Auslegung von Erdreichkollektoren
Flachkollektoren, Spiralkollektoren
Auslegung von Erdreichkollektoren
Die Auslegung von Erdreichkollektoren wird für kleinere Wärmepumpenanlagen bis ca. 10 kW Heizleistung in Deutschland nach den Tabellenwerten der VDI-Richtlinie 4640 vorgenommen.
Neben den bodenphysikalischen Kenngrößen (Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Porenwassergehalt) ist die regional schwankende Lufttemperatur das maßgebliche Bemessungskriterium für Erdeichkollektoren. Die Richtwerte für spezifische Entzugsleistungen nach der VDI-Richtlinie 4640 sind je nach geographischer Lage des geplanten Erdreichkollektors aufgrund des maßgeblichen Einflusses von Sonneneinstrahlung und Lufttemperatur anzupassen.
Die Auslegung von größeren Erdreichkollektoranlagen (Flachkollektoren, Spiralkollektoren etc.) kann nicht nach den Tabellenwerten der VDI 4640 erfolgen. Um bei größeren Projekten eine optimale Lösung unter den Gesichtspunkten Wirkungsgrad der Anlage, nachhaltigen Anlagenbetrieb und Kapitaleinsatz zu erzielen, muss der Anlagenbetrieb mittels numerischer Simulationssoftware abgebildet werden. Wir setzen für solche Aufgabenstellungen u. a. die Simulationsmodelle „Erdwärmekollektor“ und „Erdwärmesonden - / Korbsonden“ (B. Glück, 2011) oder WP-Opt ein.
Hierfür wird ein entsprechendes geologisch-bodenkundliches Schichtenmodell aufgebaut.Die Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit des Bodens erfolgt durch einen klassischen Thermal Response Test oder alternativ mittels Stichnadelsonden.
In den folgenden Bildern sind beispielhaft die Ergebnisse einer Kollektorsimulation dargestellt. Man erkennt, wie eine in Anspruch genommene Kollektorleistung von 30 W/m²; die Sole- und die Erdreichtemperaturen im Jahreszyklus beeinflusst.
Gleichzeitig wird deutlich, dass das Erdreich durch den hohen Wärmestrom von der Erdoberfläche zum Kollektor jährlich wiederkehrend regeneriert wird.
Auslegung von Erdreichkollektoren (Beispiel)
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