Die ungestörte Erdreichtemperatur wird in einer separaten Bohrung in einiger Entfernung zu den installierten Sonden, in Tiefen von 2,0, 1,0 sowie 0,05 m unter GOK, erfasst. Die ungestörte Erdreichtemperatur stellt dar, wie sich die Temperatur im Untergrund verhalten würde, wenn keine Erdwärme-Anlage vorhanden wäre. In den nachfolgend dargestellten Grafiken und Auswertungen bildeten die gemessenen ungestörten Erdreichtemperaturen die Basis für die Vergleiche mit den durch die „Helix“ beeinflussten Temperaturen. In Abb. 1 sind neben den ungestörten Erdreichtemperaturen in 1 m bzw. 2 m Tiefe unter GOK auch die nach Arya rechnerisch ermittelten ungestörten Erdreichtemperaturen dargestellt. Für die in der Berechnung benötigten klimatischen Inputwerte wurden die Stationsdaten der DWD-Station 10567 Gera angesetzt [3]. Für die bodenkundlichen Inputwerte wurden die in Ramming verwendeten bodenkundlichen Stoffdaten für ungefrorenen Boden verwendet [4].
Tu (z, t) = Tm+A0 exp ( -z―D ) sin ( 2π —p ) (t – tm )–z–D
Wie in Abb. 1 deutlich wird, ist der Temperaturverlauf zwischen den gemessenen und den errechneten Graphen ziemlich ähnlich.
Insbesondere wenn berücksichtigt wird, dass die verwendeten Berechnungsparameter entsprechenden Toleranzen unterliegen.
Darstellung des Winterbetriebs der Erdwärme-Anlage
Von der theoretischen Betrachtung ausgehend, wird eine Kollektoranlage so ausgelegt, dass sie im Winter gewollt unter 0 °C fährt, um die im Phasenübergang enthaltene Energie ausnutzen zu können. Insbesondere bei einer „Helix“-Sonde ist aufgrund der vorhandenen Geometrie von einer stärkeren Reaktion, also von einem schnelleren Einfrieren auszugehen [4]. Es wäre daher nicht verwunderlich, wenn die Temperaturen in den „Helix“-Sonden unter 0 °C sinken würden. In Abb. 2 a und b wurden die Temperaturen im Zeitraum von vier Tagen um die niedrigste gemessene Erdreichtemperatur dargestellt. Hierbei wurde zwischen den Tiefenbereichen von 2,4 m und 4,4 m unter GOK unterschieden.
Obwohl der Bereich mit den tiefsten Temperaturen und damit verbunden auch der höchsten Lastanforderung betrachtet wurde, ist deutlich zu erkennen, dass die Erdreichtemperaturen bei 2,4 m unter GOK vereinzelt geringfügig unter 0 °C fallen. Ein Einfrieren, wie es zu erwarten gewesen wäre, ist nicht zu erkennen. Im tieferen Bereich, also am unteren Ende der „Helix“-Sonde, wurden Temperaturen, die deutlich im positiven Bereich liegen, gemessen. Ebenso ist zu erkennen, dass ein Unterschied zwischen dem Einbau unter Pflaster oder Gras nicht zu erkennen ist. Werden die ungestörten Erdreichtemperaturen mit den in der „Helix“-Sonde gemessenen niedrigsten Temperaturen, also in der Tiefe von 2,4 m unter GOK, verglichen, zeigt sich eine Temperaturdifferenz von etwa 5 K.
Darstellung des Sommerbetriebs der Erdwärme-Anlage
Im Sommerfall sollen ebenso wie im Winterfall die Extremwerte betrachtet werden. In Abb. 3 a und b wurden daher die Erdreichtemperaturen von vier Tagen um die höchsten ermittelten Werte dargestellt.
Aufgrund der gemessenen ungestörten Erdreichtemperaturen (Abb. 1) war davon auszugehen, dass die durch den aktiven Kühlfall verursachte Temperaturveränderung dazu führen müsste, dass die gemessene Temperatur in der „Helix“-Sonde schnell über die der ungestörten Erdreichtemperatur steigt. Dass diese Temperaturen jedoch nahe an der ungestörten Erdreichtemperatur liegen, war nicht zu erwarten. Im Bereich von 2,4 m unter GOK ist trotz der Lastfälle ein ziemlich konstanter Temperaturverlauf zu erkennen. Aus der Tiefenmessung bei 4,4 m unter GOK ergeben sich deutliche Anforderungsbedarfe über den Tag. Die von der Wärmepumpe kommende Sole wird direkt in den tieferen Bereich der „Helix“-Sonde geleitet und läuft dann spiralartig nach oben. Wird die Differenz zur ungestörten Erdreichtemperatur betrachtet, so ergeben sich für den Lastfall Differenzen von etwa 4,5 K. Die auf den Lastfall folgende Temperaturerholung ist deutlich zu erkennen. Ob dies mit dem temporär angetroffenen Schichtenwasser zusammenhängt, konnte nicht geklärt werden. Die Erholung der Erdreichtemperatur in der „Helix“-Sonde ist selbst innerhalb der kurzen Zeitphase zwischen den Lastfällen deutlich zu sehen. Im Tiefenbereich von 2,4 m unter GOK beträgt die Differenz zur rechnerisch ermittelten ungestörten Erdreichtemperatur maximal 3,5 K. Da sich im oberen Messbereich die Lastverläufe nicht mehr darstellen lassen, kann daraus geschlossen werden, dass ein sehr guter Wärmeübergang im unteren und mittleren Bereich der „Helix“-Sonde über die Spiralen erfolgt. Eine übermäßige Belastung des Erdbereiches ist nicht zu erkennen, wie auch aus Abb. 4 ersichtlich wird, in welcher der Jahresverlauf der doppelten „Helix“ dargestellt ist.
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