Simulation von Geothermie-Sondenfeldern mit Regeneration
Durch aktive Regeneration des Erdreichs im Sommer kann die Effizienz von Erdsondensystemen erheblich gesteigert und Investitionskosten verringert werden.
Einfluss der Regeneration auf die Größe des Erdsondenfelds
Regeneration bei Geothermiefeldern bedeutet, dass über das Jahr nicht nur Wärme aus dem Boden entzogen wird, sondern bspw. im Sommer auch Wärme zurück in den Boden gespeist wird. Häufig wird dies über die Bereitstellung von Kühlung realisiert. Regeneration kann die Abkühlung des Erdbodens über die Jahre abmildern und hat damit einen entscheidenden Einfluss auf die Auslegung. Die Auskühlung wird bei der Berechnung der Fluidtemperaturen von Erdsonden über drei Lastanteile ermittelt:
- Nettogrundlast: durchschnittlicher Netto-Wärmebedarf über das Jahr
- max. periodische monatliche Last aufgrund saisonaler Temperaturunterschiede
- Spitzenlast (zum Zeitpunkt der kältesten Stunde)
Jeder dieser Lastanteile wird mit einem thermischen Widerstand multipliziert, woraus dann aus Summation die Temperaturreaktion der Sonde ermitttelt wird. Die Sondenanordnung bzw. der Sondenabstand beeinflusst hierbei ausschließlich die Temperaturreaktion aufgrund der Netto-Grundlast. Der Widerstand der Grundlast nimmt bei sinkendem Verhältnis von Sondenabstand zu Sondenlänge zu und wird zum dominierenden Auslegungsfaktor. Wird allerdings das Sondenfeld aktiv regeneriert, sinkt die Netto-Grundlast. Der Einfluss der Grundlast und somit des Sondenabstandes nimmt ab bis zu einem Regenerationsgrad von 100 %, bei dem über das Jahr die gleiche Menge an Wärme aus dem Boden entzogen wie eingespeist wird. Hierbei verschwindet der Einfluss des Sondenabstandes vollständig und das Sondenfeld kann deutlich kleiner dimensioniert werden. Eine merkliche Reduktion der Sondenfeldgröße ist schon bei geringen Regenerationsgraden von 10 % oder 20 % realisierbar.
Regeneration von Geothermiefeldern mit Solarthermie-Kollektoren
Die Regeneration von Geothermiefeldern durch Solarthermie-Kollektoren ist eine innovative Methode, die darauf abzielt, die Effizienz und Leistungsfähigkeit geothermischer Anlagen zu steigern. Diese Technik nutzt Sonnenenergie, um die Temperatur des Erdreichs, das umliegende Gestein oder das Wasser in geothermischen Reservoirs zu erhöhen. Dadurch wird das Wärmespeichervermögen des Untergrunds erhöht und die Kapazität der Geothermieanlage gesteigert. Der Einsatz von Solarthermie-Kollektoren zur Regeneration von Geothermiefeldern kann insbesondere im Sommer erfolgen, wenn ein Überschuss an solarer Wärme vorliegt. Die Integration von Solarthermie-Kollektoren zur Regeneration von Geothermiefeldern kann unterschiedliche Vorteile bieten: Durch die aktive Regeneration kann die Sondenaustrittstemperatur in der Heizperiode erhöht werden, was zu einem effizienteren Betrieb der Wärmepumpe führt. Darüber hinaus ermöglicht eine Regeneration eine Verringerung der benötigten Sondenanzahl bzw. der Sondenlänge oder des Sondenabstands. Hierdurch können häufig erhebliche Investitionskosten eingespart werden.
Sondenfelder planen für Wärmenetze
Geothermiefelder bieten eine effiziente Möglichkeit zur Wärmeversorgung von Wärmenetzen, da sie eine konstante und nachhaltige Energiequelle darstellen. Die natürliche Wärme im Erdinneren ermöglicht eine kontinuierliche Wärmeentnahme, die unabhängig von äußeren Einflüssen wie Wetterbedingungen ist, wodurch eine zuverlässige Versorgung gewährleistet wird. Zudem sind Geothermiefelder im Vergleich zu herkömmlichen Wärmequellen eine umweltfreundliche Option, da sie erneuerbar sind und nur geringe CO₂-Emissionen verursachen. Die Auslegung von Sondenfeldern für Wärmenetze erfordert eine genaue Betrachtung der Temperaturschwankungen in Geothermiefeldern, da diese die Temperaturen im Wärmenetz beeinflussen, insbesondere bei kalten Wärmenetzen. Während der Heizperiode entziehen Erdwärmesonden Wärme, was zu einer Abkühlung des umliegenden Erdreichs führt und die Leistungsfähigkeit der Sonden verringert. Die Planung muss diese Abnahme des Wärmeertrags über das Jahr berücksichtigen, um eine zuverlässige Wärmeversorgung sicherzustellen.
Geothermiequellen für Wärmepumpen
Die Wärmepumpe ist eine effiziente und umweltfreundliche Heiztechnik, doch ihre Effizienz hängt wesentlich davon ab, bei welcher Temperatur sie Wärme aufnimmt. In den Wintermonaten kann die Lufttemperatur stark abfallen, was die Leistung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe beeinträchtigen kann. Die Nutzung von geothermischer Wärme ermöglicht jedoch eine zuverlässige, höhere Temperatur bei der Wärmeaufnahme. Dies trägt dazu bei, die Effizienz der Wärmepumpe zu steigern und gleichzeitig ihre Auslastung zu senken. Geothermiesonden ermöglichen eine stabilere Wärmequelle, unabhängig von den starken Temperaturschwankungen der Umgebungsluft, und optimieren somit die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe.
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