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Hydraulische Auslegung von Erdwärmesondenanlagen

Anhand hydraulischer Betrachtungen an Erdwärmesonden unterschiedlicher Bauart und Dimension werden im folgenden Beitrag verschiedenartige Einflüsse auf die Wärmeübertragungsfähigkeit von Erdwärmesonden dargestellt. Es wird der Einfluss von laminarer und turbulenter Rohrströmung auf die Wärmeübertragungsfähigkeit von Erdwärmesonden erläutert. Diese Betrachtungen berücksichtigen verschiedene Parameter, wie die Auswirkung verschiedenartiger Frostschutzmittel und die unterschiedlichen Bautypen von Erdwärmesonden.

Der Wärmeübergang in einem Wärmeübertrager wird im Wesentlichen von der Strö mungsart des wärmeübertragenden Mediums (Fluid) beeinflusst. Grundsätzlich können sich zwei unterschiedliche Arten von Strömungen einstellen. Bei der Art der Strömung wird unter laminarer und turbulenter Strömung unterschieden. Welche Strömungsart vorherrscht, wird durch eine von der Strömungsgeschwindigkeit, der Viskosität, der Dichte des Mediums und einer charakteristischen Länge (hydraulischer Durchmesser) bestimmte Kenngröße, der Reynolds-Zahl, bestimmt. Der Unterschied zwischen einem Wärmeübergang bei einer laminaren Strömung und einer turbulenten Strömung ist nicht unwesentlich.

Geothermie im Spezialtiefbau: Praxis mit BIM
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (7/2017)
Ab 2020 werden öffentliche Großprojekte in Deutschland nur noch mit Building Information Modeling (BIM) neu geplant, gebaut und betrieben. So sieht es der Stufenplan Digitales Planen des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur vor.

Depothermie - Geothermale Nutzung von Deponien und Altablagerungen zur Wärmegewinnung und -speicherung
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (6/2017)
Dem Ausbau der Geothermie, insbesondere der oberflächennahen Geothermie zur Heizung und Kühlung von Wohn- und Industriegebäuden, wird zukünftig eine steigende Bedeutung zukommen, da durch die Energiewende und den beschlossenen Klimaschutzplan 2050 die Umstellung von einer kohlenstoffbasierten auf eine regenerative Energieerzeugung forciert werden wird.

Europäische Normung für den Brunnenbau nimmt Fahrt auf
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (6/2017)
Die umfangreichen Vorbereitungen für eine gute Ausgangsposition der deutschen Expertise bei der Normung des Brunnenbaus tragen nun erste Früchte. Die strikte Trennung der Themenkomplexe 'oberflächennahe Geothermie' und 'Brunnenbau' wurde auf der konstituierenden Sitzung des CEN TC 451 'Water wells and borehole heat exchangers' durchgesetzt.

Anlagendimensionierung zur Unterschreitung des in Hessen für EWS geforderten Mindestabstandes zur Grundstücksgrenze
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (5/2017)
Die hessischen Anforderungen des Gewässerschutzes an Erdwärmesonden (EWS) vom 21. März 2014 geben einen im Regelfall einzuhaltenden Mindestabstand zwischen EWS und Grundstücksgrenze von 5 m vor. Bei Einhaltung dieses Abstandes wird für EWS-Anlagen mit einer Heizleistung bis 30 kW davon ausgegangen, dass es in der Regel zu keiner thermischen Beeinflussung außerhalb des Grundstücks kommt und somit keine Gewinnung von Erdwärme im Sinne des Bundesberggesetzes (BBergG) erfolgt.

Leistungsvergleich von Erdwärmesonden verschiedener Bauart
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (5/2017)
Ein praktischer Leistungsvergleich von Erdwärmesonden verschiedener Bauart am gleichen Standort unter gleichen Beanspruchungsbedingungen ist bisher nicht bekannt.