Ausgabe 45 • Oktober 2010 - Nodig-Bau.de

EnerGieeffizienz
Radial eingebrachter
ErDwärmesonden
Der fachgerechte Ausbau einer Erdwärmebohrung
mit hochwertigen Materialien
und die Anordnung der Bohrungen zueinander
sind ganz maßgeblich für die Effizienz
einer Erdwärmeanlage. Am Institut
für Geotechnik der Universität Siegen sind
in einer Modellstudie und mittels Berechnungen
nach der Finite-Elemente-Methode
Vorteile bei geneigt gegenüber vertikal eingebauten
Erdwärmesonden (EWS) nachgewiesen
worden. Begründet wird dieser
Effekt durch den thermodynamisch wirksamen
Abstand zwischen den Sonden, der
bei radialer Anordnung ungleich größer ist
als bei vertikaler Anordnung mit gleichlangen
Erdwärmesonden.
Thermografieaufnahme nach 30 min. für eine Vertikalbohrung (90°) und für eine
Radialbohrung (30°).
Schema GRD- Verfahren.
18
Beim GRD-Verfahren wird diese Erkenntnis
durch geneigt bzw. radial angeordnete
EWS umgesetzt. Gleichzeitig wird die oberflächennahe,
wirksame, solare Einstrahlung
genutzt. Wegen der geringen Endteufe kann
das GRD-Verfahren auch dort eingesetzt werden,
wo geotechnisch bedingte und behördlich
festgelegte Maximaltiefen vorliegen.
Die Untersuchungen
Zunächst wurden Modellexperimente mit
geneigt und vertikal angeordneten Sonden
ausgeführt. Die zeitgleich durchgeführte
Überprüfung mit Finite-Elemente-Analysen
zeigte, dass der Austausch von Wärmeenergie
mit dem Untergrund bei radial angeordneten
Erdwärmesonden schneller erfolgt, als
dies bei benachbarten Vertikalbohrungen
derselben Gesamtlänge der Fall ist.
• Bemerkenswert ist, dass die mittels
Radialbohrungen ausgetauschte
Wärmemenge pro Tag um bis zu 114%
über der eines Feldes von kurzen, aber
in der Summe gleich langen Vertikalbohrungen
liegen kann.
Verantwortlich für die deutlich höhere Energieeffizienz
geneigt eingebauter Sonden
sind:
• die niedrige gegenseitige Beeinflussung
flach geneigter Sonden,
• die Beeinflussung der Wärmetauscherfläche
durch den solaren Wärmeeintrag.
Die transiente Finite-Elemente-Analyse
zeig te auch, dass bei flachen Radialbohrungen
die Soletemperatur im langjährigen
Mittel höher liegt als bei tiefen Vertikalbohrungen.
Die daraus nach 20 Jahren kumulierte
Ersparnis der Betriebskosten kann
30% - 50% der aufgewendeten Bohrkosten
kompensieren. Damit lässt sich bei entsprechender
Anordnung der Sonden eine
deutlich höhere Energieeffizienz gegenüber
Erdwärmesonden mit allein vertikaler Anordnung
erzielen.
GRD ® - Die praktische Umsetzung
Mit der GRD ®-Bohranlage lassen sich
Schrägbohrungen mit einer Neigung von 35°