Gekoppelte Kälte- und Wärme - Huber Energietechnik AG

Gekoppelte Kälte- und Wärmeerzeugung mit Erdwärmesonden 4. Komponentenauslegung
Bis anhin wurde gezeigt, wie das Temperaturniveau
in der Erdwärmesonde berechnet werden
kann. Etwas aufwendiger ist eine Aussage über
den anzustrebenden Zielwert für die Dimensionierung.
Dazu müssen die folgenden Randbedingungen
eingehalten werden:
� Die Frostgrenze des Sondenfluids darf nicht
unterschritten werden
� Die Rückkühlspitzen dürfen nicht zu unzulässigen
Druckspitzen in der Wärmepumpe
führen ("Hochdruck")
� Der Sondendurchsatz sollte nicht so hoch
gewählt werden, dass mehr als 10 % der
benötigten Energie in die Umwälzpumpen
gesteckt wird.
Neben diesen Randbedingungen ist ein klassisches
Optimierungsproblem zwischen Investitionskosten
(Sondenlänge) und Betriebskosten
(COP/EER der Wärmepumpe) zu lösen.
Dimensionierung mit PC-Programm EWS
Auch bei der Dimensionierung von Erdwärmesondenfeldern
mit einem PC-Programm ist, wie
bei der Handrechenmethode, die Berechnung der
Sondenbelastung im Stundenschritt (cf. Kapitel
3.3) notwendig. Als Eingaben für das Erdwärmesondenprogramm
EWS (siehe auch Anhang 9.1)
dienen die Werte der aufsummierten Monatsbilanzen
dieser stündlich berechneten Sondenbelastungen
(Bild 4.5).
Bild 4.5: Eingabe der monatlichen Entzugsenergie
im Programm EWS.
Der nächste Schritt besteht darin, die maximale
Entzugs- und Einspeisleistung in die Erdwärmesonden
während des Wärmepumpenbetriebs zu
berechnen. Bei diesem Schritt ist zu beachten,
dass das Programm von einem Ein-Aus-Betrieb
ausgeht und dass das Maximum nicht direkt aus
der installierten Wärmepumpenleistung abgeleitet
werden kann. Dies deshalb, weil bei vernünftiger
Anlagensteuerung immer ein Teil der Gewerbekälte
zur Warmwasserproduktion verwendet werden
kann und die Erdwärmesonden somit dadurch
nicht belastet werden.
Angaben über die Bodeneigenschaften und Wahl
der Temperatursprungantwort, damit die gegenseitige
Beeinflussung von mehreren Erdwärmesonden
berücksichtigt wird, vervollständigen die
Grundeingaben im Programm.
Im letzten Schritt wird die Optimierung der Bohrtiefe
und Anzahl Erdwärmesonden durchgeführt.
Die physikalischen Grenzen liegen nach oben in
der maximalen Kondensationstemperatur der
Wärmepumpe und nach unten beim Gefrieren des
Sondenfluids oder der Sondenhinterfüllung. Aus
energetischen und ökonomischen Gründen wird
man aber nicht an diese Grenzen herangehen
und sich sinnvollerweise vornehmen, nicht tiefer
als –5 °C und nicht höher als 45 °C – 50 °C bei
der Rücklauftemperatur zu gehen (Bild 4.6).
Bild 4.6: Erdwärmesondentemperatur der Beispielanlage
im Winter.
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