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I. Simulation der Tiefenerdwärmesonde Weggis TH1 mit FRACTure
Beide Anlagen sind geschlossene Systeme, d.h. das Sondenfluid zirkuliert in einem
geschlossenen Kreislauf. Die totale Wärmeproduktion der beiden Wärmepumpen für das
Jahr 1999 beträgt 0.45 GWh. Das Prinzip einer Erdwärmesonde wird im nächsten Abschnitt
beschrieben.
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Eine Erdwärmesonden-Anlage besteht grundsätzlich aus drei getrennten Kreisläufen, diese
sind in der Abbildung 1.1. dargestellt:
Der Wärmequellenkreislauf, der Wärmepumpenkreislauf und der Wärmenutzungskreislauf.
Der Wärmequellenkreislauf besteht aus einem Rohrsystem, das mittels einer oder mehrerer
Bohrungen auf die gewünschte Tiefe gebracht wird und anschliessend hinterfüllt wird. Die
Hinterfüllung soll einen optimalen Kontakt zwischen der Sonde und dem umgebenden
Untergrund aufbauen. Ideal wäre ein Material, das hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und
das vor der Verfestigung leicht pumpbar ist. Heute wird meistens Bentonitzement,
Quarzsand oder eine Mischung der beiden verwendet. Die Erdwärmesonde besteht entweder
aus einem Koaxial- oder U-Rohr aus Polyethylen. Im Wärmequellenkreislauf zirkuliert
meistens Wasser als Wärmeträger mit einem Zusatz von 25-35 Vol.-% Frostschutzmittel.
Das Wasser wird durch den Wärmequellenkreislauf gepumpt, um aus dem umgebenden
Untergrund Wärme zu entziehen. Durch diese Wärmeentnahme wird das Wärmeregime des
Untergrundes gestört. Dieser Verlust wird langfristig durch den natürlichen Wärmefluss
(hauptsächlich aus Erdwärme aus dem tieferen Untergrund, vor allem was die tiefsten
Bereiche der Sonde betrifft, wo die Sonnenenergie keinen Einfluss mehr hat) ausgeglichen.
Über einen Wärmetauscher wird die aufgenommene Wärme an den Verdampfer einer
Wärmepumpe abgegeben. Man muss beachten, dass es keinen direkten Kontakt zwischen
dem Arbeitsmittel (z.B. Wasser) in der Wärmepumpe und dem Wasser in der
Erdwärmesonde gibt. Die entzogene Energie wird in der Wärmepumpe auf ein für das
Heizungssystem nutzbares Temperaturniveau angehoben. Zuletzt wird dieses aufgewärmte
Arbeitsmittel in den Wärmenutzungskreislauf eingepumpt, wo dieser die gewonnene
Energie wieder abgibt.
Abb.1.1. Allgemeines Schema einer Erdwärmesonde-Anlage (nach BAUMGARTNER, 1999).
MODELLSIMULATIONEN VON TIEFENERDWÄRMESONDEN-ANLAGEN AN DEN FALLBEISPIELEN WEGGIS UND
MEDYAGUINO
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