicker Bohren geht theoretisch, ist jedoch teurer. Der Mehraufwand lohnt sich in diesem Fall nicht.
+* '''Abstandhalter''' zwischen den Rohren vermeiden einen thermischen Kurzschluss zwischen Vor- und Rücklauf. Ohne Abstandhalter liegen die Rohre eng beisammen, mit Abstandhalter werden sie nach aussen gedrückt. Sie liegen somit auch näher an der Bohrlochwand was den Wärmeübergang von der Bohrlochwand auf die Sondenrohre verbessert. Die damit erreichten Verbesserungen der Soletemperatur sind allerdings eher gering. Abstandhalter können jedoch nicht immer eingebracht werden, da das Bohrloch dazu oft zu eng ist. Dicker Bohren geht theoretisch, ist jedoch teurer. Der Mehraufwand lohnt sich in den meisten Fällen daher nicht.
 * Eine möglichst '''geringe Solekonzentration''' erhöht die Wärmekapazität der Sole. Dadurch muss weniger Masse umgewälzt werden. Zudem nimmt durch die geringere Viskosität der Reibungswiderstand ab und die Solepumpe muss weniger leisten. Bei geringeren Solekonzentrationen sind geringere Geschwindigkeiten der Sole nötig um in den turbulenten Bereich zu gelangen. Der Wärmeübergang von der Rohrwandung zur Sole ist im turbulenten Bereich wesentlich besser als im laminaren. Die Solekonzentration sollte so gewählt werden, dass der Frostschutz 4-5 K unter der tiefsten je zu erwartenden Rücklauftemperatur bzw. der Abschalttemperatur der Wärmepumpe liegt. In manchen Fällen sind auch reine Wassersonden möglich.

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 Müssen mehrere Sonden gebohrt werden, ist auf einen möglichst grossen Abstand zu achten. Mindestens 6 m sollten eingehalten werden, besser sind 8 m. Ab 10m Abstand ist hingegen kaum mehr eine signifikante Verbesserung messbar. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Sonden leicht schräg voneinander weg gebohrt werden. So wird auch ein allfälliges gegenseitiges Durchdringen verhindert, da ein Bohrloch nie exakt gerade verläuft. Die Wahrscheinlichkeit dazu ist zwar sehr gering, macht dann aber ein Bohrloch unbrauchbar. Eine Annäherung der Sonden in der Tiefe verschlechtert die Sonde energetisch.
-Die Leistung der Solepumpe erhöht sich bei einer kurzen Sonden gegenüber den kurzen. Einerseits nimmt der Widerstand linear mit der Rohrlänge zu, andererseits erhöht sich die Fliessgeschwindigkeit in der langen Sonde (doppelt so hoch als bei 2), was den Reibungswiderstand im quadrat erhöht. Wird die [[Auslegung Solepumpe|Solepumpe exakt dimensioniert]], ist dieser Mehrverbrauch aber in den meisten Fällen wesentlich geringer als der Minderverbrauch der Wärmepumpe durch die höheren Soletemperaturen.
+Die Leistung der Solepumpe erhöht sich bei einer langen Sonde gegenüber den kurzen. Einerseits nimmt der Widerstand linear mit der Rohrlänge zu, andererseits erhöht sich die Fliessgeschwindigkeit in der langen Sonde (doppelt so hoch als bei 2), was den Reibungswiderstand im Quadrat erhöht. Wird die [[Auslegung Solepumpe|Solepumpe exakt dimensioniert]], ist dieser Mehrverbrauch aber in den meisten Fällen wesentlich geringer als der Minderverbrauch der Wärmepumpe durch die höheren Soletemperaturen.
 ==Die gute Erdsonde==

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 ===1b: Ermittlung der Sondenmeter nach der Entzugsenergie===
-Die etwas genauere Methode [ [[Referenzen#FAWA04|FAWA 04]] ] die Sonden bei monovalenten Anlagen auszulegen ist sie über die jährlich entzogene Energie zu berechnen. Es gilt, dass dem durchschnittlichen Erdboden (s.o.) pro Meter und Jahr 80 kWh an Wärme entzogen werden können.
+Die etwas genauere Methode [ [[Referenzen#FAWA04|FAWA 04]] ] die Sonden bei monovalenten Anlagen auszulegen ist sie über die jährlich entzogene Energie zu berechnen. Es gilt, dass dem durchschnittlichen Erdboden (s.o.) pro Meter und Jahr 80-90 kWh an Wärme entzogen werden können.
 Aus dem jährlichen Wärmeenergiebedarf Q<sub>H</sub> des Hauses (inkl. Warmwasser falls mit WP bereitet) und der Jahresarbeitszahl JAZ  der Wärmepumpe lässt sich die der Sonde entzogene Wärme Q<sub>EWS</sub> berechnen nach:

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	===1a: Ermittlung der Sondenmeter nach der Entzugsleistung===		===1a: Ermittlung der Sondenmeter nach der Entzugsleistung===
		+	Die Anwendung dieser Methode ist nicht fachgerecht. Da sie jedoch trotzdem oft angewendet wird, wird sie hier erläutert.
		+
	Bei dieser Dimensionierungsart wird angenommen, dass der Boden eine gewisse Wärmeleistung liefern kann für eine Doppel-U Sonde. Für durchschnittliche Böden mit einer Wärmeleitfähigkeit um die 2.5 W/m·K beträgt diese spezifische Entzugsleistung P<sub>s</sub> '''50 W/m bei 1'800 Betriebsstunden''' pro Jahr (nach Schweizer Dimensionierung). Böden mit höherer Wärmeleitfähigkeit können auch stärker belastet werden. Siehe Tabelle 1 für Werte für P<sub>s</sub> (Tabelle gilt für Deutsche Dimensionierung).		Bei dieser Dimensionierungsart wird angenommen, dass der Boden eine gewisse Wärmeleistung liefern kann für eine Doppel-U Sonde. Für durchschnittliche Böden mit einer Wärmeleitfähigkeit um die 2.5 W/m·K beträgt diese spezifische Entzugsleistung P<sub>s</sub> '''50 W/m bei 1'800 Betriebsstunden''' pro Jahr (nach Schweizer Dimensionierung). Böden mit höherer Wärmeleitfähigkeit können auch stärker belastet werden. Siehe Tabelle 1 für Werte für P<sub>s</sub> (Tabelle gilt für Deutsche Dimensionierung).

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 Aber auch für die Erdsonde für das Einfamilienhäuschen ist eine Simulation sehr hilfreich, und bei speziellen Bodenbedingungen auch unerlässlich. So liessen sich viele Probleme verhindern die bei falsch dimensionierten Sonden immer wieder auftreten.
-Für diesen Zweck gibt es spezielle Programme, wie etwa die Programme [[Quellenverzeichnis#Polysun|Polysun]], [[Referenzen#Prog_EWS|EWS]] oder den [[Referenzen#EED|Earth Energy Designer]].
+Für diesen Zweck gibt es spezielle Programme, wie etwa die Programme [[Quellenverzeichnis#Polysun|Polysun]], [[Quellenverzeichnis#Prog_EWS|EWS]] oder den [[Quellenverzeichnis#EED|Earth Energy Designer]].
 Mit diesen Programmen kann der Effekt der Sondentiefe, Sondenanordnung, Bodenbeschaffenheit, Hinterfüllung etc. bei verschiedenem Entzug über das Jahr auf die Soletemperatur simuliert werden. Der Verlauf der Temperatur kann über den Zeitraum von mehreren Jahren bis Jahrzehnten vorausberechnet werden. So können kritische Auslegungen vorzeitig erkannt werden. Ist die Sonde mal gebaut, können Fehler nicht oder nur mit grossem Aufwand (neu bohren) korrigiert werden.

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 . Ermittlung der Jahresbetriebsstunden
-Die Norm-Jahresbetriebsstunden t<sub>a,N</sub> der Heizung in Abhängigkeit der Standorthöhe über Meer wird ebenfalls einem Diagramm entnommen. Diese Norm Stunden werden in effektive Betriebsstunden umgerechnet, die die Auslegung der Wärmepumpe berücksichtigen. Die Jahresbetriebsstunden t<sup>a</sup> betragen
+Die Norm-Jahresbetriebsstunden t<sub>a,N</sub> der Heizung in Abhängigkeit der Standorthöhe über Meer wird ebenfalls einem Diagramm entnommen. Diese Norm Stunden werden in effektive Betriebsstunden umgerechnet, die die Auslegung der Wärmepumpe berücksichtigen. Die Jahresbetriebsstunden t<sub>a</sub> betragen
 t<sub>a</sub> = t<sub>a,N</sub>*P<sub>HL</sub>/P<sub>WP,N</sub>

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 T<sub>G,d</sub> = T<sub>G,s</sub>+L<sub>EWS,N</sub>*T<sub>grad</sub>/2 - T<sub>N</sub>
-k<sub>t</sub> = L<sub>EWS,N</sub>*(10°C- T<sub>N</sub>)/T<sub>G,d</sub>
+k<sub>t</sub> = (10°C- T<sub>N</sub>)/T<sub>G,d</sub>
 mit T<sub>grad</sub> dem Temperaturgradienten im Boden und T<sub>N</sub> der Mitteltemperatur zwischen Vor- und Rücklauf der Erdsonde bei Auslegungsbedingungen.

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 Die Länge L<sub>EWS</sub> berechnet sich mit den beiden Korrekturfaktoren wiefolgt:
-L<sub>EWS</sub> = L<sub>EWS,N</sub> * k<sub>t</sub> * k<sub>s</sub>
+L<sub>EWS</sub> = L<sub>EWS,N</sub> * k  * k<sub>t</sub> * k<sub>s</sub>
 ===Vergleich der Auslegungsvarianten===