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Erdwärme-Zeitung.de | 22. November 2017

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Wie werden Erdwärmesonden richtig ausgelegt

Wie werden Erdwärmesonden richtig ausgelegt
Die Entzugsleistung von Erdwärmesonden bestimmen – Was es zu beachten gilt!

Wie werden Erdwärmesonden richtig ausgelegt? Wie viele Bohrmeter benötige ich um meine Wärmequelle über Jahrzehnte sicher zu betreiben? 

Warum ist die richtige Dimensionierung der Wärmequelle (Erdwärme) so wichtig?

Eine geringe Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle (z.B. Erdwärme, Außenluft) und Wärmesenke (Wärmeabgabe, Heizkreisseite) ist eine wichtige Voraussetzung für eine hohe Effizienz (geringer Stromverbrauch) und Wirtschaftlichkeit des Wärmepumpensystems. 

Findet die Wärmequellentemperatur bei der Planung von Wärmepumpensystemen Beachtung, kann die Effizienz von Wärmepumpenanlagen erheblich gesteigert und die tatsächlichen Betriebskosten erheblich gesenkt werden.

Die Wärmequellentemperatur hat direkten Einfluss auf die Wärmeleistung und die Leistungszahl einer Wärmepumpe. So gibt zum Beispiel der Wärmepumpenhersteller Dimplex für seine Wärmepumpe SIK 7 TE bei einer Wärmequellentemperatur von 0 Grad Celsius und einer Heizwasservorlauftemperatur von 35 Grad Celsius eine Wärmeleistung von 6,9 KW bei einer Arbeitszahl von 4,3 an. Erhöht sich die Wärmequellentemperatur bei gleicher Heizwasservorlautemperatur (35 Grad Celsius) auf zum Beispiel 5 Grad Celsius, steigt bei dieser Wärmepumpe die Wärmeleistung auf ca. 7,8 KW und die Arbeitszahl auf ca. 5,0 an. Dies gilt natürlich auch im Umkehrschluss für die Erhöhung oder Absenkung der Heizwasservorlauftemperatur. Fällt die Wärmequellentemperatur z.B. unter 0 Grad Celsius oder steigt die Heizwasservorlauftemperatur über 35 Grad Celsius, verschlechtert sich die die Wärmeleistung und die Leistungszahl für diesen Betriebspunkt.

Mit diesem einfachen Beispiel, welches jeder anhand einer Wärmepumpenkennlinie nachvollziehen kann, möchte ich verdeutlichen, wie wichtig das Zusammenspiel aller Bausteine einer Wärmepumpenheizung bis hin zum Betreiber (Raumtemperaturen) ist.

Die Effizienz einer Wärmepumpenanlage spiegelt letztendlich das Wissen aller am Bau und der Planung beteiligten Firmen wieder. Der Betreiber einer Wärmepumpenanlage kann durch die bereitgestellten Investitionsmittel (z.B. Wärmequelle) und dem tatsächlichen Betrieb der Wärmepumpenanlage, zum Beispiel durch Einhalten der geplanten Raumtemperaturen, Einfluss auf die Effizienz seiner Wärmepumpenanlage nehmen.

Die Temperaturschwankungsbreite bei den Wärmequellen ist groß. Bei der Außenluft sind die Temperschwankungen am größten. Darin liegt auch der große Nachteil von Außenluft als Wärmequelle für Luft/Wasser-Wärmepumpen und auch thermischen Solarkollektoren. Gerade dann, wenn die Wärme am meisten benötigt wird, liefern diese Systeme keine oder nur unzureichende Energie. Ohne teure Zusatzheizungen kommen diese Systeme nicht aus.

Hierin liegt der große Vorteil der Wärmequelle Erdwärme. Diese liefert konstante Energie über das gesamte Jahr unabhängig von den Außentemperaturen.

Fazit von Erdwärme-Zeitung.de: Bei der Auslegung der Erdwärmesondenanlage muss die Höhe der Wärmequellentemperatur unter Berücksichtigung der Investitionskosten beachtet werden. Denn je höher die Wärmequellentemperatur ist, desto effizienter kann die Wärmepumpenanlage sein.

Wie werden Erdwärmesonden ausgelegt?

Die Größe der Erdwärmesondenanlage wird unter Berücksichtigung des Wärme- und/oder Kühlbedarfs vom Gebäude, einer eventuellen Warmwasserbereitung, den Sperrzeiten der Energieversorger und den örtlichen geologischen Bedingungen ermittelt. ( ¼ Antriebsenergie z.B. Strom und ¾ Erdwärme)

Die Leistung von Erdwärmesonden wird anhand der spezifischen Entzugsleistung der einzelnen Boden- und/oder Gesteinsschichten errechnet. Wichtig ist die genaue Dokumentation der Boden- und Gesteinsschichten während der Bohrarbeiten. Die getroffenen Planungsannahmen sind anhand der tatsächlich angetroffenen Geologie zu überprüfen.

Bis zu einer Heizleistung von 30 KW schlägt die VDI 4640 Tabellenwerte für die möglichen Entzugsleistungen der verschiedenen Boden- und Gesteinsarten vor. Die Tabellenwerte können durch Gesteinsausbildung wie Klüftung, Schieferung, Verwitterung erheblich schwanken. Bei einer größeren Anzahl von Einzelanlagen an einem Standort sollte wegen der gegenseitigen Beeinflussung die spezifische Entzugsleistung um 10 – 20 % reduziert und somit die Bohrtiefe erhöht werden.
 Die Verwendung von Auslegungs- und Simulationsprogrammen (z.B. EED) ist allerdings für alle Anlagen zu empfehlen.

Bei Anlagen größer 30 KW wird meist eine Versuchsbohrung notwendig. Bei dieser wird die genaue Entzugsleistung mit Hilfe eines Thermal-Response-Test ermittelt. Die Ergebnisse sind Grundlage für die Simulation des Erdwärmesondenfeldes. Die Versuchsbohrung kann später in das Erdwärmesondenfeld integriert werden.

Die Auslegung der Wärmequellenanlage hat einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz erdgekoppelter Wärmepumpen zur Gebäudeheizung. Unterdimensionierte Erdwärmesondenanlagen sind nicht nur aufgrund hoher Betriebskosten unwirtschaftlich, sondern können auch zu Bauwerksschäden und zum Abkühlen oder Einfrieren der Erdwärmesondenanlage führen.

Silvio Klenner Erdwärme-Zeitung.de 2014

Unser Video – Interview zum Thema Erdwärme & Wärmepumpen

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