Erdwärmesonden gibt es in zahlreichen Bauformen. Nachfolgende Varianten werden hier betrachtet:
- U-Rohrsonden als Ein- und Zweirohrsonden
- Koaxialrohrsonden mit wechselseitigem Durchfluss
- Korbsonden als Kurzsonden (z. B. mit der Länge 2 m) aus Kapillarrohrmatten.
Dabei wird stets vom gleichen Grundsimulationsmodell ausgegangen:
Die Sonde ist axial in einem Erdreichzylinder mit wählbaren Abmessungen angeordnet. In diesem wird eine instationäre Wärmeleitung einschließlich Phasenwandel bei feuchtem Erdreich (Wasser /Eis) betrachtet, wobei der Zylindermantel adiabat ist. An der Erdreichoberfläche gilt als Randbedingung die Sonnenlufttemperatur, gebildet aus einem Testreferenzjahr (TRY) nach DIN 4710. An der Zylindersohle gilt eine konstante Temperatur.
Im Bohrloch wird eine stationäre Wärmeleitung betrachtet, wobei die geometrischen und wärmetechnischen Gegebenheiten eine möglichst exakte Nachbildung erfahren. So wird beispielsweise bei U-Rohrsonden mit einer neuartigen Formfaktorenmethode gearbeitet.
Die Schnittstelle der beiden Simulationsarten ist durch die Bohrlochwandtemperatur gegeben.
Hinweis: Allgemeines Berechnungsverfahren der stationären, mehrdimensionalen Wärmeleitung mittels Formkoeffizienten bei einer beliebigen Anzahl von Oberflächen siehe Wärmeleitung
Als Durchflussmedium kann Wasser oder eine wässrige Tyfocor L-Lösung Verwendung finden.
Der Durchflussvolumenstrom, die Eintrittstemperatur oder die von der Sonde geforderte Leistung können konstant geltende oder zeitlich veränderliche Werte sein. Selbstverständlich kann auch ein kombinierter Heiz-/Kühlbetrieb mit der Sonde realisiert werden.
Die Ergebnisse sind tabellarisch und grafisch darstellbar.
Die Forschungsberichte und die Rechenprogramme werden vom Autor zum Download zur Verfügung gestellt.
Hinweise zur Programminstallation finden Sie in den einzelnen Berichten, z. B. im "Bericht_Erdwaermesonde", Abschnitt 7.
Das Simulationsmodell für Erdwärmesonden mit U-Rohren liegt bereits in der Version V3 vor. Es beinhaltet auch eine Grenzbetrachtung bei stark strömendem Grundwasser und eine Anmerkung zum Speichernutzungsgrad.