Sondenfelder
Die Nutzung von Erdwärme für die Beheizung und Kühlung von Gebäuden kann über unterschiedliche Systeme umgesetzt werden.
Grundsätzlich wird zwischen offenen und geschlossenen Systemen unterschieden.
Erdwärmesondenanlagen gehören zu den geschlossenen Systemen. Diese bestehen standardmäßig aus Kunstsoffsonden, die in den Boden eingebracht werden. Durch diese Sonden wird über eine Umwälzpumpe Wasser oder ein Wasser-Frostschutzgemisch zirkuliert, welches im Heizfall Energie aus dem Erdreich aufnimmt und im Kühlfall Energie an das Erdreich abgibt. Die Sonden funktionieren somit als sogenannte Wärmeüberträger zwischen Erdreich und der in den Sonden zirkulierenden Flüssigkeiten.
Neben diesen sog. U-Sonden kommen noch sog. Koaxialsonden (seltener) zum Einsatz.
Im Zuge des Planungsprozesses sind folgende Punkte zu beachten:
- wieviel Energie wird aus dem Erdreich benötigt, bzw. wieviel Energie soll das Erdreich aufnehmen?
- wie wirkt sich die Energieaufnahme aus dem Erdreich, bzw. die Energieeinspeisung in das Erdreich auf das Temperaturregime des Untergrundes aus und wie nachhaltig ist die geplante Anlage?
Hierfür sind Sondenfeldmodellierungen erforderlich.
Auslegung von Sondenfeldern
Für die Auslegung von Sondenfeldern setzen wir die Simulationsprogramme earth energy designer (eed) © und EWS © ein.
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EWS erlaubt die Optimierung der Wärmequelle insbesondere bei komplexer strukturierten Anlagen zur Wärme- und Kälteerzeugung.
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Copyright:
eed: Blomberg, Blocon Software Agency; Prof. Johan Claesson, Dept. of Building Physics, Chalmers University, Sweden; Dr. Per Eskilson, Dept. of Mathematical Physics, Lund University, Sweden; Prof. Göran Hellström, Dept. of Mathematical Physics, Lund University, Sweden: Dr. Burkhard Sanner, Germany
EWS: Huber Energietechnik AG
Ermittlung von Einflussbereichen
Der Betrieb von Sondenfeldern führt zu einer Veränderung der Untergrundtemperatur im umgebenden Bereich. Die Untersuchung der Intensität und Ausbreitung dieser Veränderungen ist aus genehmigungstechnischer sowie umwelttechnischer Sicht von Bedeutung. Insbesondere kann hiermit aber auch die langfristige Wirtschaftlichkeit einer Anlage untersucht werden. Für diese Fragestellungen verwenden wir das Finite Element Programm RockFlow.
Die folgende Abbildung zeigt ein Schichtmodell für die numerische Simulation mit RockFlow. Berücksichtigt werden u.a. der Schichtenaufbau des Untergrundes, die Grundwasserströmung sowie die Geometrie und Anordnung der Anlage.
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Die Veränderungen der Untergrundtemperatur in Folge des 25-jährigen Betriebs eines Sondenfeldes wird durch die nächsten Abbildungen verdeutlicht (jeweils links). Die Temperaturentwicklung im städtebaulichen Umfeld wird in den Abbildungen auf der rechten Seite gezeigt.
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Ermittlung von Maximalbelastungen
Insbesondere bei schwach durchlässigem Baugrund kann es im Sondennahbereich zu deutlichen Veränderungen der Untergrundtemperatur kommen. Aussagen über zu erwartende Maximalwerte können mit Hilfe des numerischen Modells gewonnen werden.
Die folgenden Abbildungen zeigen die Veränderung der Untergrundtemperatur in Folge des 25-jährigen Betriebs eines Sondenfeldes. Während es in den durchlässigeren Bodenschichten zu einem Abtransport der Kälte- bzw. Wärmefahne kommt, findet in den weniger durchlässigen Bodenschichten eine signifikante Abkühlung bzw. Aufheizung im Sondennahbereich statt.
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