Erdwärmesondenauslegung für Wärmepumpen
Entzugsleistung / Erdwärmesondenauslegung
Erdwärmesonden / Wärmepumpen für Einfamilienhäuser
Bis zu einer Heizleistung von ca. 20 kW schlägt die VDI 4640 Tabellenwerte, Nomogramme oder empirische Zusammenhänge vor; für die Anwendung dieser Methoden müssen jeweils bestimmte Voraussetzungen gegeben sein. Darüber hinaus gibt es Auslegungs- und Simulationsprogramme, die für kleinere aber auch größere Systeme verwendet werden können.
In Tabelle 2 sind spezifische Entzugsleistungen für Erdwärmesonden für unterschiedlichen Untergrund aufgeführt. Für die Anwendung dieser Tabelle sind folgende Voraussetzungen zu erfüllen:
• max. 1800 Vollaststunden
• nur Wärmeentzug aus den Sonden
• Sondenlänge 40 - 100 m
• minimaler Abstand zweier Erdwärmesonden 5 m bei Erdwärmesondenlänge 40 - 50 m 6 m bei Erdwärmesondenlänge 50 - 100 m
• Doppel-U-Sonden mit Rohren von 25 mm oder 32 mm Durchmesser oder Koaxialsonden mit mindestens 60 mm Durchmesser
Tabelle 2: Spezifische Entzugsleistungen für Erdwärmesonden in Anlagen mit einer Heizleistung <20 kW (nach VDI 4640); Einsatzgrenzen der Tabelle s. Text
| Erdwärmesondenlänge | ||
| Untergrund | spez. Entzugsleistung | je 1 kWth |
| a = 3 | a = 3,5 | ||
| Allgemeine Richtwerte: | |||
| Schlechter Untergrund ( <1,5 W/mK) | 20 W/m | 33 m | 36 m |
| Normales Festgestein und wassergesät | |||
| tigtes Sediment ( =1,5-3,0 W/mK) | 50 W/m | 13 m | 14 m |
| Festgestein mit > 3,0 W/mK | 70 W/m | 9,5 m | 10 m |
| Einzelne Gesteine1: | |||
| Kies, Sand trocken | <20 W/m | >33 m | >36 m |
| Kies, Sand wasserführend | 55 65 W/m | 12 - 10 m | 13 - 11 m |
| Ton, Lehm feucht | 30 40 W/m | 22 - 17 m | 24 - 18 m |
| Kalkstein (massiv) | 45 60 W/m | 15 - 11 m | 16 - 12 m |
| Sandstein | 55 65 W/m | 12 - 10 m | 13 - 11 m |
| Saure Magmatite (z.B. Granit) | 55 70 W/m | 12 - 9,5 m | 13 - 10 m |
| Basische Magmatite (z.B. Basalt) | 35 55 W/m | 19 - 12 m | 20 - 13 m |
| Gneis | 60 70 W/m | 11 - 9,5 m | 12 - 10 m |
| Starker Grundwasserfluß in Sand und | |||
| Kies für Einzelanlagen | 80 100 W/m | 8,3 - 6,7 m | 8,9 - 7,1 m |
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Die Werte können durch Gesteinsausbildung wie Klüftung, Schieferung, Verwitterung erheblich schwanken Weiterhin muß bei einer größeren Anzahl von Einzelanlagen an einem Standort wegen der gegenseitigen Beeinflussung die spezifische Entzugsleistung um 10 - 20 % reduziert werden;
Grundsätzlich ist bei Auslegung nach Tabellen, Faustformeln etc. zusätzlich zur spezifischen Entzugsleistung bei längeren Laufzeiten die jährlich entnommene Wärmemenge zu berücksichtigen, die den langfristigen Einfluß festlegt. Diese jährliche Entzugsarbeit soll bei reinem Wärmeentzug im Bereich 100 - 150 kWh/(ma) liegen. Ist eine Wärmeeinleitung mit vorgesehen (Nachladung), sind Abweichungen davon zugelassen.
Zusammenfassung
Die Auslegung der Wärmequellenanlage hat einen erheblichen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit erdgekoppelter Wärmepumpen zur Gebäudeheizung. Falsch ausgelegte Anlagen sind nicht nur unwirtschaftlich durch hohe Betriebskosten, sondern können auch zu erheblichen Schäden an Bauwerken und unserer Umwelt führen.
Die Diskussion über Erdwärmesondenauslegung wurde in der Vergangenheit stark durch unterschiedliche Annahmen zu möglichen Entzugsleistungen geprägt. Häufig genannte Werte waren 55 W/m (Schweizer Mittelland) bis hin zu Spitzenwerten über 100 W/m. Diese Werte sind stark von der geologischen Situation der jeweiligen Region abhängig, und bei der Übertragung auf andere Klima- und Untergrundbedingungen haben sie nicht mehr unbedingt Gültigkeit. Mit der Verbreitung der Anlagen in unterschiedliche Regionen zeigt sich auch im RWE-Bereich, wo gerade am Niederrhein sehr hohe spezifische Entzugsleistungen erreicht wurden, eine Angleichung der durchschnittlichen Entzugsleistung auf Werte knapp unter 70 W/m (Abb. 10). Im Hinblick auf die notwendige Langzeitleistung der Erdwärmesonde sind Vorschlag nach VDI 4640 und gemessene Anlagenleistung nicht weit auseinander.
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