nPro: Software-Tools zur Simulation und Auslegung von Geothermie-Sondenfeldern
Auf dieser Seite erfahren Sie, welche Software-Tools für die Simulation und Auslegung von Geothermie-Sondenfeldern existieren und wie diese genutzt werden können für die Planung von Quartieren mit Wärmenetzen.
Berechnungsprogramme zur Auslegung von Erdwärmesonden
Für die Auslegung von Erdwärmesonden existieren verschiedene Berechnungsprogramme für unterschiedliche Anwendungsbereiche. Bekannte Software-Tools für die Auslegung von Erdwärmesonden sind:
GEO-HANDlight erlaubt die Berechnung der Sondenlänge anhand verschiedener Parameter wie der standortabhängigen Lufttemperatur, dem jährlichen durchschnittlichen Bedarf sowie den monatlichen maximalen Bedarfen und Spitzenlasten von Geothermiesonden für Heiz- und Kühlzwecke. Darüber hinaus kann die Temperatur am Austritt einer Wärmepumpe für ein bestehendes Sondenfeld bestimmt werden. Das EWS-Programm ermöglicht die Berechnung von Vorlauf- und Rücklauftemperaturen sowie Leistungen von Erdwärmesonden monatsweise über eine Zeitspanne von bis zu 60 Jahren. Es ermöglicht die Dimensionierung von Einzelsonden und Sondenfeldern nach der aktuellen Norm SIA 384/6. Hierfür kann Direktkühlung berücksichtigt werden, sowie eine saisonale Speicherung von Wärme. Sämtliche relevanten Einflussparameter wie Sondentyp, Hinterfüllung, Sondenanordnung, Lastprofil, Geologie etc. können dabei detailliert erfasst werden. Earth Energy Designer (EED) ist ein numerisches Simulationsprogramm, welches auf Basis von technischen Randbedingungen Sondentiefe und Bohrabstände optimiert. Darüber hinaus lässt sich die Temperatur in der Sole berechnen. Während GEO-HANDlight ein vereinfachten Auslegungsverfahren verwendet, welches von der Hochschule Biberach (Prof. Koenigsdorff) entwickelt wurde, stellen die Tools EWS und Earth Energy Designer (EED) numerische Simulationsprogramme dar. Jedes dieser Programme basiert auf normativen Richtlinien, die Vorgaben für die Auslegung von Erdwärmesonden definieren.
Normen zur Auslegung von Erdwärme-Sondenfeldern: VDI4640 und SIA 384/6
Die Norm VDI 4640 bietet präzise Richtlinien für die Auslegung von Geothermiesonden sowie oberflächennaher Kollektoren und umfasst wichtige Standards und Vorgehensweisen. Sie enthält detaillierte Angaben zur Sondendimensionierung, dem Sondenabstand sowie zur maximalen Sondenbelastung. Ebenso legt sie klare Kriterien fest für die Berücksichtigung von bodenspezifischen thermischen Eigenschaften wie der Wärmeleitfähigkeit und der volumetrischen Wärmekapazität des Erdbodens. Diese Parameter spielen eine entscheidende Rolle für die Effizienz und Leistungsfähigkeit der Erdwärmenutzung. Die Norm dient Fachleuten und Planern als Instrument, um eine präzise Berechnung der Sondenlänge und anderer relevanten Dimensionierungsaspekte sicherzustellen und somit eine optimale Anpassung der Geothermieanlage an örtliche Gegebenheiten zu ermöglichen. Durch die Beachtung dieser bodenspezifischen thermischen Eigenschaften gemäß der VDI 4640 wird eine effiziente Nutzung der Erdwärme und eine nachhaltige Auslegung der Geothermiesonden gewährleistet. In der Schweiz wird die Norm SIA 384/6 für die Auslegung von Erdwärmesonden verwendet, welche inhaltlich ähnlich zur VDI 4640 ist jedoch auch spezifische Unterschiede aufweist. Einige der betrachteten Auslegungsmethoden, darunter GEO-HANDlight und nPro-Tool, bauen unter anderem auf den Normen und Richtlinien der VDI 4640 auf, die eine Basis für die effiziente und nachhaltige Dimensionierung von Geothermiesonden bieten.
Ganzheitliche Berechnung von Geothermiesonden mit nPro
Im Gegensatz zu den oben genannten Programmen (v.a. Earth Energy Designer und EWS), die ausschließlich die Simulation von Geothermie-Sonden ermöglichen, nicht aber die übrigen Komponenten eines Gebäudes oder Quartiers simulieren, bietet die Software nPro Funktionen zur ganzheitlichen Simulation eines Gebäudes oder Wärmenetzes im Quartier: Beginnend mit der Erstellung von Lastprofilen für Wärme, Kälte und Strom über die Simulation und Auslegung des Wärmenetzes (Rohrdimensionierung, Wärmeverlustberechnung nach DIN EN 13941) bis hin zur Auslegung der Komponenten einer Energiezentrale auf Gebäude- oder Quartiersebene. In der Energiezentrale können unterschiedliche Wärme-, Kälte- und Stromerzeugungstechnologien, wie Wärmepumpen, Blockheizkraftwerke, Kessel und Geothermiesonden, miteinander kombiniert werden. Ein techno-ökonomisches Optimierungsmodell erlaubt die Auslegungsoptimierung der Komponenten der Energiezentrale unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen und technischen Randbedingungen. Darüber hinaus unterstützt nPro bei der Ermittlung relevanter Parameter für die Erdwärmesondenauslegung, wie der Temperatur am Wärmepumpenaustritt, der Sondenlänge und der Sondenanzahl. Detaillierte Informationen zu den Berechnungsfunktionen der Geothermieauslegung in nPro finden Sie in der Dokumentation. In nPro können verschiedene Berechnungsfunktionen zur Auslegung von Erdwärmesonden genutzt werden:
- Berechnung der Sondenanzahl abhängig von der vorgegebenen Sondenlänge, Temperatur und Sondenabstand.
- Berechnung der Sondenlänge abhängig von der Sondenkonfiguration, dem Sondenabstand und der Temperatur am Wärmepumpenaustritt.
- Berechnung der Temperatur am Wärmepumpenaustritt abhängig von der gegebenen Sondenlänge, des Sondenabstands und der Sondenkonfiguration.
- Berechnung der Temperaturprofile am Wärmepumpenaustritt abhängig von der gegebenen Sondenlänge, des Sondenabstands und der Sondenkonfiguration.
Der Vorteil durch die Nutzung von nPro für die Auslegung von Erdwärmesonden liegt darin, dass die Berechnung der Sondenlänge und der Temperatur am Wärmepumpenaustritt direkt in die Simulation des Wärmenetzes integriert ist. So können die Auswirkungen der Sondenlänge und der Temperatur am Wärmepumpenaustritt auf die Wärme- und Kälteverluste im Wärmenetz berücksichtigt werden. nPro kombiniert auf diese Weise den Nutzen mehrerer spezialisierter Software-Tools sowohl für die Auslegung von Erdwärmesonden als auch die Auslegung von Wärmenetzen.
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