Home

Programm EWS - Huber Energietechnik AG

1. ein 55 62 Rechengiler 56 6 3 W rmeleitungsgleichung und Sprungantwort 0 57 6 3 1 AE Et ee HE Un Le EE 57 6 3 2 Der radiale Temperatur Tnchter 200 0nnonnonnnnnn nenne nnennnennenn 57 6 3 3 Dimensionslose Temperatursprungantwort 0 58 0 34 VErgleichder Modelle sera 59 6 4 Die Berechnung der g functions mit dem 2 60 6 5 Die Ber cksichtigung von Nachbarsonden nennen nennen ernennen 60 6 6 W rmefluss und Temperaturgradient nennen 61 6 7 Die Bohrlochtemperatur T und die Fiugtemperatur f 61 6 7 1 a 62 6 8 Thermische Widerst nde Ra und Rb in der 62 6 8 1 Internen Bohrlochwiderstandes nach Hellstr m 4 63 6 8 2 Bohrlochwiderstandes R nach Hellstr m 4 63 6 9 Thermische Widerst nde Ra Rb derkoavialsonde 64 6 9 1 Modellierung des internen Bohrlochwiderstandes H 64 6 9 2 Modellierung des Bohrlochwiderstandes Hr 64 6 10 W rmeleistung der Grundwasserstromung nenn nenne nnnenennennn 64 6 11 Analytische onen anno anno anne ann nun nnnn nennen 65 6 11 1 Konzept der thermischen Widers
2. 36 3 9 3 Aktive Zusatzk hlung wenn das Sonden Freecooling nicht ausreicht 36 3 9 4 Serieschaltung von Erdw rmesonden oder Energiepf hlen nnannnannannnnnnnnne1nnnnne 36 3 9 5 Frostschutz minimale Sondentemperatur und bivalente Anlagen 36 3 9 6 RESPONSE Eesti ebene 36 3 10 Blatt Wasser Grupndwasseremtluss san nnn nenn nennen 38 3 11 Blatt Kollektoren solare Sondenregeneration nenn nenne nnnenn 40 9212 EE EE 42 3 19 44 3 14 W rmepumpenkenngr ssen und Zusatzhezung 45 S1 E ele Le DEE 46 BEeIspIeElsammlUNg ae een 48 4 1 Aufruf und Laden der Beispiele nenn nenn nenn nenn nennen 48 4 2 Programm enthaltene Rechenbeispiele 48 9 Berechnung een ee 51 5 1 Graphische Darstellung von Quellen und R cklauftemperatur 51 5 2 Graphische Darstellung der Entzugslestung nenn nenne ennenen 51 5 3 Temperaturverlauf ber ganze Gimulatonsperode nennen 52 5 4 Darstellung ganzer Jahresverlauf letztes Gumulatonsiahr 53 507 SEI a 53 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 2 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 ANHANG A ee En aachen 54 0A leie Dee EE 54 6 1 1 Simulation des Zzeilsehfiltes s
3. a HHHH H H E HH SET EISES 8 8 8 REI 258 00412880 EIERE CRT Re goJo oe enormer m Gitter fH Pa DIEIEIEIEIEIEIEIEIE Da I vB u a Pa a EI m a a m om DIE a a EI Em Gitt a m aD a a LH am m EE EEE Abb 3 40 der Grundwasser Oberkante mit Hilfe der Isohypsen auf dem Blatt Sondenanordnung Achtung Der Grundwassereinfluss ist nicht mit anwendbar wenn Nachbarsonden cf Kapitel 3 3 5 definiert wurden Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 38 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Eingabedaten EWS oO e Datei Eingaben Import Resultate Fenster Info Beispiel Offset Wetterdaten 1 2 System 6 7 8 Sonden Sole Grafik Info Simulation Druck Wasser Kollektoren W rmepumpe Hydraulische Lei Resultate rundwasserh he Eingaben g Eunktion Nein W1 Simulation Hydr Leitf higkeitk Parameter m s W2 Kies sl W5 Hydr Leitf higkeit k NM m s W3 Itoniger Silt D W6 Grundwasser Hydr Leitf higkeit DE m s WA Ifeink miger Sand D W7 Grundwasserluss b Berechnung Oef
4. klickt einfach auf eine Monatsgrafik Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Resultate Eenster Info Beispiel Eingaben Anzahl horizontale Schichten Darauf erscheint der Verlauf ber die ganze Simulationsperiode Dargestellt wird je nach Auswahl die monatliche Maximaltemperatur rot Minimaltemperatur blau oder Durchschnittstemperatur gr n der Sonden R cklauftemperatur TSink Sonden Eintrittstemperatur sowie die Sole temperatur TBrine pink Durchschnittstemperatur von Quellentemperatur und Sondenr cklauf temperatur TBrine TSink TSource 2 TITTEN Psan Wi hl meet Abb 5 3 Grafische Darstellung der Sole Temperaturen ber die ganze Simulationszeit Dargestellt in diesem Beispiel ist das Monats Maximum rot und Monats Minimum blau der Sonden Eintrittstemperatur Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 52 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 5 4 Darstellung ganzer Jahresverlauf letztes Simulationsjahr ei LO Dirt hirira blja seg el t 1421 LI A NUN m Leet II m Schhessen og Enreegetechrik Zench A
5. 0 2 5 10 Sonden 0 1 5 10 Sonden 0 2 10x10 Sonden 0 1 3 Sonden Dreieck 0 05 3 Sonden im Dreieck 0 1 Sonden in L Form B H 0 05 1 1 0 Randbedingu Sonden in L Form 0 1 z 12 Sonden in Quadrat Geb ude 0 05 12 Sonden in Quadrat Geb ude 0 1 1 11 gfuncton nicht definiert v Dimensionsld Grafische Darstellung der g function 1 12 Graf g function Eingaben g function 1 13 C Nein Schliessen Abb 3 8 Blatt Sonden Auswahl der Sondenanordnung unter 1 11 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 12 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Die Sondenanordnungen in Feld 1 11 sind wie folgt zu verstehen Einzelsonde Es wird die g function nach Eskilson f r eine einzelne Sonde verwendet 1 Sonden Bsp 1 4 Sonden m x n Sonden Bsp 2 3 Sonden 3 Sonden im Dreieck 7 Sonden in L Form 12 Sonden im Quadrat um Geb ude 10 Sonden in U Form nicht definiert Jede der Sonden wird gem ss Carslaw amp Jaeger Gl 6 11 berechnet einzelne unend liche Linienquelle e eigene Eingabe Beschreibung cf Kap 3 2 5 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 13 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Zu beachten ist folgendes Auch wenn die Sondenanzahl in Feld 1 3 nicht mit der Sondenanzahl der Auswahl in Feld 1 11 bereinstimmt so wird die Anzah
6. Em Gitter 58 KEE Gitter n FE F BERDE a Abb 3 21 Darstellung der Bodentemperaturen nach 50 Betriebsjahren in der Pro Version CD CH Die Bodentemperaturen k nnen nur korrekt dargestellt werden wenn vorg ngig das Sondenfeld mit dem korrekten Lastprofil berechnet wurde Dazu muss nach dem Abschluss der Eingabe der Erdw rmesonden auf dem Plan zun chst mit der Taste das Blatt Sondenanordnung geschlossen werden und es ist eine Neuberechnung durchzuf hren Danach kann wieder auf das Blatt Sondenanordnung gewechselt werden cf Abb 3 11 Auch beim Einlesen einer gespeicherten Berechnung muss zun chst eine Neuberechnung durchgef hrt werden Danach ist das gew nschte Gitternetz S11 517 zu w hlen und dann k nnen mit den Tasten die Bodentemperaturen berechnet und dargestellt werden Die Tasten S20 bis 526 unterscheiden sich einzig durch die dargestellte Farbskala Mit der Taste oder beim Wechsel des Gitternetzes S11 S17 geht man wieder auf die Plan Ansicht zur ck Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 21 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 4 Blatt Sole Im Blatt Sole werden Angaben zum Fluid und zu der Sondenhinterf llung eingesetzt Eingabedaten EWS 2 G al Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info 1 2 Sole B Erde Entzug 5 Info Berechnung 1 Stoffwerte Fluid Monaethylenglykol 20 be
7. W mK kg m3 I 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Literaturverzeichnis Carslaw H S Jaeger 1959 Conduction of heat in solids 277 ed Oxford Univers Press London Claesson Eskilson 1987 Conductive Heat Extraction by a Deep Borehole Analytical Studies Dep of Mathematical Physics University of Lund Eskilson P 1987 Thermal Analysis of Heat Extraction Boreholes Department of Mathematical Physics Lund Institute of Technology Lund Sweden ISBN 91 7900 298 6 Hellstr m G 1991 Ground Heat Storage Thermal Analyses of Duct Storage Systems Theory Dep of Mathematical Physics University of Lund Sweden ISBN 91 628 0290 9 Huber A Schuler 1997 Berechnungsmodul f r Erdw rmesonden Forschungsprogramm Umgebungs und Abw rme W rmekraftkopplung Bundesamt f r Energie Bern www hetag ch Huber A Pahud D 1999b Erweiterung des Programms EWS f r Erdw rmesondenfelder Schlussbericht Bundesamt f r Energie BFE Bern www hetag ch Huber A 1999 Hydraulische Auslegung von Erdw rmesondenkreisl ufen Schlussbericht Bundesamt f r Energie BFE Bern www hetag ch Huber A 2005 Erdw rmesonden f r Direktheizung Phase 1 Modellbildung und Simulation Schlussbericht Bundesamt f r Energie BFE Bern www
8. E A 3 1 Erdreich innomogen Hinterf llung innomogen 3 Vorgabe der Widerst nde falls unbekannt leer lassen Speichern d gleichm ssig 3 Erdreich homogen 3 Hinterf llung homogen Berechnung nach Hellstr m H D D H nicht gleichm ssig il A Wim cp real kg m3 J kgK plkg m3 cp J kgK Ra mK AW Rb bis 10 0 bom bom ha baam bis 16 7 m Fo bom ba Foo bm ho bis 20 0 m fs bo omg 3 14 3 16 3 17 3 18 3 19 3 20 3 21 Schliessen Abb 3 27 Blatt Erde mit zus tzlich Hinterf llung Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 28 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 6 3 Eingabe der Stoffwerte f r die Erde F r jede horizontale Erdschicht erscheint eine Zeile mit den einzugebenden Stoffwerten Die Stoffwerte k nnen entweder direkt eingegeben werden Feld 3 15 3 18 oder es k nnen im Pulldown Men Gesteinsarten mit hinterlegten Stoffwerten ausgew hlt werden siehe Abb 3 28 Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Resultate Fenster Info Beispiel 1 Sonden 2 Sole 3 Erde A Lastprofil 5 Info 6 Simulation vasser Externe Bodendaten Bohrlochwiderst nde Eingaben Anzahl horizontale Schichten 5 3 1 Rohrabstand swews 3 11 Shankspacingy 0087 m 3112 Berechnung Stoffwerte
9. Anzahl Erdw rmesonden Sondenl nge Sondenart Heizleistung W rmepumpe Heizw rmebedarf COP Heizung W rmebedarf Warmwasser COP Warmwasser Minimaler Sondenr cklauf Zusatzheizung Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG 1 185m 40 mm duplex 12 kW 18 213 kWh 4 5 4 580 kWh 2 7 1 210m 40 mm duplex 12 kW 18 213 kWh 4 5 4 580 kWh 2 7 2 C Gasheizung EFH mit monovalenter Heizungsw rmepumpe 48 Programm EWS Ver 5 0 Beispiel 3 Anzahl Erdw rmesonden Sondenl nge Sondenart Heizleistung W rmepumpe Heizw rmebedarf COP Heizung W rmebedarf Warmwasser COP Warmwasser Anzahl Erdw rmesonden Sondenl nge Sondenart Heizleistung W rmepumpe Heizw rmebedarf COP Heizung W rmebedarf Warmwasser COP Warmwasser K hlenergiebedarf max Freecooling R cklauf Anzahl Erdw rmesonden Sondenl nge Sondenart Heizleistung W rmepumpe Heizw rmebedarf COP Heizung W rmebedarf Warmwasser COP Warmwasser K hlleistung K ltemaschine K hlenergiebedarf COPc K hlung max Sonden R cklauf Anzahl Erdw rmesonden Sondenl nge Sondenart Heizleistung W rmepumpe Heizw rmebedarf COP Heizung W rmebedarf Warmwasser COP Warmwasser max Sonden R cklauf Fl che unverglaste Kollektoren Wetterdaten Offset Wetterdaten Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG Huber Energietechnik AG Sondenfeld f r MFH mit 10 Erd
10. ja gesetzt so werden die g functions als Randbedingung zur Bestimmung der Sondenanordnung verwendet anderenfalls wird der Ansatz von Carslaw amp Jaeger verwendet Diese Randbedingung ist allerdings nur f r Einzelsonden f r Simulationszeitr ume bis zur Sondenzeitkonstanten Gl 6 12 geeignet Sobald in Feld 1 3 mehr als eine Sonde angew hlt wird wird das Feld 1 10 auf ja gesetzt und die Randbedingungen werden mit den g functions von Eskilson 2 und 3 berechnet Nun erscheint das Pull Down Feld 1 11 mit einer Auswahl an Sondenanordnungen Dabei bedeutet B H das Verh ltnis von Sondenabstand zu H Eingabedaten EWS Einzelsonde E sl b 12 Sonden 0 05 R Datei Eingaben Import Ausgabe M gt sonden B H 01 2 Sonden 0 2 1 3 0 05 1 3 01 1 Sonden 2 591 3 B H 0 2 Eingaben 1x4Sonden B H 0 05 1x4 Sonden 0 1 Sonden Gel x4Sonden 02 e h Berechnung 1 1 1x6Sonden B H 0 05 rchmesser Sonde m aussen 0 0320 1 6 Sonden 0 1 dst rke Sond Se 2 2 Sonden B H 0 05 GE 0 0030 2 m a ae rmeleitf higkeit Sondenrohr W mK 0 40 SC 2x3 Sonden 0 05 peichern 1 3 J2x3 Sonden 0 1 gt Senden 02 1 4 sondenl ng x Sonden 0 05 Resultate 1 5 2x8Sonden 01 7 Bohrdurchm 3x6 Sonden 01 3 6 Sonden
11. 200 m 30 0 bebe Kalkstein Reg Jura 1500 2 40 2500 fiooo SEH Reg Bader 2000 m 2 40 2600 bom Steind Steins Steinb Stein Steind Steing Abb 3 31 Blatt Erde mit selbst erstellter Auswahl an Gesteinsarten Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 30 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 7 Blatt Entzug Auf dem Blatt Entzug wird das Lastprofil f r die Erdw rmesonde eingegeben cf Abb 3 32 4 1 4 2 4 3 4 11 Abb 4 4 4 5 Eingabedaten EWS SS G x Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info 4 Sonden Sole B Erde 4Entzug 5 Info Eingaben Neues Lastprofil mit den folgenden Werten erzeugen Berechnung bei nem werden die Daten aus dem Eingabefile bernommen 4 1 Ja Nain Definition des Lastprofils mit monatlicher Entzugsenergie Oeffnen bei nen muss die t gliche Sondenlaufzeit vorgegeben werden 4 2 SE t gliche Sondenlaufzeit oder monatliche Entzugsenergie minus bei K hlung peichern im Januar 2 im Juli 2 h d Resultate im Februar D im August 2 h d im M rz E h d im September 3 h d 4 3 im April h d im Oktober 7 h d im Mai 3 h d im November fa h d im Juni 2 Dezember D Entzugsleistung Einspeisleistung in Sonden Entzugsleistung Sonden bei Heizbetrieb kV 4 4 fi D positives Vorzeichen Einspeisleistung Sonden bei K hlbetr
12. A 5 Sonden Geometrie Berechnung 1 7 Durchmesser Sonde m aussen 0 0320 1 1 32 mm doppel U Sonde D 1 8 Wandst rke Sonde m 0 0030 Oeffnen EEE 0 40 1 2 Typ Komial U Sonde 1 9 W rmeleitf higkeit Sondenrohr Y mkK Span h 3 Anzahl Sonden 2 1 4 Sondenl nge m 100 Resultate 1 5 Bohrdurchmesser m 01 20 1 6 Sondenabstand m fi 0 0 B H eff 0 10 1 6a Dimensionslose Temperatursprungantworten g functions 1 10 Randbedingung mit g functions ja nein 1 11 gfunction D grafische Darstellung der g function 1 12 Graf g function Eingaben g function 1 13 ja nein Schliessen Programm EWS Lizenz f r Huber EnergietechnikAG Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 2 Blatt Sonden zus tzliche Auswahlfelder bei 2 oder mehr Sonden auf Feld 1 3 Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG 9 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 2 1 Auswahl des Sondentyps Durch die Auswahl im Pull Down Feld 1 1 cf Abb 3 3 werden Default Werte zum Sondentyp U oder Koaxialsonden Feld 1 2 Bohrdurchmesser 2 r4 Feld 1 5 Durchmesser der Sondenrohre 2 Feld 1 7 Wandst rke rs r Feld 1 8 und W rmeleitf higkeit A der Sondenrohre Feld 1 9 automatisch eingef llt Diese Parameter k nnen allerdings auch noch von Hand angepasst werden Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info
13. EAE E a HH HR er DEZE SNE SNE 4 EEE 1 6 10 0 wm D 20 0 40 0 H 18 300 om 19 40 0 20 50 0 40 04 21 00 4004 1 Abb 3 13 Blatt Sondenanordnung mit 21 Erdw rmesonden Blaue Sonden ergeben einen hohen Ertrag rote Sonden einen tiefen Ertrag Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 17 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 3 2 Optimieren von Sondenfeldern An einem Beispiel mit 5 x 10 Sonden soll das Vorgehen beim Optimieren von Sondenfeldern dargestellt werden Die Sonden mit dem gr ssten Ertrag zeigen eine blaue Farbe die Sonden mit geringerem Ertrag im Zentrum des Feldes wo die W rme schlecht nachfliessen kann sind aussen violett und innen stark rot Mit Hilfe der grafischen Darstellung der g functions mit der Taste 1 12 wird der Unterschied sofort sichtbar Durch das einfache Versetzen der 4 innersten Sonden kann die g function des Sondenfeldes um 8 gesenkt werden Dies bedeutet dass die Bohrlochtemperatur im Gleichgewichtszustand im rechten Beispiel 8 weniger stark sinkt als links ig gfuncton ts 31 7 a gfuncton ts 31 7 30 cdimensionslase Temperatursprungantwort Jimensionslaose Temper atursprungantwort 2 24 d Ag 8 Zeit Init ts H Zeit E F 6 St 4 Gi 2 0 1 d J Abb 3 14 Vergleich von 2 Anordnungen m
14. k des WT zum Sondenkreislauf 15000 W KK28 m Solarregister K23 1000 Gegenstromanteil WT Kollektorkreislauf 0 70 K29 Gr sse Solarspeicher 1000 Liter Gr digkeit WT Kollektorkreislauf K an an ul K30 Speicherverluste Solarspeichkfog 0 010 1 h Maximaler Sondenruecklauf 35 0 K31 Warmwasser Bedarf K26 33000 kha Durchsatz Kollektoren 0 90 kg s K32 i i solare Deckung Warmwasse 0 se vorschlag Kollektor Durchsatz Berechnung K33 K27 Abb 3 44 Blatt Sonnenkollektoren zur Berechnung der solaren Sondenregeneration K1 K2 K3 KA K5 K11 K13 K20 K27 Pulldown Men zur Auswahl einer beschr nkten Anzahl von Sonnenkollektor Typen Keine zwingende Eingabe da immer mit den Kollektor Kennwerten gerechnet wird Zur solaren Sondenregeneration muss K2 angew hlt werden Wird angew hlt reduziert sich der Solarertrag um 10 zur Ber cksichtigung der thermischen Verluste in den Solarleitungen und eine reale Regelung Wird 4 auf gesetzt unverglaste Kollektoren sind die Kollektorkonstanten K14 K16 auszuf llen bei verglasten Kollektoren die Kollektorkonstanten 17 19 In K5 ist die Absorberfl che und nicht die Brutto Kollektorfl che einzugeben Die Windgeschwindigkeit wird nur bei unverglasten Kollektoren ber cksichtigt Die Windgeschwindigkeit wird nicht aus den Wetterdaten gelesen sondern das ganze Jahr konstant auf den Wert K11 g
15. 23 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 4 2 Automatische Berechnung der notwendigen Sondenl nge Das Programm EWS ist in der Lage eine automatische Berechnung der notwendigen Sonden l nge entsprechend der Norm SIA 384 6 21 durchzuf hren Dazu ist die Simulationsdauer in Feld 4 8 oder Feld 10 15 auf 50 Jahre zu setzen und der minimal m gliche Sondenr cklauf in Feld 2 12 und die Temperaturdifferenz ber die Sonde in Feld 2 6 so zu setzen dass der Mittelwert zwischen minimalem Sonden Vorlauf und Sonden R cklauf 1 5 C betr gt z B minimaler Sondenr cklauf in Feld 2 12 auf 3 0 C und Temperaturdifferenz ber der Sonde Feld 2 6 auf 3 0 K setzen Um die automatische Berechnung der notwendigen Sondenl nge zu starten ist das Auswahlfeld 2 11 auf Ja zu setzen und die Berechnung mit dem Button Berechnung zu starten Das Programm EWS berechnet nun die minimale Sondenl nge mit der die formulierten Bedingungen eingehalten werden k nnen Die notwendige Sondenl nge kann nach der Berechnung nun im Feld 1 4 ausgelesen werden 3 5 Blatt Info Dieses Blatt dient dazu Projekt Varianten und Ersteller n her zu spezifizieren sowie weitere Anmerkungen einzuf gen lelx Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Slew Sonden 2 Sole D Erde Entzug 5 Info Berechnung Info zum Projekt 5 1 Projekt Erdwaermesonden Beschreibung der Variant 2 Variante 1 220m Sonde
16. 7 1 Beispiel 1 Eingabe einer g function mittels den Funktionswerten Die von Eskilson 3 publizierte g function von 9 Sonden in quadratischer Anordnung cf Abb 7 1 f r 0 10 soll als eigene g function eingegeben werden Die Sondenl nge H sei 100 m borsholes In a square rb H 0 0005 9 funetlon Fe 4 28022 4 D i Inct t gt Abb 7 1 Beispiel einer publizierten g function aus 3 und Auslesen des Funktionswertes der St tzstelle In t ts 2 Im Feld 1 11 wird der letzte Auswahlpunkt eigene Eingabe ausgew hlt dann bei den Feldern 1 10 und 1 13 angew hlt Die Funktionswerte der g function an den St tzstellen In t ts 4 2 0 2 3 werden grafisch ausgelesen Es ergibt sich g In t ts 4 5 09 gl Inft ts 2 7 00 glln t ts 0 10 86 gIln t ts 2 14 68 glin t ts 3 14 91 Diese Funktionswerte werden eingetragen in die Felder 1 15 bis 1 19 Der Sondenabstand in Feld 1 20 wird so angepasst dass das B H Verh ltnis in Feld 1 21 gleich 0 10 wird d h Feld 1 20 muss 10 m betragen bei einer vorgegebenen Sondenl nge H von 100 m Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Eenster Info NEE EbSstzR Sonden 2 Sole 3 Erde 4 Entzug 5 Info Sonden Geometrie Berechnung 1 1 7 Durchmesser Sonde m aussen 0 0320 32 mm doppel U Sonde 1 8 e Wandst rke Sonde m 0 0030 oe Ee DESEN 1 9 w rm
17. Das Programm generiert einen Fahrplan wenn nichts anderes eingegeben wurde Es kann jedoch auch auf einen Fahrplan verzichtet werden oder der Fahrplan kann selbst definiert werden Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 47 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 4 Beispielsammlung 4 1 Aufruf und Laden der Beispiele In der Pro Version des Programms EWS ist eine Sammlung mit 9 typischen Rechenbeispielen enthalten die direkt ins Programm eingelesen und berechnet werden k nnen Die Beispiele k nnen als Grundlage f r eigene Berechnungen dienen Die Beispiele sind im Kapitel 4 2 einzeln beschrieben Der Aufruf der Beispiele erfolgt ber das Men Beispiel JS Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Resultate Fenster Info Beispiel Karten Offset Wetterdaten Eingaben Berechnung Beispiel 1 Sonden Sole Erde Las Beispiel 2 ollektorer Beispiel 3 Sonden Geometrie Beispiel 4 fao mm doppel U Sonde Beispiel 5 Typ C koaxial U SE 2 eispiel 8 Wandst rke ze Anzahl Sonden Beispiel 2 W rmeleitf Speichern Sondenl nge m Dann Bohrdurchmesser m 0135 Resultate 4 2 Im Programm enthaltene Rechenbeispiele Im Programm EWS Pro Version sind die folgenden Rechenbeispiele enthalten Beispiel 1 Anzahl Erdw rmesonden Sondenl nge Sondenart Heizleistung W rmepumpe Heizw rmebedarf COP Heizung W rmebedarf Warmwasser COP Warmwasser
18. Giele Sonden Sole Erde Entzu Info Eingaben 1 2 E 4 5 Sonden Geometrie Berechnung _ 1 7 Durchmesser Sonde m aussen 0 0320 32 mm doppel U Sonde 1 8 Wandst rke Sonde m 0 0030 1 9 W rmeleitf higkeit Sondenrohr W mK 0 40 Oeffnen 25 mm doppel U Sonde 32 mm doppel U Sonde 40 mm doppel U Sonde 50 mm doppel U Sonde 1 1 Speichern 63 mm Geowatt Koaxialsonde 75 mm Geowatt Koaxialsonde 80 mm Geowat Koaxialsonde 32 mm einfach U Sonde 40 mm einfach U Sonde B H eff 0 10 Resultate Ur Dimensionslose Temperatursprungantworten functions 1 1 0 Randbedingung mit g functions Schliessen Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik AG Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 3 Blatt Sonden Auswahl des Sondentyps unter Feld 1 1 Gerade beim Bohrdurchmesser k nnen je nach Bohrfirma und Bohrgrund gr ssere Abweichungen von den Default Werten vorkommen Eine berpr fung des Bohrdurchmessers Feld 1 5 ist daher angezeigt 3 2 2 Bezeichnungen an der Doppel U Sonde Die Sondengeometrie kann wie folgt eingegeben werden Feld 1 5 Bohrdurchmesser 2 l Feld 1 7 Durchmesser Sonde aussen 2 o Feld 1 8 Wandst rke Sonde 7 Feld 1 9 W rmeleitf higkeit Sondenrohre As Feld 3 11 Rohrabstand shank spacing Bu Leen Feld 3 3 W rmeleitf higkeit Hinterf llung Abb 3 4 Bezeic
19. Huber Energietechnik AG 5 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 2 5 Installation F r das Programm EWS ist keine Installation erforderlich Ein einfaches Kopieren des Files Ews exe in den gew nschten Zielordner gen gt Das Programm wird sodann durch die Eingabe einer Lizenznummer freigeschaltet Dabei wird zwischen 4 Arten von Lizenznummern unter schieden 1 Lizenznummer f r Testversion 4701 2 Lizenznummer f r Grundversion 3 Lizenznummer f r Vollversion 4 Lizenznummer f r die Pro Version Je nach Eingabe der Lizenznummer stehen ein unterschiedlicher Funktionsumfang zur Verf gung 2 6 Eingabe der Lizenznummer Sowohl die Testversion als auch die Grund und Vollversion m ssen durch die Eingabe einer Lizenznummer freigeschaltet werden Nachfolgend ist das Vorgehen dazu beschrieben Berechnung von Erdw rmesonden Huber Energietechnik AG Ingenieur und Planungsb ro Jupiterstrasse 26 8032 Z rich mail hetag ch JON Programm EWS Version 5 0 Mar 2015 Autor Arthur Huber Huber Energietechnik AG Copyright Rechenmodul EWS Bundesamt f r Energie Programm EW Huber Energietechnik AG Jupiterstrasse 26 8032 Zurich Ingenieur und Planungsb ro Tel 41 44 227 79 78 Fax 41 44 227 79 79 mail hetag ch Literatur Berechnungsmodul f r Erdw rmesonden ENET Nr 965880771 1997 Erweiterung des Programms EWS f r Erw rmesondenfelder ENET Nr 9819227 1999
20. a I I a m I in I me ERIE ER HER A HER EEE 8 SITT Ee 8 lte EIEE EE ii WS IER KEIER E EIS RE DES ail EISES REI a TE AA ai ailes oi siele 28 ai fei 5 er bai E a 88 Abb 3 12 Blatt Sondenanordnung mit Rasterfeld 1 Linie pro Meter Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 16 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 3 1 Setzen verschieben und l
21. vom Fluid zum Sondenrohr interner Sondenwiderstand von hinauf zu hinabstr mendem Fluid thermischer Bohrlochwiderstand von Fluid bis Bohrradius in Tiefe 2 thermischer Sondenwiderstand von Sondenrohr bis Bohrradius thermischer Kontaktwiderstand vom Bohrradius bis zur Hinterf llung thermischer Verbraucherwiderstand T Quelle 0 thermischer Transportwiderstand zwischen der Tiefe H 2 und der Oberfl che Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG m2 s m2 m m J kgK J kgK m m m m m s kg s Pa W m W m2 W m W W m m m m m m Km W Km W Km W Km W Km W Km W Km W 70 Huber Energietechnik AG W Programm EWS Ver 5 0 wu mo T quelle T R cklauf Tup Stantonzahl Thermal Response Test Periodendauer der Jahreszeitenschwankungen 1 Jahr 8760 h 3600 s h Abk hlung der Erde um eine Erdw rmesonde gegen ber dem unbeeinflussten Erdreich Temperaturgradient im unbeeinflussten Erdreich Bohrlochtemperatur in Tiefe z auf dem Radius r1 ber die Bohrtiefe gemittelte Bohrlochtemperatur auf dem Radius mittlere Fluidtemperatur in der Tiefe z mittlere Fluidtemperatur TR cklaut Temperatur des hinunterstr menden Fluids in der Tiefe z langj hrige Mitteltemperatur der Aussenluft ungest rte Erdreichmitteltemperatur i
22. 2 q Def g r t GI 6 8 6 3 2 Der radiale Temperatur Trichter Im station ren Fall ist der radiale W rmefluss im Sonden Nahbereich konstant und es gilt I Tean a _ _ 4 GI 6 9 2 77 2 7 Durch Integration von bis wird daraus e r gi GI 6 10 I Diese Beziehung erlaubt es mit einer einzigen Sprungantwort 0 das Temperaturverhalten im ganzen Sonden Nahbereich abzusch tzen und bei bekannter Sprungantwort g an der Stelle r4 auf die Sprungantwort g an der Stelle r zu schliessen Zu beachten ist dabei allerdings dass f r kleine Zeitschritte t die Annahme eines station ren Falles zu gr sseren Abweichungen f hrt Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 57 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 3 3 Dimensionslose Temperatursprungantwort g Carslaw amp Jaeger 1 haben die W rmeleitungsgleichung f r eine unendliche Linienquelle analytisch gel st und haben f r g die folgenden Beziehung gefunden r y 1 1 SEN r nf 1 lw ls 6 11 2 2 r 4 t a wobei y 0 5772 die Eulerkonstant ist Werner A Bigler R Niederhauser A et al 18 sind durch eine Analogie abgeleitet aus der Brunnengleichung auf die identische L sung gekommen Im Programm Modul EWS ist Gl 6 11 eingebaut und diese kann wahlweise als Alternative zur g Funktion von Eskilson als ussere Randbedingung f r das Simulationsgebiet ausgew hlt
23. 6 Response Test Um einen Response Test nachzurechnen muss in einem ersten Schritt das Blatt Simulation eingeblendet werden Dazu wird zun chst in der Men Zeile unter der Rubrik Fenster das Blatt Simulation angew hlt cf Abb 3 38 Auf dem Blatt Simulation kann nun im Feld 6 3 die Sprungantwort angew hlt werden Sobald dies gemacht wurde werden automatisch verschiedene Default Einstellungen ge ndert e Sinnvolle Resultate von Sprung Antwortberechnungen sind nur m glich wenn das Sondenfluid instation r berechnet wird Feld 6 1 wird deshalb auf nein gesetzt e Bei Sprung Antwortberechnungen muss mit der maximalen Anzahl Erdschichten gerechnet werden Die Anzahl der horizontalen Schichten im Erdreich Dimaxi Feld 3 1 wird deshalb auf 10 gesetzt Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 36 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG e Die Simulationszeitschritte f r die Berechnung der Sole und des Erdreichs werden reduziert Dazu werden der Zeitschritt Faktor der Sole Feld 7 5 Sicherheit 1 von 4 auf 40 und der Zeitschritt Faktor der Erde Feld 7 6 Sicherheit 2 von 2 auf 20 erh ht e Wurde die Dauer der Sprungantwort auf 1 h gesetzt Feld 6 4 so wird der Zeitschritt der Sonde Feld 7 4 auf 1 Minute gesetzt e Die Gr sse des Eingabefiles in Feld 6 7 wird auf die Dauer der Sprungantwort angepasst Beim klassischen Response Test wird dem Erdreich eine konstante W rmeleistung e
24. Bei dieser Variante wird die Sprung Leistung Feld 6 5 vom Programm nicht beachtet Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 37 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 10 Blatt Wasser Grundwassereinfluss Das Blatt Wasser steht nur in der Pro Version zur Verf gung damit kann der Grundwasserfluss GW im Erdreich und die Jahreszeitenschwankungen an der Oberfl che ber cksichtigt werden Das Blatt Wasser wird in der Men Zeile unter der Rubrik Fenster eingeblendet Das Programm EWS verwendet ein Bilanz Modell f r die Ber cksichtigung des Grundwasser flusses Dazu wird zun chst der Str mungsquerschnitt im Einflussbereich der Erdw rmesonden bestimmt Daf r muss auf dem Blatt Sondenanordnung die Flussrichtung des Grundwassers angegeben werden Dies geschieht durch die Eingabe von zwei Isohypsen Geraden der Grundwasser Oberkante Das Grundwasser fliesst in der Regel senkrecht zu den Isohypsen der Grundwasser Oberkante Durch Dr cken des Buttons 527 erscheint das Feld 528 auf dem die absolute H he der ersten Isohypse eingegeben werden kann Danach kann durch die Auswahl von 2 Punkten mit der linken Maustaste die Isohpsen Gerade gezeichnet werden Durch Klicken mit der Maus irgendwo auf dem Blatt wird die Aktion abgeschlossen Der Vorgang wird f r die 2 Isohypse mit dem Button S29 und dem Feld S30 wiederholt Sind die beiden Isohypsen Geraden nicht parallel so berechnet das Programm EWS den Str mungs
25. Dieses Programm enth lt das im Auftrag des Bundesamts f r Energie entwickelte Modul EWS Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG 6 Lizenz Nr 54701 EWS Ver5D f r Probeversion Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Testversion Um die Testversion freizuschalten muss anstelle der Firma das Wort Probeversion eingegeben werden Die Lizenznummer der Testversion ist 4701 Lizenznummer loj x ist lizenziert f r die Firma Probeversion Installatonsnummer wm T nummer mmer f r Probelizenz ist 4701 Schliessen Installations Nr das Mit der Testversion steht nun jedermann der Funktionsumfang der Vollversion offen wobei aller dings einzelne Eingabefelder z B Sondenl nge und Stoffwerte nicht ver ndert werden k nnen Grund Voll und Pro Version Durch dr cken des Buttons Installations Nr wird nun die Installationsnummer angezeigt Diese Installationsnummer ist eine rechnerspezifische Gr sse und hat f r jeden PC einen anderen Wert Diese Nummer ist nun zusammen mit dem Firmennamen per Mail an mail hetag ch zu senden In der Regel wird dann innert 48h die individuelle Lizenznummer zur ckgeschickt Lizenznummer Jl Dieses Programm ist lizenziert f r die Firma Ee Installationsnummer 33303 Ihre Lizenznummer Nummer f r Probelizenz ist 4701 Schliessen T bernehmen Die Lizenznummer ist nun zusammen mit
26. SE 13 184 3 3 een er SC KE e GE d r A HE 312 821 2 615 ae EEEE A d E seg ri Di L al U 13h e wr ei e ef F af d ef N N N EZ IS EI jr d E d e LR NEE Ze a ST Es BR gt N V PANS r ZEN FANANN NT E EE KUNEN Ea SE EC 2 DI Abb 3 18 3 Schritt Gitternetz skalieren Auf der Kar Abb 3 19 4 Schritt rn mit Taste S6 und te 2 markante Punkte ausw hlen Distanz S7 auf die gew nschte Gr sse skalieren bestimmen und in Feld 59 eingeben An und Sonden gem ss Beschreibung Kapitel schliessend beide Messpunkte mit Maus 3 3 1 eingeben Achtung Sobald Erd auf Karte anw hlen und durch Klicken mit w rmesonden angew hlt sind kann die der Maus irgendwo auf Blatt abschliessen Karte nicht mehr angepasst werden Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 19 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 3 5 Nachbarsonden und neue Sondendarstellung in der Pro Version In der Pro Version gibt es neu die M glichkeit Nachbarsonden zu ber cksichtigen Dabei geht das Programm EWS davon aus dass Nachbarsonden thermisch gleich belastet sind wie Erdw rme sonden des Projektes selbst Die Beschreibung des Rechenverfahrens findet sich im Kapitel 6 5 Die mit Nachbar bezeichnete Taste S10 erscheint erst wenn in der Pro Version
27. dem Feld 10 28 und Feld 10 29 auf dem Blatt Lastprofil Temperatur Juli sondenr cklauf TMin 9 3 d T Quellen und R cklauftemperatur _ Begrenzung Sonden R cklauftemperatur TMax 35 1 C an Entzugsleistung kW Juli Sondenr cklauf TMin 9 3 C TMax 35 1 C Jahr 3 Entzugsleistung amp gr n erbrachte K hlleistung violett gew nschte K hlenergie 529 kWh K hlleistung Heizenergie 0 kh Tage 32 Tage 40 0 3 9 12 16 19 22 25 28 31 rthur Huber mit Prog EWS Huber Energietechnik AG Zurich 0 3 g 12 16 19 22 25 28 31 rthur Huber mit Prog EWS Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 34 Begrenzung der maximalen Sonden R cklauftemperatur im K hlfall Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 32 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 8 Blatt Lastprofil Als Alternative zum Blatt Entzug Kapitel 3 7 bei dem die Sondenbelastung direkt eingegeben werden muss kann in der Vollversion des Programms EWS auch das Blatt Lastprofil verwendet werden Auf dem Blatt Lastprofil wird die ben tigte monatliche Endenergie definiert und mit Hilfe der COP Werte vom Programm direkt in eine Sondenbelastung umgerechnet Dazu wird zun chst in der Men Zeile unter der Rubrik Eingaben das Blatt Lastprofil angew hlt cf Abb 3 33 Das Blatt Lastpro
28. dem Firmennamen in den daf r vorgesehenen Feldern einzutragen Bewahren Sie die Lizenznummer sorgf ltig auf es kann notwendig werden diese nach dem Ablauf einer gewissen Zeit nochmals einzugeben ois izenziert f r die Firma Diese EE Huber Energietechnik AG Installationsnummer 33303 8888888888 Schliessen Installations Nr 1 bernehmen D Nach Beendigung der Installation muss mit dem Programm einmal ein Berechnungs Run mit den unver nderten Default Werten durchgef hrt werden Erst danach kann mit der Dateneingabe fortgefahren werden u Probelizenz ist 4701 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG T Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 Dateneingabe 3 1 Grunds tze der Dateneingabe 3 1 1 Fehlende Datei Lizenz ews Erscheint beim Aufstarten des Programms die folgende Fehlermeldung so wurde die Lizenz nummer noch nicht eingetragen cf Kapitel 2 6 Eege S A Noch keine Lizenznummer eingegeben Oeffnen Sie INFO Haben Sie die Lizenznummer bereits fr her eingetragen und die Fehlermeldung erscheint trotzdem so berpr fen Sie ob die Datei Lenz ewe sich im gleichen Ordner befindet wie das Programm Ews exe Falls dies nicht der Fall ist so kopieren Sie die Datei Lizenz ewe den aktuellen Ordner oder geben Sie die Lizenznummer gem ss Kapitel 2 6 erneut ein 3 1 2 Dezimal Punkte Es ist streng darauf zu achten dass bei Eingabe
29. des Programms ein Plan gem ss Kapitel 3 3 2 eingef gt wurde Durch dr cken auf diese Taste wird in den Nachbar Modus umgeschaltet In diesem Modus werden alle neu eingef gten Sonden als Nachbarsonden gelb markiert Nachbarsonden geh ren nicht zum aktuellen Projekt beeinflussen aber die g function und damit das Rechenergebnis Durch nochmaliges dr cken der Taste Nachbar wird wieder in den normalen Modus zur ckgeschaltet und es k nnen weitere Projekt Sonden eingegeben werden Nachbarsonden k nnen wie die Projekt Sonden verschoben und gel scht werden Programm EWS S1 T Beenden 1 Flan pen S a 11098 10m GiterS4 Hiz d KT V A 1 AR l schen 5 gt Sa SSC J FAT T OPD e k l SE H zeigen EEN au JE dE EAH der IN E E A RUND III 54 INNERN Abb 3 20 Eingabe von Nachbarsonden gelb in der Pro Version DIL am KXN RR In der Pro Version wurde zus tzlich eine neue Darstellungsform implementiert die geeignet ist ganze Quartiere mit bis zu 600 Erdw rmesonden oder Energiepf hle darzustellen In dieser neuen Darstellungsform werden die Erdw rmesonden kleiner dargestellt Die Koordinaten der Erdw rmesonden werden nur noch beim Fassen und Verschieben der Erdw rmesonden mit der Maus dargestellt Daf r
30. die station re Gleichung Gl 6 10 verwendet werden um den Einfluss des Sondenfeldes auf eine beliebige Sonde x im Sondenfeld abzu sch tzen Anstelle von wird der Sondenabstand A zwischen der Sonde x und eingesetzt g r EIER Za GI 6 16 I 1 1 Bei parallelem Sondenbetrieb kann dann die g function des ganzen Sondenfeldes als Durchschnittswert der n Einzelsonden berechnet werden mit tee Gi 6 17 6 5 Die Ber cksichtigung von Nachbarsonden In der Pro Version des Programms EWS gibt es neu die M glichkeit Nachbarsonden zu ber cksichtigen Dabei geht das Programm EWS davon aus dass Nachbarsonden thermisch gleich belastet sind wie Erdw rmesonden des Projektes selbst und auch die gleiche Bohrtiefe aufweisen Unter diesen Annahmen wird die g function g r unter der Ber cksichtigung der Nachbarsonden zu 0 0 GI 6 18 x 1 y A wobei n die Anzahl aller Erdw rmesonden Projektsonden Nachbarsonden und m die Anzahl der Nachbarsonden die nicht zum Projekt geh ren darstellen Dies bedeutet also dass die g functions der einzelnen Sonden unter Ber cksichtigung aller Sonden Projektsonden und Nachbarsonden wie in einem grossen Sondenfeld gem ss Gl 6 16 berechnet werden und dann der arithmetische Mittelwert aller Projektsonden gebildet wird Dieses Konzept der Ber cksichtigung von Nachbarsonden ist zwar recht vereinfachend In der Praxis zeigt es sich aber h ufig dass auch Nachbarsonden
31. gt 4h Mittel Entzugsleistung amp Bedarf Oktober i Berechnung Oeffnen Speichern Resultate November Ku hlenergie 0 kWh 36 Heizenergie 1860 kWh Tage Schliessen Drucken Schliessen 9 12 16 19 22 25 28 31 Yon HUBER ENERGIETECHNIK mit Prog EWS Huber Energietechnik Zurich Abb 5 2 Graphische Darstellung der Entzugsleistung Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 5 1 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 34 Durch Anklicken des Buttons Leistung wird die Leistung der Erdw rmesonde in den Mo naten angezeigt Ist diese Leistung positiv wird der Sonde W rme entzogen im negativen Fall wird der Sonde W rme zugef hrt 35 Durch Anklicken des Buttons 24h Mittel wird die gemittelte Leistung ber einen Tag an gegeben 36 Inder Ansicht Leistung werden die K hl und Heizenergien des gew hlten Monats gezeigt S mtliche Graphiken aller Monate k nnen ausgedruckt oder beispielsweise in ein Wordfile kopiert werden Die eingegebenen Werte k nnen gespeichert und durch Anklicken des Buttons Projekt laden auf der Startseite wieder aufgerufen werden 5 3 Temperaturverlauf ber ganze Simulationsperiode Anstelle von Monats Darstellungen kann auch das ganze letzte Simulationsjahr und der Temperaturverlauf ber die ganze Simulationsperiode dargestellt werden Nach der Simulation w hlt man dazu im Men Resultate die Auswahl Grafik ganze Simulation an oder man
32. hetag ch Huber A Stalder M 2015 Rechenmethode WPesti Handbuch mit Beispielen Version 8 1 EWZ Energieinstitut Vorarlberg AWEL FWS Verein MINERGIE www endk ch und www hetag ch Huber A 2006 Planung von gekoppelten K lte und W rme Erzeugungsanlagen mit Erdw rmesonden Weiterbildungskurs 235 Hochschule f r Technik Architektur Luzern www hetag ch Huber A Ochs M 2007 Hydraulische Auslegung von Erdw rmesondenkreisl ufen mit der Software EWSDruck Vers 2 0 Bundesamt f r Energie Bern www hetag ch Huber A 2010 Forschungsprojekt Erdsondenoptimierung Einfluss der Sondenhinterf llung Bundesamt f r Energie BFE Bern www hetag ch Huber A 2014 Bodentemperaturen und geothermischer W rmefluss in der Schweiz Huber Energietechnik AG Z rich www hetag ch Leu W Keller G Megel Th Sch rli U Rybach L 1999 Programm SwEWS 99 Berechnungsprogramm f r geothermische Eigenschaften der Schweizer Molasse 0 500m Schlussbericht Bundesamt f r Energie Bern Leu W Keller G Matter A Sch rli U Rybach L 1999 Geothermische Eigenschaften Schweizer Molassebecken Tiefenbereich 0 500m Bundesamt f r Energie Bern Merker G 1987 Konvektive W rme bertragung Springer Verlag Remund J Kunz S Schilter Ch 2008 METEONORM Version 6 0 Handbook Part I Software Software version 6 1 of December 15th 2008 METEOTEST Fabrikstrasse 14 CH 3012 Bern Swit
33. immer mit den dazu geh renden Eingabefeldern die in jedem Fall unabh ngig von den Pull Down Men s eingestellt werden k nnen Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG 8 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 2 Blatt Sonden Im Blatt Sonden werden die Sondenanzahl die Bohrtiefe H die Sondenart und die Sondenanordnung definiert Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Eingaben I 2 Sole D Erde 4 Entzug 5 Info Sonden Geometrie Berechnung 14 mmm 1 7 Durchmesser Sonde m aussen 0 0320 1 8 Wandst rke Sonde m 0 0030 Oeffnen en S EE 1 2 U Sonde 1 9 W rmeleitf higkeit Sondenrohr W mK 0 40 Speichern 1 3 Anzahl Sonden fi Resultate 1 4 Sondenl nge H m 20 0 1 5 Bohrdurchmesser m 0 120 Dimensionslose Temperatursprungantworten og functions 1 1 0 Randbedingung mit g functions C ja nein Schliessen Abb 3 1 Blatt Sonden mit den Default Einstellungen Im Feld 1 4 wird die Bohrtiefe H im Feld 1 3 die Anzahl der Sonden eingegeben Werden im Feld 1 3 mehr als eine Sonde eingegeben so erscheinen zus tzliche Eingabefelder cf Abb 3 2 Nun ist im Feld 1 6 auch der Sondenabstand B einzugeben und im Feld 1 11 kann die Sondenanord nung gew hlt werden Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info SBE 1 Sonden Sole Erde Entzu Info Eingaben
34. mit GW Einfluss aus W rmeleitf higkeit Kies ohne GW Anzahl Energiepf hle Anzahl Pf hle in Serie L nge Energiepf hle Pfahlart Bohrlochwiderstand Rb Heizleistung W rmepumpe Heizw rmebedarf COP Heizung Auslegungsfall COP Heizung Durchschnitt W rmebedarf Warmwasser COP Warmwasser 0 019 m m 2 8 W mK 1 8 W mK Beton 50cm 0 15 Km W 40 kW 50 000 kWh 4 5 5 0 30 000 kWh 3 5 M chtigkeit Grundwasser GW 8 m Material der GW Schicht Kies hydr Leitf higkeit GW Schicht 0 05 m s Druckgradient des GW eff W rmeleitf higeit Kies mit GW W rmeleitf higkeit Kies ohne GW Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG 0 019 m m 2 8 W mK 1 8 W mK Huber Energietechnik AG Anergienetz mit solarer Saisonspeicherung Anergienetz Wasser ohne Frostschut without antifreeze sans antigel 1 mun Haus C D bullding CD Qh x HKW f 16 000 KWh 124400 400 m unverglast unglazed itr Haus building A Haus B building B maison EDER 1 0 019 mim 36 Betonpf hle 50 cm x 20m je amp Serie 36 concrete piles 50 em 20m amp im a ron Rb 0 15 lsohypsen i 0 019 mim Le it x ke Pdr 20 nueti heat conduchviby e im E Kr d d d d d Ellen 50 Program
35. mungen und Topografie Berge T ler k nnen dazu f hren dass deco ber die Tiefe nicht konstant ist 13 6 7 Die Bohrlochtemperatur T und die Fluidtemperatur Um die Temperatur im Erdreich zu erhalten kann nun die Temperatur Sprungantwort AT von der ungest rten Anfangstemperatur Tm abgez hlt werden Superpositionsprinzip Die Temperatur am Bohrlochrand Tearn r Bohrlochtemperatur Tp kann aus g und Tm berechnet werden mit T 7 2 R d 2 1 0 GI 6 20 27 Earth Tm ist die mittlere Erdtemperatur im ungest rten Zustand in der Tiefe z Sie berechnet sich aus durchschnittlichen Jahres Erdoberfl chentemperatur Tmo und dem Temperaturgradienten AT eraa Der spezifische W rmeentzug g wird im Programm EWS bestimmt durch den W rmeentzug aus den Erdw rmesonden Q minus allf llig nachfliessender W rme durch Grundwasser und Geb udeeinfluss dividiert durch die Bohrtiefe H und die Anzahl Erdw rmesonden n onden eb ude Se Zi 9 6 21 Die W rmeleistung des Grundwassers Qow wird dabei gem ss GI 6 42 berechnet Die durchschnittliche Jahres Erdoberfl chentemperatur Tmo ist gleich der durchschnittlichen Lufttemperatur plus einer mittleren Bodenerw rmung die typisch zwischen 0 8 bis 2 C liegt der Temperaturgradient Gg schwankt in der Schweiz typischerweise zwischen 0 025 bis 0 045 K m Die ber die Bohrtiefe gemittelte Bohrlochtemperatur T ist definie
36. nach den gleichen Kriterien ausgelegt werden wie die Projektsonden da der Auslegung der Sonden meist die gleichen Normen Richtlinien und gesetzlichen Randbedingungen als Grundlage dienten Die zeitliche Abfolge der Projekt Realisationen f hrt jedoch dazu dass die lteren Projekte die nachfolgenden Projekte nicht antizipierten und die Bohrtiefen damit eher zu gering ausgelegt sind In diesem Sinne d rfte die Gl 6 18 eher zu optimistischen Resultaten f hren Sehr gut geeignet ist die Gl 6 18 f r Quartier planungen und zur Berechnung von k nftigen gesetzlichen Anforderungen zur Ber cksichtigung von Nachbarsonden ber die Grundst ckgrenzen hinweg Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 60 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 6 Geothermischer W rmefluss und Temperaturgradient Die W rmeleitungsgleichung in der Form des Fourierschen Gesetzes geschrieben sieht f r den geothermischen W rmefluss S aus dem Erdinnern im station ren Zustand wie folgt aus d 6 19 geo wobei der Temperaturgradient in die Tiefe und A die W rmeleitf higkeit des Gesteins darstellt In der usseren Erdkruste ist im ebenen Gel nde und station ren Fall der geothermische W rmefluss ber die Tiefe angen hert konstant der Temperaturgradient aber schwankt mit der W rmeleitf higkeit des Gesteins Je gr sser die W rmeleitf higkeit ist um so geringer ist auch der geothermische Gradient Grundwasserstr
37. schen von Erdsonden im Sondenfeld Mit der linken Maustaste k nnen nun bis zu 150 in Pro Version bis 600 Erdw rmesonden beliebig auf dem Sondenfeld angeordnet werden Direkt unterhalb jeder Sonde erscheint die Sonden Nummer von 1 hochgez hlt in der Reihenfolge wie die Sonden auf dem Feld gesetzt wurden gefolgt von der x Koordinate und von der y Koordinate der Sonde x Koordinate und y Koordinate entsprechen dem Abstand in Metern von der linken oberen Ecke des Sondenfeldes Mit der Taste 54 kann das Gitternetz von einem im Abstand auf einen 10m Abstand gesetzt werden Jede Sonde kann auf 10cm genau gesetzt werden und jederzeit mit der Maus wieder verschoben werden Dazu wird die Sonde im Zentrum mit der linken Maustaste angew hlt und mit gedr ckter linker Maustaste verschoben berz hlige Sonden k nnen auch wieder gel scht werden Dazu wird die Sonde im Zentrum mit der rechten Maustaste angew hlt und verschoben Dabei verschwindet die entsprechende Erdw rmesonde Die Sonden werden neu nummeriert Mit der Taste S3 erscheinen 3 konzentrische Kreise um jede Sonde wobei die Farben einen Hinweis geben ber den g Wert im Sondenfeld Rot ist ein Hinweis auf einen hohen g Wert blau auf einen tiefen g Wert wobei die Farbzuweisung nicht absolut sondern relativ ist Der h chste Wert im Feld hat immer das gleiche Rot der tiefste immer das gleiche Blau Die Farben geben also einen Hinweis auf die relative Temperaturverteilung im Erdreich um di
38. zu k nnen sind auch der Anfahrprozess und Thermal Response Tests berechenbar In der Vollversion sind grafische Eingaben von Sondenfeldern auf eingelesenen Pl nen Kataster pl ne Grundrisspl ne Quartierpl ne m glich und es k nnen ganze Systeme zur Direktk hlung ber Erdw rmesonden berechnet werden Ausgehend von der R cklauftemperatur des Geb ude K hlsystems TABS K hldecken und L ftung kann eine hydraulische Einkopplung der Sonden mit W rmetauschern zur L ftung und zum hydraulischen K hlsystem simuliert werden Bei der L ftung ist selbst ein komplizierter L ftungsfahrplan kein Problem In der Professional Version Pro Version k nnen zus tzlich Grundwassereinfluss Sonnen kollektoren und Nachbarsonden ber cksichtigt werden 1 2 Was ist neu in der Version 5 0 In der Version 5 0 wurden unter anderem die folgenden Neuerungen realisiert e Freie Sondenanordnung f r bis zu 150 Sonden Vollversion 600 Sonden Pro Version e Neue verkleinerte Sondendarstellung mit Gitternetzen von 5m 50m zur Darstellung ganzer Quartiere auf Originalpl ne Pro Version e Ber cksichtigung von Nachbarsonden Pro Version e Darstellung der Bodentemperaturen f r Sondenfelder und ganzer Quartiere Pro Version e Darstellung der Sondentemperaturen ber ganzes Jahr und ber ganze Simulationsdauer e Grundwassereinflusses von 1 oder 2 grundwasserf hrenden Schichten Pro Version e Solare Sondenregeneration mit thermischen
39. 1 Simulation des Zeitschrittes Iteration 0 Nein Temperaturen_Old Temperaturen Erde und Sole Temperaturen Temperaturen_Old Erde und Sole Schreiben der letzten Quellen temparatur TSource auf File Einlesen der neue R cklauftempe ratur TSink oder Leistung QSource Nein Berechnung der Sole Berechnung der Erde k k 1 Nein idt i dt 1 Nein Iteration auf Leistung TSinkOld TSink TSink TSource QSource cpsoe M Abs TSink TSinkOld lt Nein Iteration Iteration 1 Genauigkeit Ja Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG Huber Energietechnik AG Bei Erdw rmesonden gibt es prinzipiell zwei Betriebsarten 1 Abk hlung der Quellentemperatur TSource mit einer vorgegebenen Entzugsleistung QSource kW in einer W rmepumpe 2 Erw rmung oder Abk hlung der Sonde in einem Prozess auf eine vorgegebene Temperatur TSink z B Einsatz der Erdw rmesonde zur K hlung eines Geb udes Im Programm EWS sind beide M glich keiten vorgesehen Setzt man den Ein gabeparameter Leistung true Feld 6 2 auf ja setzen so wird auf diese Entzugs leistung hin iteriert bei Leistung false Feld 6 2 auf nein setzen erfolgt keine interne Iterati
40. 1 22 Innenrohr Durchmesser aussen 2 ra Feld 1 23 Wandst rke Innenrohr Leen Feld 1 24 W rmeleitf higkeit Innenrohre w Feld 3 3 W rmeleitf higkeit Hinterf llung Arfin Abb 3 6 Bezeichnungen an der Koaxialsonde Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 11 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 2 4 Auswahl der Sondenanordnung Einzelsonden und Sondenfelder J Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Eingaben 1 Sonden 2 Sole 3 Erde 4Entzug 5 info Sonden Geometrie Berechnung 4 4 TS 1 7 Durchmesser Sonde m aussen 0 0320 D v 1 8 Wandst rke Sonde m 0 0030 Oeffnen u RE 1 2 es U Sonde 1 9 W rmeleitf higkeit Sondenrohr mK 0 40 1 3 Anzahl Sonden fi Resultate 1 4 Sondenl nge H m 20 0 1 5 Bohrdurchmesser m 0 120 Dimensionslose Temper tursprungantworten g functions 1 10 Randbedingung mit g functions nein Abb 3 7 Blatt Sonden mit den Default Einstellungen Jede Sondenanordnung kann durch ihre dimensionslose Temperatur Sprungantwort g function cf Gl 6 8 beschrieben werden Diese wird im Programm EWS als ussere Randbedingung f r das Simulationsgebiet eingesetzt F r Einzelsonden kann alternativ dazu die analytische L sung f r unendliche Linienquellen von Carslaw amp Jaeger 1 gem ss Gl 6 11 eingesetzt werden Dies wird im Feld 1 10 bestimmt Wird dieses Feld auf
41. 149 kann der interne Bohrlochwiderstand R f r Doppel U Sonden mit symmetrischer Sondenrohr Anordnung berechnet werden mit 2 b 2 b bi R 32 b n In b po 4R Gl 6 35 A Ari 2 E 2 1 6 DATE 0 wobei R der thermischer Widerstand der Sondenrohr Wand ist der berechnet wird mit Rei E 6 36 Me 6 8 2 Bohrlochwiderstandes R nach Hellstr m 4 F r eine Doppel U Sonde kann nach Hellstr m 4 S 89 Formel 8 69 der Bohrlochwiderstand Rp berechnet werden mit 2 U gu _ 4 Bu 4 l r G E EN i SEET e dl Bu Ee Ee 0 I Bu rf 1 0 gt 1 6 16 und 1 1 r 2 4 Ra CR en P GI 6 38 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 63 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 9 Thermische Widerst nde Ra Rb der Koaxialsonde Bezeichnungen an der Koaxialsonde Eine idealisierte Koaxialsonde ist in Abb 6 6 dargestellt Grau dargestellt ist die Bohrung mit dem Bohrradius r4 Die Hinterf llung besitzt die W rmeleitf higkeit Arin das innere Sondenrohr A das ussere Sondenrohr A und das Erdreich tamh und sind die inneren und usseren Radien des inneren Sondenrohres und r die inneren und usseren Radien des usseren Sondenrohres Abb 6 6Bezeichnungen an der Koaxialsonde 6 9 1 Modellierung des internen Bohrlochwiderstandes R Auch f r Koaxials
42. 15 Monatliche Heiz und K hlenergie ohne Warmwasser immer positives Vorzeichen Heizenergie K hlenergie Heizenergie K hlenergie 10 16 kWh im Juli o kwh 10 22 10 17 imFebruar 570 kWh im August DD Den kwh 10 23 10 18 im M rz be bh im September Ju han 24 10 19 Im Ap 171 D kWh im Oktober hm kwh 40 25 10 20 Im Ma r feo im November fesz kwh 40 26 10 21 im Juni H ban kwn im Dezember Bis kwh 40 27 10 28 Sondenr cklauf 20 00 10 29 Schiessen Freecooling e Nein Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik Huber Energietechnik AG Zurich Abb 3 36 Blatt Lastprofil mit Eingabe des monatlichen Endenergiebedarfs Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 33 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Auf dem Blatt wird der monatlichen Heiz und K hlenergiebedarf definiert Im Gegensatz zum Blatt Entzug sind auf dem Blatt Lastprofil sowohl der Heizenergie als auch der K hlenergiebedarf in kWh mit positivem Vorzeichen einzugeben Das Programm EWS berechnet aus dem Lastprofil unter Ber cksichtigung der COP und der Heiz und K hlleistung ein taktendes Lastprofil Davon ausgenommen ist die Bandlast 10 4 und 10 6 die unabh ngig von der installierten Heiz und K hlleistung ins Lastprofil einfliesst Im Heizfall wird die Sondenbelastung um die Kompressorleistung reduziert die sich aus d
43. 2 6 57 1 19 3 ke Eingaben g function 1 13 Nein 1 20 Sondenabstand der gfunctions m 100 1 21 0 10 Schliessen Programm EWS Lizenz f r Huber EnergietechnikAG Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 10 Blatt Sonden bei Eingabe eigener g functions Die Felder 1 15 bis 1 19 beschreiben die g function mit Hilfe der Funktionswerte der g function an den St tzstellen In t ts A 2 0 2 3 Publizierte oder selber berechnete g functions gelten immer f r ein bestimmtes Verh ltnis B H Das in Feld 1 21 angezeigte Verh ltnis B H ist berechnet aus dem Sondenabstand in Feld 1 20 und der Sondenl nge in Feld 1 4 Zuerst muss das Feld 1 21 in bereinstimmung gebracht werden mit dem B H Verh ltnis der einzugebenden g function Dies geschieht durch Anpassen das Sondenabstandes in Feld 1 20 Die Sondenl nge H in Feld 1 4 muss auf dem effektiven Wert belassen werden Dann k nnen die Funktionswerte der einzugebenden g function an den St tzstellen In t ts 4 2 0 2 3 in die Felder 1 15 bis 1 19 eingegeben werden Die g function ist nun vollst ndig definiert durch die Felder 1 15 bis 1 21 Bemerkungen e Feld 1 14 gibt das Verh ltnis von Bohrlochradius rb zur Sondenl nge H an Dieses Verh lt nis betr gt f r alle hinterlegten und auch f r die meisten publizierten g functions 0 0005 Es kann nicht ver ndert werden und ist der Vollst ndigkeit halber angegeben e F r die Berech
44. 60 Minimal m glicher Sondenr cklauf 96 10 0 C 9 3 0 300 10 97 4 00 optionale Eingabe 9 4 COPbei5 C 550 COPkeil5 C 98 4 50 optionale Eingabe Sonden Umw lzpumpe el Aufnahmeleistung der Sondenpumpe 9 9 50 WW Bivalentes System mit Spitzenlastkessel 9 10 nein Heizleistung Spitzenkessel 9 11 0 0 H i 9 12 Berechnung 9 13 Grafik Abb 3 49 Eingabemaske W rmepumpenkenngr ssen und Zusatzheizung 9 1 Wird die Frage Sondenleistung aus W rmepumpen Kennwerten berechnen mit ja beant wortet werden f r die EWS Berechnung die Angaben aus dieser Eingabemaske verwendet Das Programm berpr ft nun in einem ersten Schritt ob die Heizleistung der W rmepumpe in Feld 9 5 mit dem COP bei 0 C Quellentemperatur in Feld 9 3 und der Verdampferleistung Entzugsleistung Sonde in Feld 4 4 bereinstimmen Ist dies nicht der Fall so fragt das Programm nach ob Feld 4 4 angepasst werden soll Wird das Feld 4 4 nun nicht angepasst so wird das Feld 9 5 f r die weitere Berechnung ignoriert Wird Feld 9 1 auf ja gesetzt so werden ausserdem die Entzugsleistungen QSource Feld 4 4 als Verdampferleistung bei 0 C Quellentemperatur interpretiert In jedem Rechenschritt wird die effektive Verdampferleistung dem effektiven COP angepasst wobei das Programm EWS eine konstante Heizleistung entsprechend der Eingabe in Feld 9 5 annimmt 9 2 9 4 9 7 9 8 Hier werden die
45. 7 fi Empfohlen 1 Woche Abbruchkriterium f r Iteration auf Entzugsleistung Genauigkeit Iteration R cklauftemperatur 7 8 0 01000 Werte auf Ausgabe File File END Resultate auf File schreiben 7 9 C Nein Ja Nein Anzahl Berechnungsschritte pro Ausgabewert 7 1 0 H 730 Ort des Monitorpunktes in axialer Richtung 711 Ort des Monitorpunktes in radialer Richtung 7 1 2 fi Auch Einschwingjahre auf Ausgabefile schreiben 7 13 C Ja Nein Soll das Anfahren auf File geschrieben werden 7 14 C Nein Schliessen Rb in jedem Rechenschritt neu berechnen 7 1 DN lc Ja Nein Programm EWS Lizenz f r Probeversion Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 47 Blatt Parameter Im Feld 7 15 wird definiert ob der thermische Bohrlochwiderstand R in jedem Rechenschritt neu berechnet werden soll Der Bohrlochwiderstand R thermischer Widerstand zwischen Bohrloch und Sondenfluid ist im wesentlichen eine Gr sse die die geometrischen Faktoren der Sondenrohre im Bohrloch und die Stoffwerte der Hinterf llung und der Sondenrohre enth lt Zus tzlich ist darin aber auch der betriebsabh ngige W rme bergangskoeffizient a vom Sondenrohr ins Fluid enthalten Diese Gr sse h ngt vom aktuellen Sondendurchsatz ab Da das Programm EWS die M glichkeit bietet mit variablem Sondendurchsatz zu simulieren kann der Benutzer im Feld 7 15 w hlen ob der W rme bergang o und damit der Bohrlochwiderstande
46. Benutzer in diesem Fall selbst bei einer Variation der Bohrtiefe keine Anpassungen beim geologischen Schichtaufbau mehr vornehmen muss Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 25 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 2 3 4 3 6 3 12 3 4 3 6 homogene Stoffwerte der Erde Falls in Feld 3 7 gleichm ssige Schichtabst nde und in Feld 3 8 Erdreich homogen angew hlt wurde so k nnen in den Eingabefeldern 3 2 die Mittelwerte der Stoffeigenschaften ber die ganze Bohrtiefe eingegeben werden W rmeleitf higkeit A W mK Dichte kg m3 spezifische W rmekapazit t cp J kgK Diese Werte werden dann vom Programm in die Felder 3 16 3 18 automatisch bertragen Das Programm rechnet intern immer mit den Werten in den Feldern 3 16 3 18 Werden nachtr glich die Werte in den Feldern 3 16 3 18 angepasst so kann es vorkommen dass diese Werte nicht mehr mit den Feldern 3 2 bereinstimmen In diesem Fall werden die Eingaben aus den Feldern 3 2 ignoriert und bei der n chsten Neuberechnung angepasst Ausserdem berechnet das Programm EWS bei jedem Rechengang den arith metischen Mittelwert der Stoffwerte aus den Feldern 3 16 3 18 ber die Bohrtiefe Eingabe aus Feld 1 4 und zeigt diese Werte nach jedem Rechengang neu an Bei den Feldern 3 2 handelt es sich somit einerseits um eine Eingabenhilfe und andererseits ein Ausgabefeld mit der Information ber den Mittelwert der Stoffwerte
47. Benutzerhandbuch zum Programm EWS Version 5 0 Berechnung von Erdw rmesonden Arthur Huber M rz 2015 Huber Energietechnik AG Ingenieur und Planungsb ro Jupiterstrasse 26 CH 8032 Z rich Tel 41 44 227 7978 Fax 41 44 227 79 79 http www hetag ch Email mail hetag ch Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Inhaltsverzeichnis 1 Bedienungsanleitung zum Programm EW 4 1 1 Inhalt und Zweck des Programms EW 4 12 Wasistneu inder version nee 4 1 3 Weiterf hrende BET 4 2 installation Uund LIZENZEN gana 5 2 1 Systemanl rder nden 5 e elen EE En e 5 209 Spach EE 5 22 Programms LIZoNZo ee ee 5 2 0 Stalai Marie 6 26 Eingabe d r Lizenznummer ege eege 6 See e Ee EE 8 341 Gr nasazeder Dateneingabe seele 8 3 1 1 Fehlende Datel 8 3 1 2 Dezimak PUNKO ee Ee 8 3 13 Ria En EE 8 3 1 4 PUEDOWA MENUS 22 2 a ai ae 8 3 2 Bat Sonden een ee 9 3 2 1 5 5 ea 10 3 2 2 Bezeichnungen an der 10 3 2 3 Bezeichnungen an der nano ann nennen 11 3 2 4 Auswahl der Sondenanordnung Einzelsonden und Sondenfelder 12 3 2 9 Ein
48. Bodendaten Bohrlochwiderst nde Eingaben Anzahl horizontale Schichten fe 3 1 Se 3 11 0000 12 Shank spacing Berechnung Stoffwerte der Erde Stoffwerte der Hinterf llung EE 0 000 ma 13 3 2 plkg m3 cp J kgk AWimkl plkg m3 cp J kgK Ra mK W Rb Oeffnen Homogen 2 40 2600 1000 0 81 1180 3040 o mm 0305 Big falls unbekannt leer lassen Speichern d gleichm ssig e Hinterf llung homogen e Berechnung nach Hellstr m 3 9 3 1 en e nicht gleichm ssig Hinterf llung innomogen 3 16 3 17 3 18 3 14 cp Vorgabe der Widerst nde A W mK P Tiefe real kg m3 J kgkK 3 19 a0 m fea d Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 27 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Achtung Die Tiefe gibt nicht die Schichtdicke sondern das untere Ende der jeweiligen Schicht unter der Oberfl che Bohrtiefe an F r jede Schicht k nnen nun verschiedene Stoffwerte f r das Erdreich eingegeben werden Es k nnen auch Schichten eingegeben werden die tiefer als die Erdsonde liegen Diese werden bei der Berechnung nicht ber cksichtigt solange die Erdsonde diese Schichten nicht erreicht Deshalb wird empfohlen die gesamte bekannte Geologie einzutragen So wird auch bei einer nachtr glichen Verl ngerung der Erdsonde mit den richtigen Stoffwerten gerechnet Wenn auch die Hinterf llung horizontal unterschi
49. COP s bei verschiedenen Sole Temperaturen angegeben Zu beachten ist dass die Eingaben in Feld 9 7 und 9 8 optional sind Ist der Wert nicht bekannt so k nnen diese Felder Null gesetzt werden und das Programm extrapoliert linear 9 9 Hier ist die elektrische Aufnahmeleistung der Sondenumw lzpumpe einzugeben 9 10 9 11 Bei bivalenten Systemen mit einem Spitzenlastkessel kann hier die Heizleistung des Spitzenlastkessels eingegeben werden Anwendung nur bei Systemsimulation Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 45 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 15 Direktk hlung In der Vollversion des Programms EWS besteht die M glichkeit Angaben ber eine Direktk hlung einzubringen Unter der Rubrik Fenster wird das Blatt System angew hlt cf Abb 3 50 Darauf hin wird das Blatt Systemdefinition eingeblendet cf Abb 3 51 15 16 17 18 Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Grafik Sonden W rmepumpe Eingelaen Resultate Sonden G Funkton Berechnung Simulation Faramter Abb 3 50 Aufrufen der Eingabemaske f r eine Direktk hlung Systemdefinition 18 Wetterdaten uftungsfahrplan Schliessen Abb 3 51 Eingabemaske Systemdefinition f r Direktk hlung Der Wirkungsgrad der W rmer ckgewinnung WRG die Temperaturen des Ventilators und der Zuluft die Kondensationsgrenze und die Leistung der K ltem
50. EESS DEER Randkedingung mit gfunctions Ja Nein 1 10 bie base union BEBESIBEZEBEBEE AE g eigene Eingabe D 1 11 0 bas 17 Grafische Darstellung der g function Graf g function 1 12 Ingt ts 2 11 263 418 Inft ts 3 11 409 1 19 Eingaben g function e Ja Nein 1 13 Schliessen ZUBE Ens etsit Eee GJ C Nein 1 22 ene Nr xy berechnen 0 alle 2 1 23 Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik AG Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 15 Berechnung einer Einzelsonde im Sondenfeld Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 18 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 3 4 Einf gen von Karten im Hintergrund in 4 Schritten In der Vollversion des Programms gibt es auch die M glichkeit Karten f r die Sondenanordnung massst blich zu hinterlegen Die Karte muss dazu im BMP Format sein und zun chst in die Zwischenablage z B mit aus einem GIS Browser und von dort mit Hilfe der mittleren Maustaste Rad durch Klicken ins Blatt Sondenanordnung kopiert werde Anschlies send kann das Gitternetz auf der Karte so skaliert werden dass dieses mit dem Kartenmassstab bereinstimmt mit Hilfe der Taste 58 Messen und der frei einsetzbaren Distanz 59 Mit Hilfe der Tasten S6 und S7 kann die Karte und das Gitternetz sodann auf die gew nschte Gr sse auf dem Bildschirm angepasst werden Jetzt ist das Blat
51. K Rb mkK W Oeffnen Homogen 2 40 2600 1000 3 3 0 81 1180 3040 0 000 0 000 0 000 falls unbekannt leer lassen Speichern 73 7 e gleichm ssig 3 e Erdreich homogen 06 e Hinterf llung homogen 3 1 e Berechnung nach Hellstr m A P cp real kg m3 J kgK 3 14 bis20 0m 2 400 am foo 3 19 3 16 3 17 3 18 Schliessen Abb 3 25 Blatt Erde mit einer einzigen horizontalen Schicht 3 1 Zun chst muss vom Programmbenutzer festgelegt werden mit wie vielen horizontalen Schichten im Erdreich gerechnet werden soll F r die Berechnung werden gleichm ssige Schichtabst nde verwendet Die Berechnung mit nur einer horizontalen Schicht und durchschnittlichen Stoffwerten ber die ganze Bohrtiefe liefert k rzere Rechenzeiten aber etwas ungenauere Resultate numerische Aufl sung im Rechengitter F r eine Grobauslegung und bei Sonden bis 100m Bohrtiefe ist dies aber oft ausreichend Das Programm EWS rechnet aus numerischen Gr nden intern selbst dann mit gleichm ssigen Schichtabst nden wenn in Feld 3 7 ein nicht gleichm ssiger geologischer Schichtabstand angew hlt wurde nur in der Vollversion des Programms m glich F r die numerischen Rechenschichten werden dann die Stoffwerte aus dem ungleichm ssigen geologischen Schichtaufbau Felder 3 14 3 19 pro Rechenschicht arithmetisch gemittelt Diese Mittelung wird vor jedem Rechengang neu durchgef hrt so dass der
52. S0 doc Huber Energietechnik AG Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 3 W rmeleitungsgleichung und Sprungantwort g 6 3 1 W rmeleitungsgleichung F r die nachfolgenden Betrachtungen wird vorausgesetzt dass der dominante W rmetransport mechanismus im Erdreich die W rmeleitung ist der konvektive W rmetransport durch Wasserbewegungen im Erdreich also vernachl ssigt werden kann Das Problem der W rmeleitung im Erdreich um eine Erdw rmesonde ist axialsymmetrisch In Axialkoordinaten kann die W rmeleitungsgleichung um eine Erdw rmesonde in radialer Richtung geschrieben werden als 1 e Coen 0 1 par Gl 6 6 a Or wobei die Temperaturleitf higkeit a definiert ist durch Def Gl 6 7 cp Earth Earth Die W rmeleitungsgleichung ist linear so dass sowohl Einzelsonden als auch Sondenfelder bei geometrischer hnlichkeit hnliche Temperatur Sprungantworten aufweisen Diese hnlichkeit bezieht sich auf alle Temperaturen im Erdreich f r alle Radien r um die Erdw rmesonden und f r alle Zeiten t Bei einem W rmeentzug aus einer Erdw rmesonde entsteht so im Erdreich eine Temperaturab senkung AT garn gegen ber der unbeeinflussten Erdreichtemperatur Temperaturtrichter die sich mit fortlaufendem Entzug radial ausweitet Diese Temperaturabsenkung AlTgarn Kann mit der spezifischen Entzugsleistung und der W rmeleitf higkeit Agarth dimensionsbefreit werden D Alt t
53. Sonnenkollektoren Pro Version 1 3 Weiterf hrende Literatur Bei der Ausarbeitung des Programms EWS wurde grosser Wert darauf gelegt dass das Verhalten von Erdw rmesonden auch von Benutzern des Programms berechnet werden kann die keinen tieferen Einblick in die Modelle und die numerischen Zusammenh nge haben Dazu wurde z B jedem Eingabewert ein Defaultwert Standard Eingabewerte zur Seite gestellt der in den meisten F llen zu brauchbaren Resultaten f hrt Im vorliegenden Handbuch wurde darauf verzichtet alle verwendeten Modelle zu dokumentieren Diese Modelle sind aber in wissenschaftlichen Forschungsberichten inkl Validierung sehr detailliert teilweise inkl Quell Code der Programm Teile publiziert Im Literaturverzeichnis ist ein berblick ber diese Forschungsberichte zu finden Im Programm EWS wurde das Programm Modul EWS eingebaut das im Auftrag des Bundesamtes f r Energie BFE in Bern entwickelt wurde cf Literatur 5 6 8 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 4 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 2 Installation und Lizenzierung 2 1 Systemanforderungen F r einen sinnvollen Einsatz des Programms EWS sind die folgenden Randbedingungen auf Ihrem PC erforderlich e Betriebssystem Windows XP Windows Vista Windows 7 Windows 8 e mindestens 100 MB freier Speicherplatz e Bildschirmaufl sung mindestens 1024 x 768 Pixel 2 2 Programm Auslieferung Das Programm EWS wird aus recht
54. Wert aus Feld 1 20 Ansonsten w rde durch Anw hlen von Feld 1 12 diejenige g function dargestellt welche auf das effektive Verh ltnis B H eff extrapoliert ist Die grafische Darstellung der einge gebenen g function ist zu sehen in Abb 7 3 gfunction dimensionslose Temper tursprungantwort g function Copy Drucken Zeit Inft ts H Abb 7 3 Darstellung der selber eingegebenen g function aus Abb 7 2 Falls nun das effektive Verh ltnis B H eff Feld 1 6a von 0 10 abweicht so wird f r die EWS Berechnung vom Programm eine automatisch extrapolierte g function verwendet Diese extra polierte g function kann durch Anw hlen von Feld 1 12 angezeigt werden Wenn also im obigen Beispiel der effektive Sondenabstand B 8 m betr gt wird dieser Wert in Feld 1 6 eingegeben Das effektive Verh ltnis B H eff ist somit 0 08 Die extrapolierte g function erzeugt mittels Feld 1 12 ist in Abb 7 4 dargestellt gfunction dimensionslose Temperatursprungantwort g function Copy Drucken Zeit Intt ts H Abb 7 4 Darstellung der g function aus Abb 7 2 extrapoliert auf B H eff 0 08 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 69 Programm EWS Ver 5 0 8 Symbolverzeichnis 8 1 Lateinische Symbole a Acw b B Bu CPSole D DimAxi DimRad Es f n Nu Pr Ap q d geo Ag Q gue Re d rs r Temperaturleitf higkeit Str mungsquerschnittsfl che des Grun
55. Z E E D u u MEIE N LN D D lt 1 10 0 20 0 A HHE 3 ZA amm W HH 6 80 0 20 0 HHHH 1 o em 2 20 0 20 0 H 4 40 0 20 0 5 589 20 04 6 60 0 20 0444 gt HH a a EER a a aa 8 St tr HT PR HH HH Senne FEI a U TANA NN a Du a a a a a DIE a SES BE SERGE 1 7 10 0 30 0 8 20 0 30 0 9 30 0 300 11 50 0 30 0 E 7100 30 07 UI SA He 1 a a a a a a a 8 H GES a E am amm HHHH tH ele ele eege eeler ele eebe ee elei eier See eH HHH Om Gitter a a a a a a a a a a a a a a a
56. aschine werden hier eingef gt Die Luftmenge im Normalfall sowie im K hlfall werden hier eingegeben Hier werden die Kennwerte der verschiedenen W rmetauscher im System 3 St ck an gegeben Zudem stehen 4 Pumpen zur Verf gung deren Massenstr me eingef gt werden k nnen Die Heiz und die K hlgrenze werden eingef gt Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG A6 19 20 21 22 23 24 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Es kann gew hlt werden ob das System ber einen Frostschutz verf gt oder nicht Die R cklauftemperaturen aus dem K ltenetz werden f r Aussentemperaturen von 20 C und 30 C angegeben Hier kann angegeben werden ob die Direktk hlung ohne Lastbegrenzung ob nur die maximale K hllast oder ob die maximalen K hl und Heizlasten basierend auf den Angaben auf Blatt Entzug berechnet werden soll Bei Variantenberechnungen sollte diese Auswahl immer berpr ft werden Wird bei Punkt 22 Ja ausgew hlt beruhen die Berechnungen auf den Angaben auf dieser Eingabemaske Bei Nein basieren die Berechnungen auf den Angaben des Blattes Entzug Es kann ein L ftungsfahrplan definiert werden 5 Eingabedaten EWS Datei Eint hen Immnrt Attenaho Fanctor Inim Systemdefinition SE 4 y er 0 00 0 0 Eing z e L ftungsfahrplan im Programm EWS Rest Schlie Abb 3 52 Eingabemaske L ftungsfahrplan
57. atz auf den effektiven Sondendurchsatz umgerechnet Angabe ber Str mungsverh ltnisse in der Erdsonde laminar oder turbulent Der Umschlagpunkt erfolgt bei Re 2 300 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 43 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 13 Blatt Parameter Um das Blatt Parameter einzublenden wird in der Men Zeile unter der Rubrik Fenster das Blatt Parameter angew hlt cf Abb 3 47 Auf dem Blatt Parameter k nnen das Simulations Rechengitter und die Simulations Zeitschritte sowie das Abbruchkriterium f r die Iteration definiert werden Zudem kann bestimmt werden ob und wie die Resultate auf ein Ausgabefile geschrieben werden sollen blicherweise muss der Benutzer dieses Blatt nicht ausf llen sondern es kann mit den Default Werten gerechnet werden Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info System Grafik 1Sonden 2 W rmepumpe tzug 6 Info Farameter Eingaben Resultate Simulation Axiale Unterteilung siehe Blatt Erde Anzahl vertikale Schichten g Funktion Berechnung Simulation Gottes 7 1 Fe A Parameter 7 2 VER 7 3 2 000 Speichern Simulations Zeitschritte Zeitschritt Sonde Min 7 4 60 Muss Eingabefile entsprechen Resultate Zeitschritt Sole Sicherheitl 7 5 4 0 Empfohlen 4 Zeitschritt Erde Sicherheit 7 6 20 Empfohlen 2 Zeitschritt ussere Randbedingung Wochen 7
58. bb 5 4 Grafische Darstellung der Sole Temperaturen im ganzen letzten Simulationsjahr Links Effektiver Verlauf der Sondentemperaturen ohne Stillstandszeit Rechts Tagesextrema 5 5 Resultatblatt Nach der Berechnung kann anstelle der grafischen Darstellung auch eine Tabelle mit den Resultaten angezeigt werden Im Men Fenster wird Resultate angew hlt Darin zu finden ist eine bersicht ber einzelne Rechenresultat wie z B den Deckungsgrad beim Freecooling Fallbeschrieb Grafik Projekt Erdwaermesonden Programm EWS Ver 4 0 mit Default Werten Eingaben ndern Neuberechnung Eingabedaten Resultate W rmeleitf higkeit Erde 2 4 WmkK W rmeeintrag in Erdw rmesonden R kh Anzahl Erdw rmesonden 1 W rmeentzug aus Erdw rmesonden Ras kWh Bohrtiefe der Erdw rmesonden 20 0 m Jahres K hlenergie des K ltenetzes TABS kWh Sondenabstand m K hlbedarf des Geb udes kWh Sonden Aussendurchmesser 32 mm Deckungsbeitrag K hlung mit Erdsonden Entzugsleistung aus Erdw rmesonden 1 0 ki Minimale Sondenr cklauftemperatur 10 6 C R ckk hlleistung in Erdw rmesonden 1 0 ki Maximale Sondenr cklauftemperatur GE C Dauerentzug Ende Februar 4 Maximale K hlleistung Sonden 0 0 ki Entzugsleistung im Dauerbetrieb 1 0 ki Maximale Heizleistung der Sonden Ki Max ben tigte K hlleistung 0 0 ki mittlere Sondenbelastung Juli August 0 0 Wim Max ben tigt
59. ber die ganze Bohrtiefe In keinem Fall wird mit diesen Werten direkt weiter gerechnet Falls in Feld 3 9 Hinterf llung homogen angew hlt wurde was in der Regel der Fall ist oder nur mit einer horizontalen Schicht gerechnet wird Feld 3 1 1 so k nnen in 3 3 die Stoffeigenschaften der Bohrlochhinterf llung eingegeben werden W rmeleitf higkeit W mK Dichte kg m3 spezifische W rmekapazit t cp J kgK Die Stoffeigenschaften der Hinterf llung werden zur Berechnung der thermischen Bohrlochwiderst nde und Rp verwendet cf Kapitel 6 8 In den Feldern 3 4 3 6 sind die Bohrlochwiderst nde Ra R und zu finden F r die Definitionen der Widerst nde Ra Rb und R sei auf Kap 6 8 verwiesen Der Kontaktwiderstand R ist ein zus tzlicher Widerstand zwischen Bohrloch und Hinterf llung Der Wert von Ra wird immer zum Wert von R dazugez hlt In der Default Einstellung des Programms werden die Bohrlochwiderst nde mit den Formeln von Hellstr m cf Kapitel 6 8 Auswahl in Feld 3 10 berechnet In diesem Fall werden die Eingaben in den Feldern 3 4 3 6 ignoriert es ist also keine Eingabe notwendig und die Bohrlochwiderst nde vor jedem Rechengang mit den Gleichungen von Hellstr m Kapitel 6 8 aus den Stoffwerten Feld 3 3 dem Sondendurchsatz im Auslegungsfall Feld 2 7 und dem Rohrabstand der Sondenrohre im Bohrloch Feld 3 12 neu berechnet Die berechneten Werte f r R R und werden nach
60. berechnet unter der Annahme dass die Sondenrohre eher nahe am Bohrlochrand liegen Bei einer nachtr glichen Anpassung der Bohrdurchmessers wird der Rohrabstand allerdings nicht automatisch neu angepasst Mit dem Button 3 11 k nnen Stoffwerte aus dem Schweizer Molassebecken die mit dem Programm SwEWS 10 erzeugt wurden in das Programm EWS eingelesen werden Achtung Immer zuerst die Anzahl Schichten Feld 3 1 eingeben bevor die Stoff daten von SWEWS eingelesen werden 3 6 2 Eingabe mehrerer horizontaler Schichten Mit der Wahl der Schichtanzahl gt 1 Feld 3 1 wird das Erdreich in die entsprechende Anzahl hori zontale Schichten unterteilt Abb 3 26 Es k nnen maximal 10 horizontale Schichten definiert wer den Falls in Feld 3 7 gleichm ssig gew hlt wird sind die Schichten quidistant Um Schichten mit unterschiedlicher Dicke einzugeben muss die Option nicht gleichm ssig in Feld 3 7 selektiert werden nur in Vollversion m glich Die gew hlte Anzahl geologischer Schichten entspricht der Anzahl der numerischen Rechenschichten wobei diese immer gleichm ssig ber die Bohrtiefe verteilt sind Die Tiefe der letzten geologischen Schicht muss immer gt der Bohrtiefe sein Eingabedaten EWS Schliessen Abb 3 26 Blatt Erde mit 6 horizontalen Schichten von unterschiedlicher Schichtdicke Datei Eingaben Import Resultate Fenster Info Beispiel Tsonden Sole Erde 4 Entzug Info Externe
61. de die Last mit dem Blatt Lastprofil Kapitel 3 8 definiert so enth lt dieses Feld den W rmebedarf des Geb udes Bed EWGSbO doc Huber Energietechnik AG 53 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 ANHANG A Modellbeschrieb Nachfolgend sind Ausz ge aus den Modellen im Programm EWS wiedergegeben Es sind allerdings nur jene Teile dargestellt die f r das Verst ndnis der Eingabeparameter massgebend sind Die komplette Modell Beschreibung ist in 5 6 und 8 zu finden 6 1 Simulationsbereich Da bei Sonden von ber 50m L nge die vertikale W rmeleitung im Sondennahbereich lt 3m Abstand von der Sonde kaum ins Gewicht f llt verzichten wir in diesem Bereich auf die Berech nung der vertikalen W rmeleitung Somit kann die W rmeleitungsgleichung in Zylinderkoordinaten schichtweise eindimensional gel st werden Schichtweise sind so unterschiedliche Stoffwerte m glich so dass auch die h ufig vorkommenden unterschiedlichen Gesteinsschichten im Erdreich mitber cksichtigt werden k nnen F r die Simulation der Erdreichtemperaturen im Sonden Nahbereich 1 5 m 3 m soll das Crank Nicholson Verfahren angewendet werden Als innere Randbedingung soll die durchschnittliche Solentemperatur der jeweiligen Schicht genommen werden Um dem gestellten Anforderungsprofil zu gen gen soll die Sole mit einem expliziten Zeitschrittverfahren dynamisch simuliert werden Dadurch ist es m glich auch das Anfahrverhalte
62. der Erde Stoffwerte der Hinterf llung 0 000 13 3 2 alW mk plkg m3 9 pikg m3 Ralmk w Rb Oeffnen Homogen 223 2383 1208 33 0 81 1180 3040 K 0325 10376 falls unbekannt leer lassen Speichern gleichm ssig Hinterf llung homogen 1 Berechnung nach Hellstr m Yorgabe der Widerst nde e nicht gleichm ssig Hinterf llung innomogen Resultate A Wim P cp Tiefe eff real kg m3 J kgK 0 0 m D en 1 600 2000 soo Mor ne D i m 2 80 1 800 2200 1200 D 1 60 1 600 2200 1200 toniger Kies v 2 5 m m E 0 1 800 2200 1200 Schottertrocken om 0 2 400 gt 530 900 Schotter feucht 3 15 16 3 17 3 18 Ton feucht Siltstein OSM Siltstein Siltstein USM Feinsandstein OSM 2 e oe ol 5 A 3 19 Feinsandstein OMM Abb 3 28 Blatt Erde mit Pulldown Men zur Auswahl der Gesteinsart f r jede Erdschicht Auch die Eingabe eigener Gesteinsbezeichnungen ins Pulldown Feld 3 19 ist m glich Abb 3 29 1 Sonden 2 Sole 3 Erde MLastprofil 5 Info Externe Bodendaten Bohrlochwiderst nde Eingaben Anzahl horizontale Schichten 3 1 Rohrabstand SwEWS 3 11 Shank spacing 0087 Im 3112 Berechnung Stoffwerte der Erde Stoffwerte der Hinterfullung BEES 0 000 MEA 3 3 2 ADMK plkg
63. diesem Bereich der Grundwassereinfluss separat berechnet wird Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 29 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 6 4 Erstellen einer eigenen Bibliothek von Stoffwerten Jeder Benutzer des Programms EWS kann eine eigene Bibliothek mit 30 verschiedenen Gesteinsarten und den entsprechenden Stoffwerten selbst erstellen die dann bei jedem Programmstart automatisch eingelesen werden und im Pulldown 3 19 erscheinen Dazu erstellt man in Excel eine Tabelle der Gesteinsarten und Stoffwerte siehe Abb 3 30 Die Gesteinsarten m ssen direkt nach der Kopfzeile in die Zeilen 2 31 eingetragen werden In die 1 Spalte kommt die Gesteinsbezeichnung die 2 Spalte deren A Wert in die Spalte der entsprechende p Wert und in die 4 Spalte die W rmekapazit t des Gesteins Im Beispiel wurden zwei verschiedene Kalksteintypen Region Jura und Region Baden eingetragen Die Tabelle muss als Text Datei txt im selben Ordner wie das EWS Programm unter dem Namen Geologie GI gespeichert und dann den Namen Geologie ews umbenannt werden Nun stehen die in der Tabelle eingetragenen Gesteinsarten im Pull Down Menu zur Auswahl siehe Abb 3 31 Achtung Programm EWS akzeptiert nur den Dezimalpunkt kein Komma Tipp Windows L ndereinstellung auf Deutsch Schweiz umstellen Microsoft Excel Geologie ews E olx Datei Bearbeiten Ansicht Einf gen Format Ext
64. dwassers im Bereich der Erdw rmesonden Exzentrizit t bei Doppel U Sonden Sondenabstand verschiedener Erdw rmesonden Rohrabstand des hinaufstr menden zum hinunterstr menden Fluid shank spacing spez W rmekapazit t des Sondenfluids spez W rmekapazit t des Grundwassers Innendurchmesser der Sondenrohre Anzahl Rechenknoten in axialer Richtung Anzahl Rechenknoten in radialer Richtung dimensionslose Zeit von Eskilson Gitterfaktor f r das Rechenpgitter in radialer Richtung dimensionslose Temperatursprungantwort der Erde nach Eskilson Erdw rmesondenl nge Bohrtiefe Druckgradient des Grundwassers hydraulische Leitf higkeit Durchl ssigkeitsbeiwert Massenstrom Sondendurchsatz Anzahl Rechenknoten in radialer Richtung DimRad Anzahl Nachbarsonden geh ren nicht zum Projektgebiet Anzahl Sonden in einem Sondenfeld inkl der Nachbarsonden Nusseltzahl Prandtlzahl Druckabfall Spezifische W rmeentzugsleistung der Erdw rmesonde pro L nge nat rlicher geothermischer W rmefluss aus dem Erdinnern W rmeverlust vom hinaufstr menden ans hinunterstr mende Fluid W rmeleistung W rmeleistung des Grundwasserflusses W rmeeintrag ins Erdreich durch Geb udeboden ber Erdpf hlen Reynoldszahl Innenradius des Sondenrohres Aussenradius des Sondenrohrs Innenradius des inneren Koaxialrohrs Aussenradius des inneren Koaxialrohrs Bohrradius radialer Abstand von der Sondenachse Variable W rme bergangswiderstand
65. e Erdw rmesonden Ist das Sondenfeld gr sser als der Anzeigebereich auf dem Bildschirm so kann der das Sondenfeld mit der Taste S6 vergr ssert werden mit der Taste S7 wird der Anzeigebereich wieder verkleinert wobei Koordinaten 0 0 immer im linken oberen Eck bleiben Mit der Taste S5 l schen werden alle Sonden aus dem Feld gel scht Mit der Taste S2 kann die ganze Darstellung in die Zwischenablage kopiert werden und mit der Taste 51 verl sst man das Blatt Sondenanordnung wobei alle Eingaben bernommen werden Anzahl und Koordinaten der Sonden Sondenabst nde g functions Die g function Werte werden in die Felder 1 15 1 19 des Blattes Sonden bertragen und k nnen dort berpr ft werden F Programm EWS Sondenanordnung m 41 eH 1 40 0 10 0 Ge 10 0 3 60 0 10 0 cl 10 0 H 200 20 0 15 500 en LI 20 0 SER Ben 50 0 20 0 SES 60 0 20 0 EEE EIS Res e a Se KS EC 30 0 15 60 30 0 10 0 A L 20 0 30 0 300 L 40 0 A A 50 0 ano SRERRaRbRss ess Ramona ge See
66. e Heizleistung 0 0 Anzahl Stunden ber der Zuluft Solltemperatur p h Zulufterw rmung im entilator 0 0 NS K lte aus K hlmaschine 0 kWh Wirkungsgrad der WRG der Zuluft 0 00 WW rmeertrag der W rmer ckgewinnung WRG CG kWh el Leistung der Sondenpumpe wW W rmebedarf total Ras kwh W rmeleistung der Zusatzheizung ki Fehlende W rme der W rmepumpe der W rmepumpe bei 5 C davon gedeckt durch Zusatzheizung kWh COP der W rmepumpe bei 0 C Strombedarf der W rmepumpe kWh COP der W rmepumpe bei 5 C Strombedarf der Sondenpumpe EEE kWh COP der W rmepumpe bei 10 C Mittlerer COP der W rmepumpe nm COP der W rmepumpe bei 15 C Jahresarbeitszahl JAZ der W rmepumpe nm Jahres Lautzaitder WP 2416 h Druckabfall Sonde bei Auslegungsbedingung en Pa Abb 5 5 Blatt Resultate Zu beachten sind die folgenden Punkte e Druckabfall wird beim Auslegungsmassenstrom nur f r die Sonde ohne Zuleitungen und Verdampfer Druckabfall ausgegeben Im Resultat File k nnen aber auch die Stunden werte herausgelesen werden Der Druckabfall des ganzen Sondenkreises und die Angabe ber laminare oder turbulente Str mung in der Sonde k nnen aus dem Blatt Druck Kapitel 3 10 herausgelesen werden e WV rmebedarf total Wenn die Last mit dem Blatt Entzug Kapitel 3 7 definiert wurde enth lt dieses Feld die Summe des W rmeentzugs der Sonde ber das letzte Simulationsjahr wur
67. edliche Stoffwerte aufweisen soll so kann im Feld 3 9 Hinterf llung innomogen angew hlt werden Diese Option ist nur m glich falls die Schichten aquidistant aufgeteilt sind d h in Feld 3 7 gleichm ssig gew hlt wurde Es erscheinen dann f r die gleiche horizontale Unterteilung wie bei den Erdschichten zus tzliche Zeilen zur Eingabe der Stoffwerte der Hinterf llung Felder 3 20 sowie der Bohrlochwiderst nde Felder 3 21 Als Default Werte werden die Stoffwerte aus Feld 3 3 bzw 3 4 3 6 bernommen 3 20 Die Stoffwerte der horizontalen Hinterf llungsschichten k nnen direkt in die Zellen eingegeben werden 3 21 F r die Eingabe der Bohrlochwiderstandswerte Ra Rp und R sind die analogen Punkte wie die Eingabe der Felder 3 4 3 6 in Kapitel 3 6 1 zu beachten 3 4 3 6 Nach der Durchf hrung jeder Berechnung werden in Feld 3 3 3 6 die arithmetischen Mittelwerte der Felder 3 20 3 21 angezeigt Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Resultate Fenster Info Beispiel 1 Sonden 2 Sole 3 Erde 4 Entzug 5 Info Externe Bodendaten Bohrlochwiderst nde Eingaben Anzahl horizontale Schichten fe 31 Rohrabstand SwEWS 3 1 1 Shank spacing 0 080 m 3 12 Berechnung Stoffwerte der Erde Stoffwerte der Hinterf llung EE 0 000 mie AE 3 2 plkg m3 J kak pikg m3 cp J kgK Polk Al Rb mK w Rec Oeffnen Homogen 2 40 2600 1000 3 3 0 81 1180 3040 10 94 1 85 B6
68. eine Abweichung festzustellen dimensionslose Temperatursprungantwort g nach div Quellen 9 0 001 0 010 0 100 1 000 10 000 100 000 1000 000 10000 000 Jahre a 0 000001 m2 s 0 06 Werner e e Eskilson Sondenl nge 500 m e Eskilson Sondenl nge 100 m e e e Eskilson Sondenl nge 10 m Carslaw amp Jaeger Abb 6 4 Sprungantwort nach Carslaw amp Jaeger 1 und Eskilson 3 Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 59 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 4 Die Berechnung der g functions mit dem Superpositionsprinzip Die einzelnen Sonden eines Sondenfeldes werden meist von einem Sondenverteiler mit der glei chen R cklauftemperatur im Sondenfluid bedient Dies bedeutet dass alle Erdw rmesonden parallel an die Last angeh ngt sind In diesem Fall kann die g function eines Sondenfeldes ange n hert aus der berlagerung Superposition von verschiedenen Einzelsonden berechnet werden Da im Programm EWS die g functions lediglich als ussere Randbedingungen f r das Simu lationsgebiet benutz werden und im Regelfall nur einmal pro Woche neu berechnet werden brau chen wir uns ber den Fehler bei k rzeren Zeitschritten instation re Effekte keine Gedanken zu machen Mit gen gender Genauigkeit kann deshalb
69. eine Meteo Daten eingelesen hinterlegt Azimut und Neigung der Kollektoren m ssen dann in K8 und K9 eingelesen werden Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG ist standardm ssig der DRY Datensatz Z rich SMA 40 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Eingabedaten EWS ol _ x Datei Eingaben Import Resultate Fenster Info Beispiel Offset Wetterdaten 1 2 System W K Sonden Sole Grafik Info Simulation Parameter Wasser Kollektoren W rmepumpe S kollekt Eingahen en Resultate Wetterdaten Meteonorm K12 Wetterdaten Beine g Eunktion Ja Nein K2 Offset Wetterdaten K13 h f Simulation verglast Dlarverus Parameter Nein Kollektorkonstante Est 14 0925 unverglaste Kolle Ja Nein K4 Kollektorkonstante al K15 0 00 WY m2kK Absorberfl che d 070 41291000 m2 K5 Kollektorkonstante K16 0 0000 W mK SENG Absorberfl che pro Kollektor 10 000 K6 unverglast Kollektorkonstante bu K17 0 0120 s m Anzahl paralleler Kollektor Anschl sse 1 0 K7 s m Azimut Kollektoren 45 0 7 Kollektorkonstante b1 K18 11250 W m2K K8 Neigung Kollektoren 100 K9 Kollektorkonstante b2 K19 2 450 Ws m k cp Kollektorfluid 3900 J kg Warmwasser 10 Wingeschwindigkeit u 15 m s K11 solare Wasservorw rmung K20 rt Nein Warmwasser Temperatur K21 feo 9 System Einbindung Gr sse solarer W rmetausch 22 on m2
70. eleit higkeit Sondenrohr W mK 0 40 spaicham A Anzahl Sonden E A Puer Sondenl nge H m 100 18 Bohrdurchmesser m 0 1 20 1 6 Sondenabstand m fi 0 eff 0 101 6a Dimensionslose Temperatursprungantworten functions 1 14 0005 1 10 Randbedingung mit g functions G ja ie 1 15 Init ts 4 509 111 1 16 Init ts 2 700 g function nicht definiert D 1 17 Init ts 0 10 86 grafische Darstellung der g function 1 1 2 Graf g function 1 1 8 Init ts 2 fi 4 68 1 19 Intt ts 3 14 91 Eingaben g function 1 1 3 ja nein 1 20 Sondenabstand der g function m 10 0 1 21 Schliessen Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik AG Huber Energietechnik AG Z rich Abb 7 2 Blatt Sonden Beispiel einer selber eingegebenen g function f r 3 3 Sonden quadratischer Anordnung f r B H 0 10 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 68 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Die eingegebene g function bzw die vom Programm verwendete Spline Interpolation kann visuell und quantitativ berpr ft werden durch Anw hlen des Feldes 1 12 Falls das Verh ltnis B H eff Feld 1 6a ungleich dem B H Verh ltnis der g function Feld 1 21 ist so ist es n tig vor ber gehend das Verh ltnis B H eff Feld 1 6a anzupassen auf das B H Verh ltnis der g function Feld 1 21 d h der effektive Sondenabstand Feld 1 6 muss angepasst werden auf den
71. em COP berechnet Im K hlfall wird die R ckk hlleistung um die Kompressorleistung erh ht die sich aus dem EER berechnet Der Sondendurchsatz wird jeweils so gew hlt dass die Temperaturdifferenz in 2 7 eingehalten ist d h variabler Sondendurchsaitz 10 1 Wird bei der Frage Neues Lastprofil mit den folgenden Werten erzeugen mit Ja geant wortet so wird das Lastprofil aus 10 2 10 27 berechnet Bei Nein wird das Lastprofil aus dem Eingabefile bernommen und die Eingaben 10 2 10 29 nicht beachtet 10 7 Dauer des Vollastfalles Dauerbetrieb Ende Februar in Tagen Entspricht Auslegungsfall 10 8 der W rmepumpe im Auslegungsfall Vollastfall 10 11 10 10Eingabe des der K ltemaschine K lte COP d h Verh ltnis von K hlenergie zu Stromaufnahme Wird die Freecooling Option unter 10 28 angew hlt so so ist hier ein hoher Wert z B 999 einzusetzen 10 11 Leistung im Auslegungsfall Ende Februar Die Dauer wird in 10 7 definiert 10 13Leistung im Teillastfall Diese Leistung wird so gerundet dass die Gesamt Heizenergie in 10 16 10 27 eingehalten werden kann 10 15Dauer der Simulation maximal 100 Jahre Ausgewertet wird jeweils das letzte Simulationsjahr 10 28Bei Auswahl der Freecooling Option wird die K hlleistung durch den Sondenr cklauf begrenzt Eine etwaige Unterdeckung ist auf dem Resultatblatt ersichtlich Die Funktion kann auch benutzt werden um bei aktiver K hlung die Sonden R c
72. en und Sonden R cklauftemperaturen Berechnung von Sprungantworten Response Test Feld 6 3 Details dazu sind in Kapitel 0 zu finden Gr sse des Eingabefiles Feld 6 7 In den Default Einstellungen wird mit 8760 Schritten von 60 Minuten gerechnet Es ist aber auch m glich weniger als ein Jahr nachzurechnen und ein entsprechend kleineres Eingabefile zu verarbeiten Starttemperaturen absch tzen Feld 6 8 Diese Option f hrt zu etwas k rzeren Rechenzeiten bei langen Simulationszeiten gt 10 Jahre die Resultate sind aber ungenauer Diese Option sollte nur f r schnelle Grobabsch tzungen verwendet werden Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 35 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 9 2 Eingabe von Entzugsleistungen oder Sonden R cklauftemperaturen Wird in Feld 6 2 nein angew hlt d h die Entzugsleistung wird nicht durch eine W rmepumpe erzwungen so wird die R cklauftemperatur aus Feld 6 6 oder Feld 4 10 als Ausgangslage f r die Berechnung genommen und das Programm berechnet daraus die m glichen Entzugsleistungen 3 9 3 Aktive Zusatzk hlung wenn das Sonden Freecooling nicht ausreicht Wird in Feld 6 9 die aktive Zusatzk hlung angew hlt so werden die Erdw rmesonden als R ckk hlung f r eine K ltemaschine verwendet sobald der Deckungsgrad nur mit der Freecooling Option unter die Grenze von Feld 6 11 f llt Dabei m ssen die Erdsonden zus tzlich die Kompressorleistung der K ltemaschine auf
73. esetzt F r den Solarertrag ist es wesentlich ob die W rmepumpe prim r am Tag oder in der Nacht l uft Im Standard Lastprofil Offset Oh l uft die W rmepumpe f r die Brauchwasser Erw rmung bis Mitternacht und ab Mitternacht l uft die W rmepumpe solange bis der W rmebedarf des ganzen Tages gedeckt ist Die Laufzeit der W rmepumpe kann mit dem Offset nun in den Tag verlegte werden Bei einem Offset von 10 h wird das Brauchwasser bis 9 00 Uhr erzeugt und der Heizbetrieb der W rmepumpe startet um 9 00 Uhr Der Offset kann im Hauptmen unter Men Wetterdaten gesetzt werden Die Berechnung des Direktnutzungsanteils f r die solare Brauchwasservorw rmung stellt lediglich eine grobe Absch tzung dar Der W rmebedarf f r das Brauchwarmwasser das mit der W rmepumpe erzeugt werden muss Feld 10 3 auf dem Blatt Lastprofil muss um den Betrag des Feldes K27 reduziert werden Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 41 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 12 Blatt Druck Um das Blatt Druck einzublenden wird in der Men Zeile unter der Rubrik Fenster das Blatt Druck oder in der Men Zeile unter der Rubrik Eingaben die Auswahl Druckverlust angew hlt cf Abb 3 46 Diese Option ist nur in der Vollversion des Programms zug nglich x A Diese Option steht nur in der EW S Yollversion zur verf gung Abb 3 45 Fehlermeldung falls keine Vollversion des Programms Lizen
74. fil kann nicht mit dem Blatt W rmepumpe kombiniert werden E Eingabedaten EWS Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Sonden Sole Erde Sole Erde Simulation Entzug s L astprofil mit den fol B Parameter nein werden die Date hf des Lastprofils m L ftungsfahrplan nein muss die t glich Birektk hlung W rmepumpe he Sondenl ufzeit ode Druckverlust gie Scondenteld Einzelsonde in Feld Abb 3 35 ffnen des Blatts Lastprofil nur in Vollversion Darauf erscheint das Blatt Lastprofil Abb 3 36 und das Blatt Entzug wird ausgeblendet Eingabedaten EWS e x Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info i Erd Info Eingaben Neues Lastprofil mit den folgenden Werten erzeugen Berechnung bei nem werden die Daten aus dem Eingabefile bernommen 10 2 Heizenergie ohne WW Bandlast 1800 kh bei vollast 3 80 10 8 Heizleistung Yollast fi 3 AO 1 0 3 Heizenergie Warmwasser 600 kWh COP Warmwasser 2 g0 10 9 Heizleistung WW 13 112 0 4 Bandlast Heizenergie 0 kWh Heizfall 4 20 10 30 Heizleistung Teillast D 90113 0 5 K hlenergie ohne Bandlast fi gt 00 kWh EER im K hlfall 3 00 10 10 K hlleistung 25 Il 14 0 6 Bandlast K hlenergie kWh Ja Nein 10 1 Speichern Resultate 10 7 Dauerbetrieb Ende Februar Tage Simulationsdauer Jahre Maximal 60 Jahre 10
75. fnen Speichern m s yyg Beginn Grundwasserschicht 1 fi 0 00 m W16 Darcy Geschwindigkei Schicht 2 9 4 0010 m s W9 Beginn Grundwasserschicht 2 00 m W17 Resultate EE Darcy Geschwindigkei Schicht 3 9 4 0007 m s W10 Beginn Grundwasserschicht 3 36 00 m W18 Querschnitt Grundwasser Schicht 1 425 m2 W11 Ende d 4000 m W19 Querschnitt Grundwasser Schicht 2 464 1 W12 Niveau Sondenk pfe 462400 muW20 Querschnitt Grundwasser Schicht 3 1856 m2 W13 Grundwasser Oberkante 1 262600 muW21 Es tele 10 01 867 m mW14 Grundwasser Oberkante Isohypse 2 452 200 22 Direkte Eingabe des Druckgradienten statt ber grafische Eingabe C Ja Nein W15 W rmefluss vom Geb ude ins Erdreich Jahreszeitenschwankung der Erde ber cksichtigen Kellerfl che des Geb udes foo m2 W26 Jahreszeitenschwankung der Erde NeiW23 Geb ude ber Sonden o WIMN2T Amplitude Jahreszeitenschwankung IEN W24 Temperatur Keller im Sommer o W28 K ltester Tag im Jahr d W25 Temperatur Keller im Winter foo C W29 Abb 3 41 Blatt Wasser zur Ber cksichtigung von Grundwasser und Jahreszeitenschwankungen Wi Der Grundwassereinfluss wird nur ber cksichtigt wenn die Option Grundwasser W1 gesetzt wurde W2 W7 Die hydraulische Leitf higkeit Durchl ssigkeitsbeiwert ist eine Stoffeigenschaft der grundwasserf hrenden Schicht Die Pulldo
76. gabe eigener 9 Tunellions en 14 3 3 Beliebige Sondenfelder Blatt Sondenanordnung nennen 16 3 3 1 Setzen verschieben und l schen von Erdsonden im Sondenfeld 17 3 3 2 Optimieren von S nd nfeld rN reor a aa nenn 18 3 38 Berechnung Einzelsonde im Sondenfeld nano nenne nennen 18 3 3 4 Einf gen von Karten im Hintergrund in 4 Schritten 19 3 3 5 Nachbarsonden und neue Sondendarstellung in der Pro Version 20 3 3 6 Darstellung der Bodentemperaturen in der Pro Version 21 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 1 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG E 22 3 4 1 Eingabe der unbeeinflussten Erdrechtemperaturen een 23 3 4 2 Automatische Berechnung der notwendigen Sondenl nge 24 35 24 8 0 Bat Erde ee 25 3 6 1 IR ue Cl re Ee eine 25 3 6 2 Eingabe mehrerer horizontaler Schichten 27 3 6 3 Eingabe der Stoffwerte f r die Erde 29 3 6 4 Erstellen einer eigenen Bibliothek von Stoffwerten nennen 30 9 BAU ENZI ee en 31 39 Bat nee ee 33 0 9 un EE e E 35 3 9 1 Einblenden des Blattes Simulation nennen 35 3 9 2 Eingabe von Entzugsleistungen oder Sonden R cklauftemperaturen
77. he Erdsondengleichung 6 11 1 Konzept der thermischen Widerst nde Das Konzept der thermischen Widerst nde geht von einem quasi station ren Zustand aus und postuliert einen linearen Zusammenhang zwischen Temperaturgradient und spez W rmeentzug ee u y rmequelte q GI 6 43 F r Erdw rmesonden k nnen die thermischen Widerst nde wie folgt aufgeteilt werden T T R O R R Ja ungest rte mittlere mittlere Sonden Erdreichtemperatur Fluidtemperatur Fluidtemperatur R cklauf in Tiefe H 2 Bohrlochtemperatur in Tiefe H 2 in Verdampfer temperatur Tm Tb Tf Tf R A gt Rm R A Abb 6 7 Thermische Widerst nde in einer Erdw rmesonde 6 11 2 thermische Verbraucherwiderstand R Die Bilanz ber dem W rmebez ger oder Verdampfer kann wie folgt aufgestellt werden en u R cklauf m CP sole q GI 6 44 Mit GI 6 26 kann daraus der thermische Verbraucherwiderstand R wie folgt definiert werden _ H _ Towne T 4 TR GI 6 45 d ER CP ER d d _ _ egen 1r z ag 9 6 46 2 MCP ole Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 65 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 11 3 Thermischer Transportwiderstand Rm Im W rmeentzugsfall liegt die h chste mittlere Fluid Temperatur im Sondenfuss Beim Transport nach oben verliert das Sondenfluid durch W rmeabgabe an das hi
78. hnung zu dr cken damit die Resultate angepasst werden 8 2 Wird 8 2 auf gesetzt so wird der Druckabfall in der Sonde ohne Zuleitung in jedem Stundenschritt neu berechnet und ins Resultatfile geschrieben Der Wert f r den Druckabfall im Resultatfile Stundenschritte beinhaltet also nur die Sonde ohne Zuleitung Verdampfer etc 8 3 8 10 Angabe von Nenn Druckabf llen von Einzelkomponenten bei Nenndurchs tzen Der Nenndurchsatz kann f r jede Komponente anders sein Die Umrechnung auf den effektiven Druckabfall dieser Komponenten erfolgt ber den Parabelansatz Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 42 8 11 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG L nge der Sondenzuleitung in der Regel vom Sondenkopf bis zum Sondenverteiler f r die der Druckabfall berechnet werden soll Das Programm EWS berechnet den Gesamt Druckabfall aus dem Druckabfall der Erdsonde plus der Summe der Einzelkomponenten im Sondenkreislauf plus 2 mal der Druckabfall der Sondenzuleitung Sonden Vor und R cklauf 8 12 Anzahl paralleler Sondenzuleitungen f r die Druckabfallberechnung der Sondenzuleitung 8 13 vom Sondenkopf bis zum Verteiler Werden z B bei einer Doppel U Sonde die beiden Sondenrohre einzeln auf den Verteiler gef hrt so ist hier 2 einzugeben werden die beiden Sondenrohre aber am Sondenkopf zusammengefasst so ist 1 einzugeben Gleich verh lt es sich bei 2 Erdw rmesonden die auf einen gemeinsamen Verteiler
79. hnungen an der Doppel U Sonde Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 10 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 2 3 Bezeichnungen an der Koaxialsonde Durch die Auswahl des koaxialen Sondentyps Feld 1 2 erscheinen die f r die Koaxialsonde zus tzlichen Eingabefelder 1 22 1 23 und 1 24 Angaben zum koaxialen Innenrohr Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Giele Eingaben Ponden 2301e 3Erde Sonden Geometrie 1 7 Durchmesser Sonde m aussen 0 0320 1 8 Wandst rke Sonde m 0 0030 en 1 9 w rmeleitf higkeit Sondenrohr W mK 0 40 Speichern h 3 Anzahl Sonden I Her KoaxiafSonden Ge Hi Sondenl nge H m 20 0 1 22 Innenrohr Durchmesser m aussen 0 0226 1 5 Bohrdurchmesser m 0 120 1 23 Wandst rke Innenrohr m 0 0025 1 24 w rmeleitf higkeit Innenrohr W mk 0 40 Dimensionslose Temper tursprungantworten o functions 1 10 Randbedingung mit g functions ja nein Schliessen Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik AG Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 5 Blatt Sonden Auswahl der Koaxialsonde in Feld 1 2 Die Sondengeometrie kann wie folgt eingegeben werden Feld 1 5 Bohrdurchmesser 2 Feld 1 7 Durchmesser Sonde aussen 2 Feld 1 8 Wandst rke Sonde Feld 1 9 W rmeleitf higkeit Sondenrohre As Feld
80. i 0 C D Oeffnen 2 2 W rmeleitf higkeit Fluid W mK 0 50 2 3 Dichte Fluid kg m3 1037 Speichern 2 4 spezifische W rmekapazit t Fluid J kgK 3905 2 5 kinematische Yiskosit t Fluid 2 0 000035 Resultate Ur Sondendurchsatz 2 6 Temperaturdifferenz ber Sonde K 13 0 Durchsatz kg s 0 080 2 7 Temperaturen im ungest rten Erdreich Temperaturprofil in Erde eingeben C Ja de Nein 2 8 Jahresmitteltemperatur Luft 2 13 2 9 zus tzliche Bodenerw rmung 0 8 2 10 Temperaturgradient Erde C m 0 030 2 1 1 Sondenl nge berechnen e Ja Nein 2 12 Minimal m glicher Sondenr cklauf 30 C Schliessen Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 22 Blatt Sole Feld 2 1 Durch die Auswahl des Sondenfluids werden die brigen Daten zu der Leitf higkeit Dichte spezifischen W rmekapazit t und kinematischen Viskosit t des Fluids automatisch eingef gt Wird ein nicht aufgef hrtes Sondenfluid verwendet besteht die M glichkeit in Feld 2 1 den letzten Auswahlpunkt nicht definiert anzuw hlen und die Werte der Felder 2 2 bis 2 5 manuell einzugeben Felder 2 6 2 7 Der Auslegungsmassenstrom Sondendurchsatz durch alle Sonden zusammen wird in Feld 2 7 eingegeben Als Alternative zum Sondendurchsatz kann in Feld 2 6 auch die Temperaturdifferenz zwischen Sondenvor und Sondenr cklauf eingegeben werden Bei diesem Feld handelt es
81. ich diese mit gen gender Genauigkeit aus den vorhandenen Bibliothekswerten f r die Sondenanordnungen von 1 x 4 und 1 6 Sonden interpolieren Nachfolgend wird gezeigt wie der Benutzer eigene g functions Werte eingeben kann Dies ist nur dann notwendig wenn die effektive Sondenanordnung mit keiner Auswahl aus Feld 1 11 beschrieben werden kann Dazu wird im Feld 1 11 der letzte Auswahlpunkt eigene Eingabe ausgew hlt dann wird bei den Feldern 1 10 und 1 13 angew hlt Daraufhin erscheinen rechts die Felder 1 14 bis 1 21 cf Abb 3 10 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 14 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Eingaben 4 Sonden 2 Sole 3 Erde Entzug 5 Info Sonden Geometrie Berechnung 1 7 Durchmesser Sonde m aussen 0 0320 1 1 32 mm doppel U Sonde D 1 8 Wandst rke Sonde m 0 0030 Oeffnen EURER 1 2 ee G U Sande 1 9 w rmeleitf higkeit Sondenrohr W mK 0 40 ul 1 3 Anzahl Sonden 4 5 Sondenl nge H m 100 1 5 Bohrdurchmesser m 0 120 1 6 Sondenabstand B m fi 0 0 B H ef 0 10 1 6a Dimensionslose Temperatursprungantworten g functions 1 14 rb H 0 0005 1 10 Randbedingung mit g functions G Ja C Nein 1 15 4 4 82 1 16 2 Ee 1 11 g4unction eignene Eingabe el 1 17 meng Fa Grafische Darstellung der g function 1 1 2 Graf g function 1 8 miia
82. id J kgK 3905 5 kinematische Yiskosit t Fluid 2 5 0 0000035 Lage amgagd esg seg b Resultate Sondendurchsatz 2 6 Temperaturdifferenz ber Sonde 30 Durchsatz kg s 0 080 2 7 gt Temperaturen im ungest rten Erdreich Temperaturprofil in Erde eingeben 1 Bodentemperatur hei LI Ya NEE EE K Si bei m 112 40 C 9 Bodenteryeeratur bei en m 112 45 C 98 0 N 4 950 13 00 C Depth m Temperature Profile in the Earth bei 110 020 119 55 C 2115 waerend he d 0 A 0200 m 1370 STIER T en 150 0 fr 30 8 Bodentemperatur bei 2000 m 115 80 C Schliesse 9 Bodentemperatur bei 2500 m 17 20 C 60 10 Bodentemperatur bei ou m 000 C K RK EEEE EPERE SEENEN b 90 N 120 82 7 12 8 KN gp BEES WEE 5 150 N 180 _ 1 SEEE HE EE gt 7 _ 210 Ki K 240 Sr Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG 300 KEE 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Huber Energietechnik mit Prog EWS Huber Energietechnik AG Zurich Eingabe des Temperaturprofils der unbeeinflussten Erde aus Messung in der Erdw rmesonde Messung Dr U Sch rli Rohner 16 Fig 3 23
83. ieb 4 fi 0 positives Vorzeichen Dauerbetrieb der Sonden Ende Februar Tage 4 6 2 Entzugsleistung im Dauerbetrieb kW 4 7 00 Spitzenwert Februar Simulationsdauer Simulationsdauer 4683 Maximal 60 Jahre Schliessen Freecooling Freecooling bei Entzugsleistung C Nein4 9 Sondenr cklauf 20 00 c4 10 Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 32 Blatt Entzug mit Eingabe der t glichen Sondenlaufzeiten Wird bei der Frage Neues Lastprofil mit den folgenden Werten erzeugen mit geant wortet so muss im Folgenden ein Lastprofil eingegeben werden Bei Nein werden Default Werte des Programms bernommen und eine eigene Eingabe des Lastprofils er brigt sich Bei der Eingabe des Lastprofils kann zwischen der Eingabe von t glichen Sondenlaufzeiten und von monatlichen Entzugsenergien ausgew hlt werden Wird in Feld 4 2 nein ausgew hlt so m ssen in Feld 4 3 die t glichen Sondenlaufzeiten je pro Monat unterschieden eingegeben werden Wird eine Erdw rmesonde zur K hlung benutzt d h W rme der Sonde zugef hrt so m ssen die Sondenlaufzeiten in den ent sprechenden Monaten mit einem Minuszeichen versehen werden Wird in Feld 4 2 ja ausgew hlt so m ssen in Feld 4 11 cf 3 33 die monatlichen Entzugsenergien eingegeben werden Auch bei dieser Option m ssen K hllasten mit einem Minuszeichen versehen werden Bei einer Nutzung de
84. im Haus gef hrt werden Werden bei 2 Doppel U Sonden die Sondenrohre einzeln auf die Verteiler gef hrt so ist 4 einzugeben werden die Sondenrohre je am Sondenkopf zusammengef hrt so ist 2 einzugeben befindet sich der Sondenverteiler dicht bei den 2 Erdsonden und wird die Zuleitung vom Verteiler ber eine gr ssere Strecke ins Haus gef hrt so ist in diesem Fall 1 einzugeben Innendurchmesser der einzelnen Sondenzuleitung in der Regel vom Sondenkopf bis zum Sondenverteiler Bei einer Zuleitung DN 40 ist dies in der Regel 0 032 m bei DN 50 ist es ca 0 037 m 8 14 8 15 Anzahl Tauchh lsen und B gen im Sondenkreislauf Total ber ganzen Kreislauf 8 16 8 17 angeben B gen in Sondenvor und R cklauf zusammenz hlen Der Druckabfall wird mit Ap gene GI 3 4 berechnet wobei pro Bogen 2 und pro Tauchh lsen 1 eingesetzt wird Druckabfall f r ganzen Sondenkreislauf Unbedingt beachten Nach jeder nderung von Eingaben ist der Button Neuberechnung zu dr cken damit die Resultate angepasst werden Der Druckverlust Ap der Rohrstr mung in der Erdw rmesonde und der Zuleitung berechnet sich wie folgt 2H p EI Sole 6 D 2 GI 3 5 Im laminaren Bereich lt 2 300 gilt 64 Gl 3 6 Im turbulenten Bereich gt 2 300 wird der Ansatz Petukhov verwendet E 0 790 In Re 1 64 GI 3 7 Die restlichen Druckverluste werden nach dem Parabelansatz vom Nenndurchs
85. it je 50 Sonden 100m Bohrtiefe und 10m Abstand 3 3 3 Berechnung Einzelsonde im Sondenfeld Wurde das Sondenfeld entsprechend der Beschreibung in Kapitel 3 3 definiert so besteht auch die M glichkeit die g function einer Einzelsonde im Sondenfeld zu berechnen Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info 10m Gitter EE TARAN a E 0 Erde Sole2 Erde Entzug4 Info m HEAF 8 Simulation ES rr Pn Ne a B Parameter Durchmesser Sond GRIES E Se Inf m doppel U Sonde BE nee 6 e Wandst rke Sonde L ftungsfahrplar Direktk hlung P W rmeleit higkeit I I 1 DER EI W rmepumpe 8 He E PE EES Ela Ee ele MAHAK SEH 28 MAE ent 1000 TAARAH HEITE AHTS Ei be Eich GIE SE er EEBEBEHBHEEEEERE ARBRBEE Dimensionslose Temperatursprungantworten functions G
86. ja Va u De a en a a a m a a m DD a zeigen a DEET IDDIE 1 aal IER 81 10m itter a TI m ch pse1 452 600 a a a 891129102 m m schen ETH KSE nz E RIES 8 n u DEE ee G HHHH HHHH EE S27 Isohypse1 H he 1 x sec net dee a S29 Me 3 3 54 SSH 208 200 ESHE FSB a a a ele N p s u u E
87. jedem Rechengang neu in den Feldern 3 4 3 6 angezeigt Wird in Feld 3 10 Vorgabe der Widerst nde angew hlt so k nnen der interne Bohrlochwiderstand R Feld 3 4 und der Bohrlochwiderstand R Feld 3 5 frei eingegeben werden R Feld 3 6 muss in diesem Fall Null gesetzt werden Wird in R Feld3 6 trotzdem ein Wert eingesetzt so wird R mit Gl 6 33 neu berechnet und damit die Eingabe berschrieben Da R und R von der Fliessgeschwindigkeit des Sondenfluids abh ngen ber W rm bergangswert werden Ra und Rp nicht aber R bei einer Anpassung des Sondendurchsatzes Feld 2 7 auf Null gesetzt und mit dem aktuellen Durchsatz mit Gl 6 33 neu berechnet Der exakte Rechengang und alle m glichen Eingabevarianten sind in 5 beschrieben Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 26 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 2 10 7212 3 11 Falls in Feld 3 10 die Berechnungsart nach Hellstr m gew hlt wird muss in den Feldern 3 4 3 6 kein Wert f r die thermischen Widerst nde eingegeben werden da diese im n chsten Rechengang vom Programm selber berechnet werden Bei der Berechnungsart nach Hellstr m ist jedoch in Feld 3 12 der Rohrabstand des hinaufstr menden zum hinunterstr menden Fluid shank spacing einzugeben siehe Kap 3 2 2 blicherweise kann f r den Rohrabstand der vorgeschlagene Default Wert verwendet werden Dabei wird der Rohrabstand aus dem Bohrdurchmesser und dem Sondendurchmesser
88. kann die Sonden Nummer mit der Taste S13 ein und ausgeblendet werden Aktiviert wird die neuen Darstellungsform durch die Wahl des Gitternetzes zwischen 5m und 50m mit den Tasten S11 bis S17 Das jeweils gew hlte Gitternetz ist auf der Taste S11 S17 fett markiert Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 20 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 3 6 Darstellung der Bodentemperaturen in der Pro Version In der Pro Version des Programms EWS kann die Abk hlung bzw die Erw rmung der Bodentemperaturen nach 50 Jahren im Jahresdurchschnitt im Erdreich dargestellt werden Farblich wird eine Abk hlung und Erw rmung gleich dargestellt Nicht dargestellt sind die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen im Sonden Nahbereich die aus dem Verlauf des Lastprofils ber das Jahr resultieren Die feinen schwarzen Linien markieren Isothermen der Abstand zwischen diesen Linien betr gt jeweils 1K Temperaturdifferenz Die Farbskala kann mit den Tasten eingestellt werden Die Bodentemperaturen k nnen nur dargestellt werden wenn gem ss Kapitel 3 3 4 vorg ngig eine Karte hinterlegt wurde Die Darstellung erfolgt in der gleichen Gr sse wie die hinterlegte Karte Beenden Flan 3 Temp SE en Temp 3 BEE zeigen e L BET Wi STEE E Temp Temp 2 10 Gitter Mi u l schen Kai Nachbar 20 W 24 ES som Gitter E lt 20m Gitter
89. klauftemperatur zu begrenzen 10 29 Temperatur des Sondenr cklaufs im Freecooling Fall Achtung R cklauftemperatur in Sonde ist meist tiefer als R cklauftemperatur des K hlkreislaufes wegen W rmetauscher 10 30 Mittlerer COP im Heizfall Teillastfall 10 13 Entzugsleistung kW I Sondenr cklauf Entzugsleistung amp Bedarf K hlenergie 400 kWh Heizenergie 886 kh Tage 0 3 9 12 16 19 22 25 28 31 Huber Energietechnik AG mit Prog EWS Huber Energietechnik Z rich Abb 3 37 Taktendes Leistungsprofil erzeugt mit dem Blatt Lastprofil Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 34 Programm EWS Ver 5 0 3 9 Blatt Simulation 3 9 1 Einblenden des Blattes Simulation Huber Energietechnik AG Um spezielle Berechnungen durchf hren zu k nnen kann das Blatt Simulation eingeblendet werden Dazu wird zun chst in der Men Zeile unter der Rubrik Fenster das Blatt Simulation angew hlt cf Abb 3 38 Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Resultate Fenster Info Beispiel System 1 Sonden 2 Sole Grafik 6 Simulation station re oder W rmepumpe der Sole Eingaben Resultate station re Rech 1 Q Ja Nein 6 1 Simulation Berechnung Eingabedaten R ntzugsleistung Aufvorgegebene Druck Oeffnen Entzugsleistung Grundwasser Serieschaltung Sonnenkollektoren Sagen Anzahl Sonden in Serie geschaltet 2 6 13 Resul
90. l in Feld 1 3 nicht automatisch angepasst F r die Berechnung massgebend ist immer der Wert in Feld 1 3 Jede g function ist immer nur f r ein bestimmtes Verh ltnis von Sondenabstand B zu Sondentiefe g ltig Weicht nun das effektive Verh ltnis B Her Feld 1 6a vom der gew hlten g function ab so wird die gew hlte g function automatisch auf B H r extrapoliert Die Grundlagen dazu sind bei Huber amp Pahud 6 zu finden Da jede Extrapolation eine gewisse Unsicherheit beinhaltet sollte bei der g function immer diejenige ausgew hlt werden deren Verh ltnis B H am n chsten beim effektiven Wert Feld 1 6a liegt Durch das Dr cken des Buttons 1 12 kann nun diese extrapolierte g function die f r die Berechnung verwendet wird grafisch dargestellt werden sfunc S o x gfunction dimensionslose Temper tursprungantwort ro GA L J Zeit Inft ts H oO Abb 3 9 Blatt Sonden grafische Darstellung der durch Extrapolation berechneten g function 3 2 5 Eingabe eigener g functions Das Programm EWS bietet als Alternative zur Wahl einer Sondenanordnung aus der Bibliothek Feld 1 11 auch die M glichkeit eigene g functions einzugeben In der Literatur z B in 3 ist eine Vielzahl von g functions publiziert Weiter ist es m glich aus den Bibliothekswerten neue g functions zu interpolieren Wird zum Beispiel die g function f r eine Sondenanordnung von 1x 5 Sonden gesucht so l sst s
91. lichen Gr nden nicht physikalisch auf einem Datentr ger ausgeliefert Es kann nur aus dem Internet heruntergeladen oder per Email zugestellt und mit einer Lizenznummer freigeschaltet werden 2 3 Sprach Versionen Das Programm EWS ist in verschiedenen Sprachversionen erh ltlich deutsch franz sisch italienisch spanisch englisch Soll das Programm EWS in einer anderen Sprachversion als deutsch geladen werden so muss sich die bersetzungsdatei Sprache ews im gleichen Datei Ordner befinden wie das Programm Ews exe Ausserdem kann das Programm EWS auch jederzeit ber die Men Zeile Info auf eine andere Sprachversion umgeschaltet werden 2 4 Programm Lizenzen Der Erwerb einer Programm Lizenz berechtigt zur Installation des Programms EWS auf einem Rechner des Kunden Wird der Rechner ausschliesslich durch eine Person genutzt so kann diese f r einen Zweit Arbeitsplatz z B Laptop oder Heim PC ohne Aufpreis eine zweite Lizenznummer erhalten Beim Kauf eines Ersatz PCs kann zus tzlich eine dritte Lizenznummer beantragt werden F r alle brigen F lle sind f r Zusatz Installationen weitere Programm Lizenzen zu erwerben Bei Zusatz Lizenzen des gleichen Kunden wird ein Preisnachlass von 50 gew hrt Programm Lizenzen sind nicht bertragbar und k nnen nicht weiterverkauft werden F r Schulen gelten besondere Bestimmungen Schul Lizenzen d rfen nicht f r kommerzielle Berechnungen eingesetzt werden Bed_EWSS0 doc
92. m EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 5 Berechnung 5 1 Graphische Darstellung von Quellen und R cklauftemperatur J Eingabedaten EWS Dote Eingaben Import Ausgabe Fenster Into Sondenr cklauf TMin 5 5 C TMax 26 8 C Jahr 1 Januar 30 Quellen und R cklauftemperatur Berechnung Oeffnen Speichern 6 Resultate September Oktober 0 November 6 Dezember Februar Leistung Sonden RL K ltenetz Luft Temp Tage 0 3 9 12 16 19 22 25 28 31 Schliessen von HUBER ENERGIETECHNIK mit Prog EWS Huber Energietechnik Zurich Abb 5 1 Graphische Darstellung der Quellen und R cklauftemperatur im Monat Januar Schliessen 32 Sind alle Felder vollst ndig ausgef llt wird durch Anklicken auf den Button Berechnung die Simulationsrechnung ausgef hrt und graphisch dargestellt Die beiden Graphen geben die Quellen und R cklauftemperaturen in den entsprechenden Monaten an Die Angaben zur Minimal und Maximaltemperatur und TMax geben die beiden Extremwerte w hrend des gesamten Simulationszeitraums an 33 Die Berechnungen der einzelnen Monate k nnen durch Anklicken des gew nschten Monats betrachtet ausgedruckt oder kopiert beispielsweise in ein Word File werden 5 2 Graphische Darstellung der Entzugsleistung z Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Eingaben Entzugsleistung kW Januar
93. m3 J kgK plkg m3 cp J kgK Ra Rb mk wW Rc Oeffnen Homogen 2 17 Gan 95 3 3 081 freo 3040 men me 0926 falls unbekannt leer lassen gleichm ssig 7 3 e nicht gleichm ssig Speichern e Hinterf llung homogen Berechnung nach Hellstr m Hinterf llung innomogen Vorgabe der Widerst nde Resultate A Win P cp eff real kg m3 J kgK m 1 50 1 600 2000 ong Mor ne D m 2 80 1 800 2200 1200 mit G D 1 50 1 600 2200 1200 ftoniger Kies D 3 19 20 j 0 0 0 D v D 2 CH m m f2 1 800 2200 1200 Stein spezia 3 15 3 16 3 17 3 18 2 el Cl GO et e D A Abb 3 29 Blatt Erde Eingabe von eigenen Gesteinsbezeichnungen und Stoffwerten 3 15 Sobald Grundwasser ber cksichtigt werden soll und W1 auf dem Blatt Wasser angew hlt wurde erscheint eine zus tzliche Kolonne 3 15 mit der effektiven W rmeleitf higkeit Aeff Aef Ist die scheinbar W rmeleitf higkeit unter Ber cksichti gung des Grundwassereinflusses kann zum Beispiel mit einem Thermal Res ponse Test TRT bestimmt werden wohingegen W rmeleitf higkeit ohne den Grundwassereinfluss z B durch Messung an einer Gesteinsprobe ermittelt wird Bei Grundwasser wird innerhalb des Simulationsradius mit Aef gerechnet die g functions hingegen werden immer mit berechnet weil in
94. n der Sonde zu berechnen Die usseren Temperatur Randbedingungen werden mit den dimensionslosen Temperatur Sprungantworten g functions Simulations gebiet 6 3 3 berechnet Dabei kann zwischen dem Ansatz von Carslaw amp Jaeger 1 und von Eskilson 3 ausgew hlt werden Das Randbedingung mit Trichterformel Problem des nicht konstanten W rmeentzugs und der Regeneration der Erde kann elegant durch Superposition von beliebig vielen zu unterschiedlichen Zeitpunkten beginnenden konstanten W rmeentz gen gel st werden Mit dem gew hlten Ansatz k nnen intern unterschiedliche Zeitschritte verwendet werden Die k rzesten Zeitschritte werden bei der dynamischen Berechnung der Sole ben tigt f r die Crank Nicholson Berechnung im Simulationsgebiet kommt ein gr sserer Zeitschritt zur Anwendung F r die Berechnung der Erde ausserhalb des Simulationsgebietes mit den g functions reicht gar ein Zeitschritt von einer Woche Diese unterschiedlichen Zeitschritte sind auch anschaulich einleuchtend Temperaturst rungen kommen immer von innen von der Sonde womit innen auch die kleinsten Zeitschritte n tig sind Weiter aussen machen sich nur der gemittelte W rme Entzug oder Eintrag bemerkbar Auf diese Weise gelingt es ohne einen Verlust an Genauigkeit eine Erdsonde mit wesentlich geringerem Rechenaufwand zu simulieren als mit herk mmlichen Ans tzen Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 54 Programm EWS Ver 5 0 6 1
95. n der Tiefe z Jahresmitteltemperatur der Erdoberfl che Quellentemperatur Temperatur des ausstr menden Sondenfluids R cklauftemperatur Temperatur des einstr menden Sondenfluids Temperatur des hinaufstr menden Fluids in der Tiefe z Sondenzeitkonstante Str mungsgeschwindigkeit Darcy Geschwindigkeit spezifischer Durchfluss Filtergeschwindigkeit Wandst rke des Innenrohrs bei Koaxialsonden ra ri Tiefe im Erdreich von der Erdoberfl che an gerechnet 8 2 Griechische Symbole lt N vn Neff Areal Aen Aisol As Aw Pwasser O W rme bergangskoeffizient des Sondenfluids an die Sonde dimensionsloser thermischer Widerstand Sondenrohr bis Fluid dimensionsloser Druckverlustkoeffizient Rohrreibungszahl oft auch A Eulerkonstante 0 5772 kinematische Viskosit t der Sondenf llung W rmeleitf higkeit der Erde W rmeleitf higkeit der Erde mit Grundwassereinfluss aus TRT W rmeleitf higkeit der Erde ohne Grundwassereinfluss W rmeleitf higkeit der Hinterf llung W rmeleitf higkeit des isolierten Sondenrohrs W rmeleitf higkeit der Sondenrohre W rmeleitf higkeit des Innenrohrs bei Koaxialsonden Dichte des Grundwassers Konduktivit tsparameter der Hinterf llung Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG Huber Energietechnik AG 5 K m 5 m s m s m m W m K
96. n nie ein Dezimal Komma sondern immer ein Dezimal Punkt verwendet wird Bei der Eingabe von Dezimal Kommas werden alle Eingaben nach dem ignoriert was zu einer Fehlermeldung Floating point division by zero f hren kann EWS Modul x Floating point division by zero 3 1 3 Default Werte Allen Simulations Parametern ist beim Aufstarten des Programms ein Standard Wert Default Wert zugeordnet Bei all diesen Default Werten wurde darauf geachtet m glichst gebr uchliche und realistische Werte zuzuordnen Wenn ein Simulationsparameter nicht bekannt sein sollte oder der Sinn eines solchen unklar ist so kann in der Regel mit dem Default Wert gearbeitet werden 3 1 4 Pull Down Men s An verschiedenen Stellen sind Pull Down Men s als Hilfe f r zur Dateneingaben vorhanden Bei der Anwahl eines solchen Pull Down Men s werden in der Regel mehrere Eingabeparameter auf die dazu passenden Werte gesetzt Dabei ist zu beachten dass diese ver nderten Eingabe parameter nachtr glich trotzdem noch von Hand ver ndert werden k nnen In dem Fall kann es vorkommen dass die Pull Downs nicht mehr mit den dazugeh renden Eingabefeldern bereinstimmen Bei einem solchen Widerspruch rechnet das Programm EWS grunds tzlich mit den von Hand gesetzten Werten in den Eingabefeldern und ignoriert die Pull Down Auswanhl Das Programm EWS rechnet grunds tzlich nicht mit den Angaben der Pull Down Auswahlfeldern sondern
97. nehmen die mit dem Heiz COP EER 1 der K ltemaschine von Feld 6 10 berechnet wird 3 9 4 Serieschaltung von Erdw rmesonden oder Energiepf hlen Bei kurzen Erdw rmesonden oder Energiepf hlen kann es vorkommen dass bei einer parallelen Ankoppelung eine laminare Str mung entsteht was die Leistungsf higkeit stark reduzieren kann Um dies zu vermeiden werden in der Praxis dann h ufig mehrere Erdw rmesonden oder pf hle in Serie geschaltet Dies erh ht den Durchsatz entsprechend Dies wird im Programm EWS im Feld 6 13 mit der Eingabe der Anzahl Sonden die jeweils in Serie geschaltet sind ber cksichtigt und nachgebildet 3 9 5 Frostschutz minimale Sondentemperatur und bivalente Anlagen Um Anlagen mit Frostschutzschaltungen und bivalente Anlagen simulieren zu k nnen wird Feld 6 14 auf gesetzt und es wird auf Feld 6 15 eine minimale Sonden R cklauftemperatur definiert Unterschreitet die Sonden R cklauftemperatur den Wert in Feld 6 15 so reduziert die W rmepumpe die Leistung bis die der Wert von 6 15 wieder eingehalten ist Die fehlende W rme wird dann durch eine seriell nachgeschaltete Zusatzheizung erbracht Um die fehlende W rme und den notwendigen Bedarf an Zusatzheizung berechnen zu k nnen muss in Feld 6 16 der COP der W rmepumpe kurz vor dem Ausschalten angegeben werden In Feld 6 17 wird nach dem Rechengang ausgegeben wie gross der Heizw rmebedarf war der nicht gedeckt werden konnte 3 9
98. ntiefe Oeff u Ersteller 5 3 Huber Energietechnik AG Zuerich Anmerkun enner 9 5 4 Berechnung vom 1 1 2007 Resultate Schliessen Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik AG Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 24 Blatt Info Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 24 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 6 Blatt Erde Auf dem Blatt Erde werden die Stoffwerte der Erde und der Sondenhinterf llung angegeben Zudem wird festgelegt mit wie vielen horizontalen Schichten im Erdreich gerechnet wird 3 1 maximal 10 Die thermischen Bohrlochwiderst nde R und R k nnen direkt eingegeben werden Falls diese nicht bekannt sind k nnen sie aus der Bohrlochgeometrie und den Stoffwerten der Hinterf llung mit 2 Methoden berechnet werden cf Kapitel 6 8 Die Relevanz dieser Bohrlochwiderst nde wird in 12 beschrieben 3 6 1 Grundeingaben Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Resultate Fenster Info Beispiel Sonden 2 Sole 3 Erde Entzug 15 Info Externe Bodendaten Bohrlochwiderst nde Resultete nicht gleichm ssig R Erdreich V Hinterf llung innomogen Vorgabe der Widerst nde Eingaben Anzahl horizontale Schichten 3 1 Rohrabstand swews 3 11 Shank pechen 0080 3 12 Berechnung Stoffwerte der Erde Stoffwerte der Hinterfullung a BEE 3 3 2 alWi mk pikg m3 cp J kgK pikg m3 cp J kg
99. ntzogen oder zugef hrt Diese Leistung ist im Feld 6 5 einzugeben Dabei ist die Vorzeichen Konvention zu beachten e Positives Vorzeichen gt W rmeentzug aus Erdreich e Negatives Vorzeichen gt W rmeeintrag ins Erdreich Die Sprung Temperatur Feld 6 6 wird bei dieser Art des Response Tests nicht ber cksichtigt Nicht vergessen werden darf den richtigen Sondendurchsatz in Feld 2 7 einzustellen In Abb 3 39 ist eine Sprungantwort einer Sonde f r die ersten 60 Minuten dargestellt 40mm Doppel U Sonde 150m tief 0 7 kg s Durchsatz mit 33 Monoethylenglykol bei einem W rmeeintrag von 10 kW Deutlich sichtbar ist das erste Temperaturmaximum nach 6 5 Minuten halbe Durchlaufzeit des Sondenfluids das sich aus dem Kolbeneffekt des Sondenfluids ergibt Temperatur c eneen Senden 30 Quellentemperatur TMax 2 7 C Jahr 1 24 Minuten 30 0 12 18 24 30 36 42 48 54 60 von Huber Energietechnik AG mit Prog EWS Huber Energietechnik Zurich Abb 3 39 Beispiel einer Sprungantwort einer Sonde in der ersten Stunde Es gibt noch eine 2 Variante des Response Tests die eher selten angewendet wird Dabei wird eine konstante Sonden R cklauftemperatur in die Erdw rmesonde gebracht und es wird die Quellentemperatur und die Sondenleistung beobachtet Bei dieser Variante ist das Feld 6 2 auf vorgegebene Leistung iterieren auf nein zu setzen und im Feld 6 6 ist die konstante Sonden R cklauftemperatur einzugeben
100. nungen ist weiterhin das effektive Verh ltnis B H eff in Feld 1 6a mass gebend und nicht etwa B H aus Feld 1 21 Beim n chsten Berechnungs Run wird durch das Programm automatisch die eingegebene g function auf das effektive Verh ltnis B H eff extrapoliert e Falls wie empfohlen die g function in Feld 1 11 unter der Auswahl eigene Eingabe eingegeben wird so wird sie nach dem Speichern eines Berechnungs Runs auch bei einem sp teren Laden dieses Runs wieder unter der Auswahl eigene Eingabe zur Verf gung stehen e N here Angaben zu g functions sind im Anhang zu finden Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 1 5 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 3 Beliebige Sondenfelder Blatt Sondenanordnung Nur in der Vollversion des Programms EWS gibt es eine weitere elegante M glichkeit zur Eingabe von beliebigen Sondenanordnungen Dazu wird zun chst in der Men Zeile unter der Rubrik Eingaben das Blatt Sondenfeld angew hlt cf Abb 3 11 Eingabedaten EWS 0 la sl Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Sonden Sole Erde Simulation Entzug B Parameter Info L ftungsfahrplan Direktk hlung Welle eer Sole Erde Entzug Info en Geometrie Durchmesser Sonde m aussen 0 0320 Wandst rke Sonde m 0 0030 W rmeleitf higkeit Sondenrohr W mK 0 40 k koaxial U Sonde Dimensionslose Temperatursprungantworten functi
101. nunterfliessende Fluid und unter Umst nden auch oben ans Erdreich wieder ein Teil dieses Temperaturniveaus Unter der Annahme einer konstanten spezifischen Entzugsleistung ber die ganze Sondenl nge f r die meisten Sondenbetriebe eine durchaus brauchbare Annahme erh lt man f r die Fluidtemperatur der Sonde die folgende Beziehung Herleitung in 8 2 Po H t H 1 S H z T 2 T Aan Ee VAR GI 6 47 2 2 m CP sole 2 m CP sole H 2 t H 1 2 H z SN E REN g EB RL 3 2 2 4 _ GI 6 48 2 2 dch R m CP sole 2 CP sole Tr cktauf 13 0 14 0 Tauelte 0 N 20 40 H 60 80 100 120 140 ee 2 2 180 200 220 240 260 280 300 Huber Energietechnik AG Z rich Temperatur C Tdown Tf Abb 6 8 Temperaturverlauf im Sondenfluid nach 8 Damit kann der thermische Transportwiderstand Rm definiert werden als Hi 1 Z E e T R 9 a 73 6 49 2 3 R m CP sole Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 66 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 11 4 W rmewiderstand des BodensR Der W rmewiderstand des Bodens ergibt sich aus der Temperaturdifferenz der Bohrlochoberfl che T und dem ungest rten Temperaturniveau in der gleichen Tiefe Mit der Definition der g functions Gl 6 8 ergibt sich die Defini
102. on sondern es wird bei einer vorgegebenen R cklauftemperatur TSink die entsprechende Quellentemperatur TSource berechnet Die Eingabe der R cklauftemperatur TSink ist in jedem Fall notwendig bei Leistung true Feld 6 2 auf ja gesetzt dient sie allerdings nur als 1 Sch tzwert f r die Iteration 55 Programm EWS Ver 5 0 6 2 Rechengitter Bohrdurch messer Sonden laenge Huber Energietechnik AG Die Berechnungen werden in einem symmetrischen Rechengitter durchgef hrt In axialer Richtung wird die Erde in gleiche Teile der L nge d aufgeteilt Das Rechengitter in radialer Richtung ist variabel Es wird durch den Gitterfaktor f definiert ot Gitterfaktor f Ih Gl 6 1 Bei Vorgabe des Simulationsgebietes mit dem gr ssten Rechenradius rm kann das Gitter wie folgt berechnet werden wobei m die Anzahl Rechenknoten in radialer Richtung darstellt Abb 6 1 Rechengitter der Sonde r 6 2 se D _ Bohrdurchmesser 6 63 2 2 So f r j22 er ae GI 6 4 TEarth i 4 Erdreich Ein Gitterfaktor von 2 verdoppelt jeweils die Radius Differenz zwischen zwei Rechenvolumen Der f r die Bestimmung der thermischen Widerst nde wichtige Massenschwerpunkt kann wie folgt berechnet werden Sole 2 2 K r Def rz GL Gl 6 5 J 2 RO RO TEarth i 1 0 TEarth i 1 0 Abb 6 2 Rechengitter der Sonde 56 Bed_EWS
103. onden gilt die Definition f r den internen Bohrlochwiderstand R nach Gl 6 31 Der thermische Widerstand R ist somit die Summe aus dem W rme bergangswiderstand vom hinaufstr mende Fluid ans Innenrohr dem thermischen Widerstand des Innenrohrs und dem W rme bergangswiderstand vom Innenrohr ans hinabstr menden Fluid 7 a de Gl 6 39 2 7 10 2 7 4 eege 1 6 9 2 Modellierung des Bohrlochwiderstandes R Bei der Koaxialsonde ist R definiert als der thermische Widerstand des usseren Sondenfluids in der Regel das hinabstr mende Fluid bis an die Wand des Bohrlochs beim Radius r4 R in Il amp 28 6 40 SE E 6 10 W rmeleistung der Grundwasserstr mung Gem ss dem Darcy Gesetz ist der spezifische Durchfluss vr Darcy Geschwindigkeit das Produkt aus der hydraulischen Leitf higkeit und dem Druckgradienten des Grundwassers 1 6 41 Geht man davon aus dass das zustr mende Grundwasser die Temperatur des unbeeinflussten Erdreiches in der entsprechenden Tiefe hat wird die zugef hrte W rmeleistung durch das Grundwasser ber den Str mungsquerschnitt Acw aus dem Temperaturtrichter AT Abk hlung der Erde bei Sondenbetrieb gegen ber dem unbeeinflussten Erdreich wie folgt berechnet CPwasser Pwasser AT Gl 6 42 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 64 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 11 Analytisc
104. ons Randbedingung mit g functions Ja Nein g function eigene Eingabe D Grafische Darstellung der g function Graf g function Eingaben g function Ja Nein Schliessen Abb 3 11 Aufruf des Blattes Sondenfeld unter der Rubrik Eingaben In der Vollversion des Programms EWS erscheint nun das Blatt Sondenanordnung mit einem Rasterfeld Der Abstand zwischen je zwei Rasterlinien entspricht einem Meter Alle 10 Meter ist die Rasterlinie dicker gezeichnet Die Rasterlinien entsprechen einem Koordinatennetz wobei die linke obere Ecke die Koordinaten 0 hat Programm EWS Sondenanordnung _ 0 0 m BARTA ae H TETE as SR ale Klee ee EI e Ei e eher See Saak ii 1 100 2 20 0 ES EG ES ES ES 3 30 0 10 ES E DT EI Ee El eler ale TATARE EE le EC Pal WEIST b eer 8 ARTE EB Sai Es E e Eier E E ER E Ka SSES
105. oren solarer W rme tauscher WT Sondekreislauf IO ee O Sondenr cklauf 1 7 FAZ IE FAT SSC Eur Abb 3 42 Schema der solaren Sondenregeneration Der Solarertrag der Kollektoren wird dabei st ndlich unter Ber cksichtigung des W rmepumpen betriebs und der Sondentemperaturen neu berechnet Zur Auswahl der Wetterdaten Solarstrahlung und Lufttemperatur Kollektor Neigung Azimut und der Horizont Verschattung kann das Standard Format der Meteo Norm 17 mit dem Button K12 eingelesen werden In diesem Fall werden die Daten aus der Meteo Norm im Standard Format ausgelesen und die Felder K3 und K9 verschwinden auf dem Eingabeblatt Kollektoren Die Wetterdaten beeinflussen nur den Solarertrag nicht aber das Lastprofil der W rmepumpe Daten Strahlungsmodell usgabeformate Geogr L nge CEAFA Geogr Breite Lage Zeitzone Zeitreferenz min op TT Standort Ausgabeformate etennnrm 9 Standard voc vue Meteo monatl Extremwerte Format Geb udesimulation TRNSYS CH Meteo HELIOS FC Azimut Horizontdatei Neigung Auswertung PY PvSyst S PYS Auswertung Einheiten Temperatur 4 Einheiten Strahlung Fl chenausrichtung N E 5 WN WER Azimut Neigung Abb 3 43 Eingabe der Wetterdaten Azimut Neigung und Horizont im Programm METEONORM 17 Werden k
106. querschnitt auf der Winkelhalbierenden dieser beiden Geraden und die Str mungsrichtung senkrecht dazu Die Erdw rmesonden werden nun im Programm EWS darauf senkrecht projiziert und der gr sste Abstand bestimmt Dieser Abstand plus Am multipliziert mit der Schichtdicke der Grundwasser f hrenden Schichten Feld W16 W19 ergibt dann die Str mungs Querschnittsfl che des Grundwassers die das Sondenfeld beeinflusst Das Programm EWS geht davon aus dass die Temperatur des zustr mende Wasser immer gleich der unbeeinflussten Erdreichtemperatur der entsprechenden Tiefe ist Am usseren Rand des Simulationsgebietes cf Kapitel 6 1 wird dann die Energiebilanz gebildet und die mittlere Erdreichtemperatur unter Ber cksichtigung der Summe des W rmeentzugs der Sonden und der netto zustr menden W rme des Grundwasser mit Hilfe der g functions berechnet cf Gl 6 21 Entsprechend diesem Modell wird innerhalb des Simulationsradius mit der effektiven W rmeleitf higkeit Aef gerechnet mit GW Eingabe im Feld 3 15 cf Kapitel 3 6 3 f r die Randbedingungen aber mit ohne GW Eingabe im Feld 3 16 e la x Programm EWS Sondenanordnung ceme 0 0 0 SET SR DIRK u u a a 0000
107. r Sonde f r Heizzwecke wird die Entzugsleistung der Sonde mit einem positiven Vorzeichen eingetragen Wird die Entzugsleistung ver ndert so wird in Feld 2 7 im Blatt Sole der Sondendurchsatz entsprechend angepasst cf Beschreibung unter Feld 2 6 2 7 Bei einer Nutzung der Sonde f r K hlzwecke wird die Einspeisleistung der Sonde ebenfalls mit einem positiven Vorzeichen eingetragen Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 31 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 4 6 4 7 Soll die maximale Belastung der Erdw rmesonde f r Heizzwecke simuliert werden so kann in Feld 4 6 die Dauer Anzahl Tage eingegeben werden w hrend der die Sonden Ende Februar k lteste Jahreszeit im Dauerbetrieb laufen sowie in Feld 4 7 die Entzugs leistung w hrend dieser Zeit entspricht blicherweise der Entzugsleistung unter Feld 4 4 Eingabedaten EWS f e x Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info onden Sole Erde ntzu Info Eingaben 2 3 4 5 Neues Lastprofil mit den folgenden Werten erzeugen S Berechnung bei nem werden die Daten aus dem Eingabefile bernommen 4 1 9 C Nein Definition des Lastprofils mit monatlicher Entzugsenergie E Oeffnen bei nem muss die t gliche Sondenlaufzeit vorgegeben werden 42 e Ja C Nein a t gliche Sondenlaufzeit oder monatliche Entzugsenergie minus bei K hlung peichemn im Januar 372 kWh im Juli 62 kWh Resultate im Febr
108. ras Daten Eenster Acrobat eis DEB28RYF ET EES EREECHEN kk arial 10 FEH 00 EA DA 1 Bezeichnung lambda rho cp 2 Kalkstein Reg Jura 2 6 2400 1100 3 Kalkstein Reg Baden 2 8 2500 1350 4 Stein3 2 4 800 2200 5 Steind 2 4 800 2200 6 Steind 2 4 800 2200 7 Steind 2 4 800 2200 8 Stein 2 4 800 2200 Stein 2 4 800 2200 Stein9 2 4 800 2200 Stein10 2 4 800 2200 Stein11 2 4 800 2200 qe Stein12 2 4 800 2200 _14 Stein13 24 800 2200 15 Stein14 2 4 800 2200 16 Stein15 2 4 800 2200 17 Stein16 2 4 800 2200 1 Stein17 2 4 800 2200 24 ann HNN Geologie 141 C Abb 3 30 Exel Datenblatt mit eingef gten Gesteinsarten Eingabedaten EWS i el Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info Sonden 2 Sole BEE eo 5 Info Externe Bodendaten Bohrlochwiderst nde Anzahl horizontale Schichten 3 1 Berechnung z SwEWS Rohrabstand 3 1 080 Shank spacing Doten Stoffwerte der Erde Stoffwerte der Hinterf llung 3 4 3 5 3 6 3 2 plkg m3 cp J kak 3 3 Ain plkg m3 cp J kgK Ra mK W Rb mK AW Rc Speichern D 43 2588 fi 029 fo 81 fi 180 3040 fo 426 fo 117 fo 077 7 8 falls unbekannt leer lassen Resultate gleichm ssig Erdreich homogen Hinterf llung homogen een SEET Erdreich Hinterf llung C Vorgabe der Widerst nde Tiefe E sei
109. rgradienten der Tiefe Feld 2 10 Bei der Jahresmitteltemperatur der Luft ist die H henabh ngigkeit zu ber cksichtigen Abnahme der Temperatur von ca 0 47K pro 100m H he Die mittlere Lufttemperatur und die Oberfl chenerw rmung werden im Programm einfach addiert F r den Temperatur gradienten AT Gg den geothermischen W rmestrom aus dem Erdinnern q und die W rmeleitf higkeit der Erde earn gilt dabei der folgende Zusammenhang 4 W m deco Grad GI 3 2 Direkte Eingabe des Temperaturprofils auf maximal 10 St tzstellen Felder 2 15 Die Oberfl chentemperatur wird dabei aus der 1 und 2 St tzstelle und der weitere Verlauf in der Tiefe aus der letzten und zweitletzten St tzstelle linear extrapoliert Um von der Methode 1 auf die 2 Methode zu wechseln muss Auswahlfeld 2 13 auf gestellt werden Dann verschwinden die Eingabefelder 2 8 2 10 und es erscheinen neu die Felder 2 15 und der Button 2 14 Grafik Damit kann das Temperaturprofil dargestellt werden Temperatur 12 13 14 15 16 1 7 18 19 20 l l Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Eenster Info Sond Sole Erd Ent Inf 9 onden2 3 rde 4 Entzug Berechnung d Stoffwerte Fluid Monoethylengtykol 20 bei 0 C D Oeffnen 2 W rmeleitf higkeit Fluid W mK 050 Dichte Fluid kg m3 fi 037 Speichen A spezifische W rmekapazit t Flu
110. rt als 1 H a T de Gl 6 22 F r den Fall eines konstanten W rmeentzugs pro Bohrl nge o kann die ber die Tiefe Bohrloch gemittelte Bohrlochtemperatur T berechnet werden mit Def T T 9 g t Im 9 1 g t r4 GI 6 23 wobei H T LE e HEEN EI Gl 6 24 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 61 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 6 7 1 Die Fluidtemperatur T Die mittlere Fluidtemperatur ist definiert als der arithmetische Mittelwert des nach unten und des nach oben str menden Sondenfluids TI 2 E z 2 Die Fluidtemperatur T ist also eine Funktion der Tiefe z im Bohrloch Die mittlere Fluidtemperatur T ist definiert als Def T z GI 6 25 Dee Te Toun Thoorn GI 6 26 6 8 Thermische Widerst nde Ra und Rb in der Doppel U Sonde Eine idealisierte Doppel U Sonde mit dem Bohrradius r und mit den 4 Sondenrohren mit Innenradius und Aussenradius ist auf nebenstehendem Bild zu sehen In 2 Sondenrohren fliesst das Sondenfluid nach unten und nach oben Die Hinterf llung besitzt die W rmeleitf higkeit Arin die Sondenrohre s und das 7 umgebende Erdreich earn Die genaue Lage der 4 Sondenrohre in der Bohrung kann definiert werden mit der Exzentrizit t b A Earth b 251 6 27 Abb 6 5Bezeichnungen der Doppel U Sonde Die Exzentrizit t b i
111. rt g g function ist nach Eskilson 1987 sowohl f r Einzelsonden als auch f r Sondenfelder einzig eine Funktion der dimensionslosen Zeit Es und des dimensionslosen Sondenabstandes Man geht dabei von einem konstanten spezifischen W rmeentzug pro Sondenl nge 9 aus Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 58 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG F r eine Einzelsonde im Bereich 5 2 lt t lt t kann die Funktion g bei einem maximalen Fehler von 7 angen hert werden mit H g t r 0 5 In Es GI 6 14 1 F r Zeiten gr sser als 1 strebt die Einzelsonde dem folgenden Gleichgewichtszustand zu H g GI 6 15 2 L In Abb 6 3 sind als Beispiel die dimensionslosen Temperatur Sprungantworten g von zwei Erdw rmesonden im Abstand B eingezeichnet Im Vergleich dazu ist gestrichelt die g function einer Einzelsonde dargestellt Weitere Temperatur Sprungantworten f r verschiedene Erdw rme sondenfelder sind in Abb 6 4 zu finden 2 boreholes rb H 0 0005 B g funek ion 5 EC 2 0 Inct t Abb 6 3 Dimensionslose Sprungantwort f r 2 Erdw rmesonden mit Abstand nach 3 6 3 4 Vergleich der Modelle In Abb 6 4 werden die Ansatze von Carslaw amp Jaeger f r eine unendlich tiefe Erdw rmesonde mit dem Ansatz von Eskilson f r je eine 10m 100m und 500m tiefe Erdw rmesonde verglichen Bis zum Erreichen der Zeitkonstante t ist zwischen den Modellen k
112. s R in jedem Rechenschritt neue berechnet wird oder ob R f r die ganze Simulation konstant gehalten wird Wird das Feld 7 15 auf der Default Einstellung nein belassen wird der R Wert am Anfange der Simulation anhand des Auslegungsmassenstrom Feld 2 7 berechnet und bleibt w hrend der Simulation konstant Die Wahl hat einen Einfluss auf die Rechengeschwindigkeit Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG AA Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 14 W rmepumpenkenngr ssen und Zusatzheizung In der Vollversion des Programms EWS k nnen zus tzliche Angaben ber die W rmepumpe sowie ber Zusatzheizsysteme ber cksichtigt werden Unter der Rubrik Fenster wird das Blatt W rmepumpe angew hlt cf Abb 3 48 Daraufhin wird das Blatt W rmepumpe eingeblendet Das Blatt W rmepumpe kann nicht mit dem Blatt Lastprofil kombiniert werden Eingabedaten EWS Datei Eingaben Import Ausgabe Eenster Info SHEJ System Grafik Sonden H W rmepumpe ulation Entzug Eingaben Resultate Neues La nden Werten e g Eunktion em Eingabefile Berechnung Abb 3 48 Aufrufen der Eingabemaske f r Angaben ber die W rmepumpe 151 W rmepumpenkenngr ssen und Zusatzheizung Sondenleistung aus W rmepumpen Kennwerten berechnen 9 1 nein Heizleistung der W rmepumpe bei 0 95 15 H 9 2 COPbei 5 C 2
113. sich um eine reine Eingabehilfe die f r die Berechnung nicht ver wendet wird Wird Feld 2 6 angepasst so berechnet das Programm mit Hilfe der Beziehung Q me Te Gl 3 1 den Sondendurchsatz in Feld 2 7 aus der Entzugsleistung Q Feld 4 4 der Temperatur differenz Feld 2 6 und der W rmekapazit t der Sole Feld 2 4 gem ss Gl 3 1 sofort neu Ist andererseits der Sondendurchsatz bekannt so kann dieser ohne Anpassung des Feldes 2 6 direkt in Feld 2 7 eingegeben werden In diesem Fall erfolgt keine automatische Anpassung des Feldes 2 6 da dieser Wert f r die Berechnung nicht ben tigt wird Es kann also vorkommen dass der Wert 2 6 nicht mit dem Wert 2 7 bereinstimmt Wird andererseits sp ter die Entzugsleistung Q Feld 4 4 oder die W rmekapazit t cp Feld 2 4 angepasst so wird immer sofort der Sondendurchsatz gem ss Gl 3 1 neu berechnet Es empfiehlt sich deshalb in Feld 2 6 immer den korrekten Wert einzugeben selbst wenn der Sonden durchsatz in Feld 2 7 direkt eingegeben wird Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 22 Tiefe m u OKT Programm EWS Ver 5 0 3 4 1 F r die Eingabe der unbeeinflussten Erdreichtemperatur in Abh ngigkeit der Tiefe Huber Energietechnik AG Eingabe der unbeeinflussten Erdreichtemperaturen Start bedingung f r die Simulation gibt es 2 Methoden 1 Angabe der Jahresmitteltemperatur der Luft Feld 2 8 der zus tzlichen Bodenerw rmung Feld 2 9 und des Temperatu
114. st mit dem Rohrabstand Bu shank spacing gem ss Abb 6 5 definiert Die geometrisch maximal m gliche Exzentrizit t betr gt GI 6 28 27 r Die geometrisch minimale Exzentrizit t bei einem nicht zentrierten F llrohr betr gt r GI 6 29 Als reine Stoffgr sse wird der Konduktivit tsparameter definiert mit Arin u A karin Gl 6 30 A Kari Der interne thermische Bohrlochwiderstand R Km W ist eine charakteristische Gr sse f r die l ngenbezogenen thermischen Verluste W m des heraufstr menden Fluids an das nach unten str mende Fluid und ist unabh ngig von der Tiefe im Bohrloch _ ly 2 Aq z Def Gl 6 31 Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 62 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG Mit der mittleren Fluidtemperatur in der Sonde und der Bohrlochtemperatur T kann der thermische Bohrlochwiderstand R definiert werden als Def R en q Der Bohrlochwiderstand R ist unabh ngig von der Tiefe im Bohrloch und setzt sich zusammen aus dem Bohrloch Hinterf llungswiderstand und dem W rme bergangswiderstand R von der Hinterf llung ans Sondenfluid Gl 6 33 Bei Doppel U Sonden kann der W rme bergangswiderstand R berechnet werden mit 1 6 32 R 6 34 6 8 1 Internen Bohrlochwiderstandes R nach Hellstr m 4 Nach Hellstr m 4 1991 S 147 Formel 9
115. t Sondenanordnung bereit f r das Einf gen der Erdw rmesonden cf Kapitel 3 3 1 Sobald Sonden auf dem Blatt eingegeben sind kann die Hintergrundkarte nicht mehr ver ndert werden Nachfolgend sind die 4 Schritte f r das Einf gen einer Hintergrundkarte ausf hrlich dargestellt Programm EWS Sondenanorelnun cat KANTON Z RICH GIS BROWSER elle E es D Online Karten des Kantons Z rich http www gis zh ch BASISKARTEN LANDESKARTEN Zentrum 6904777247643 Bildbreite ca 165 m Ee nton Z rich Diese Karte stellt einen Zusammenzug won amtlichen Daten R schiedener Stelle w Kei GEN Ste f r Richtigkei ndigkeit und it t Massstab 1 1000 echtswerbi che Ausk Infte W len allein die zust ndigen UELI en ir BEN 4 99177 E 8 MNE ITZE AOAR NS ZN INH ai a NER ET RN UN m Ma PA Abb 3 16 1 Schritt Geeignete Karte in die Zwischen Abb 3 17 2 Schritt Mit der mittleren Maustaste Rad ablage kopieren z B mit Printscreen von irgendwo in das Blatt Sondenanordnung einem GIS Browser wie www gis zh ch klicken Zwischenablage wird eingef gt F Frogramm EWS Sondenanordnung Fa Lag ogramm EWS Sondenanordnung See e Kuston 4
116. t nde Ran nenn ann nnne nenne 65 6 11 2 thermische Verbraucherwiderstand H 65 6 11 3 Transportwiderstand Ha 66 6 11 4 VVvarmewiderst nd des Bodens 67 6 11 5 Analytische Erdw mmesondenglechung 67 7 ANHANG Eingabe eigener g functions 68 1 1 Beispiel 1 Eingabe einer g function mittels den Funkttonswerten 68 E ele ee ln EE 70 Lateinische Symbole 2 2 ride 70 0 2 GRIECHISCHE SYMDOlE rn en ee een 71 9 VEER EE Ee 12 Bed_EWSS0 doc Huber Energietechnik AG 3 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 1 Bedienungsanleitung zum Programm EWS 1 1 Inhalt und Zweck des Programms EWS Das Programms EWS berechnet in der Grundversion das thermische Verhalten von Erdw rme sonden Dazu wird die W rmeleitungsgleichung im Erdreich und der W rmetransport aus der Sonde numerisch gel st Das Programm berechnet die Vorlauf und R cklauftemperaturen sowie die Entzugsleistungen von Erdw rmesonden Einzelsonden und Sondenfelder auf st ndlicher Basis ber eine Zeitdauer von bis zu 200 Jahren Dabei k nnen alle wichtigen Einfluss Faktoren ber cksichtigt werden Das Erdreich kann vertikal in bis zu 10 verschieden Schichten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften des Erdreichs und der Hinterf llung aufgeteilt werden Mit der M glichkeit das Sondenfluid auch instation r rechnen
117. tate Frostschutz Nein 6 2 EI e Nein 6 14 bei Frostgrenze 3393 00 6 16 Minimal m glicher Sondenr cklauf 3 00 6 15 Spitzenlastkessel o 7 Sprungantwort berechnen Sprungantwort C Ja Nein 6 3 Sprung Leistung 100 6 5 Dauer der Sprungantwort e Ab EE 6 4 Sprung Temperatur 20 00 6 6 Gr sse des Eingabefiles Eingabezeilen auf Inputfile numrows 8760 6 7 Format Metenorm Standard Ja Neird 12 Simulationsdauer Starttemperaturen in Erde absch tzen C Ja Nein 6 8 Schnelle Berechnung weniger genau Zusa tzk hlung bei Freecooling Heiz COP Zusatzk hler wenn Freecooling nicht ausreicht Le Nein GO 6 10 Schliessen l Ein unterhalb Deckungsgrad nm 84 435 Abb 3 38 Einblenden des Blattes Simulation Auf dem Blatt Simulation k nnen nun die folgenden speziellen Berechnungen durchgef hrt werden Instation re oder station re Berechnung des Sondenfluids Feld 6 1 In der Default Einstellung wird das Sondenfluid station r berechnet siehe ref 5 6 Eingabe von Entzugsleistungen die z B von einer W rmepumpe erzwungen werden oder von Sonden R cklauftemperaturen z B bei der Sonden Direktk hlung Dazu wird die entsprechende Wahl in Feld 6 2 gemacht In der Default Einstellung wird die Entzugsleistung mit einer W rmepumpe erzwungen und das Programm berechnet daraus die notwendigen Quell
118. tionsgleichung f r Rg T T ATr n 1 Sinti d GI 6 50 Speziell am W rmewiderstand R ist dass R eine Funktion der Zeit ist und sich bei konstantem Entzug st ndig vergr ssert cf Kapitel 6 3 6 11 5 Analytische Erdw rmesondengleichung Die analytische Erdw rmesondengleichung erh lt man nun durch den Zusammenzug der verschiednen addierbaren Widerst nde an der Erdw rmesonde 4 Gl 6 51 T p cktauf T R R R R 4 Gl 6 52 Ersetzt man nun Tm durch Gl 6 24 durch Gl 6 50 Rm durch Gl 6 49 und Rf durch Gl 6 45 so erh lt man die analytische Erdw rmesondengleichung H L rY 11 Imo 6 53 2 Jar A 2 Earth a Sole Sole und H t r 11 T r cktauf ee Gl 6 54 2 3 R 2 Earth a Sole Sole ungest rte mittlere mittlere Sonden Erdreichtemperatur Fluidtemperatur Fluidtemperatur R cklauf in Tiefe H 2 Bohrlochtemperatur in Tiefe H 2 in Verdampfer temperatur Tm Tb Tf Tf OO lt A gt A Rm A B A Abb 6 9 Thermische Widerst nde in einer Erdw rmesonde F r Gr ssenordnungsabsch tzung und Plausibilisierung von Rechenergebnissen eignet sich die Erdw rmesondengleichung sehr gut Bed_EWSS50 doc Huber Energietechnik AG 67 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 7 ANHANG Eingabe eigener g functions
119. uar 334 kWh im August 62 kWh im M rz 273 kWh im September on kWh 4 11 im April 21 0 kh im Oktober 77 kWh im Mai ER kWh im November 270 kWh im Juni feo kih im Dezember 341 kh Entzugsleistung Einspeisleistung in Sonden Entzugsleistung Sonden bei Heizbetrieb 4 4 fi D positives Vorzeichen Einspeisleistung Sonden bei K hlbetrieb kW 4 5 fi 0 positives Vorzeichen Dauerbetrieb der Sonden Ende Februar Tage 4 6 2 Entzugsleistung im Dauerbetrieb 47 fi 00 Spitzenwert Februar Simulationsdauer Simulationsdauer L ub E Maximal 60 Jahre sr Freecooling Freecooling bei 49 c 4 10 Entzugsleistung Ja Nein Sondenr cklauf 20 00 C amp Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik Huber Energietechnik AG Z rich Abb 3 33 Blatt Entzug mit Eingabe der monatlichen Entzugsenergie 4 9 10 Das Feld 4 9 aktiviert eine Temperaturbegrenzung des Sondenr cklaufs nach oben Maximalwert auf den im Feld 4 10 eingegebenen Wert berschreitet die Sonden R cklauftemperatur diesen Wert so reduziert das Programm EWS die K hlleistung bis die maximale Sonden R cklauftemperatur wieder eingehalten ist Auf der Leistungs Ausgabegrafik wird dann die gew nschte Leistung violett dargestellt und die erbrachte K hlleistung gr n und auf dem Resultatblatt der Deckungsbeitrag K hlung mit f r das letzte Simulationsjahre angegeben Die Funktion ist identisch mit
120. w rmesonden 10 210 40 duplex 120 kW 182 130 kWh 4 5 45 800 kWh 2 1 13 140 40 duplex 95 kW 110000 kWh 4 0 20 000 kWh 29 120 000 kWh 19 13 140 40 duplex 95 kW 110000 kWh 4 0 20 000 kWh 2 5 85 kW 120 000 kWh 4 5 40 4 180 m 40 mm duplex 30 kW 42000 kWh 33 000 kWh ange 4 0 1 35 C 80 m Z rich SMA 7h 110000 h 42000 Kb Zw 3 49 Programm EWS Ver 5 0 Beispiel 7 Anzahl Erdw rmesonden Sondenl nge Sondenart Heizleistung pro W rmepumpe Anzahl W rmepumpen total Heizw rmebedarf alle H user COP Heizung W rmebedarf Warmwasser COP Warmwasser max Sonden R cklauf Fl che unverglaste Kollektoren Wetterdaten Offset Wetterdaten Beispiel 8 Anzahl Erdw rmesonden Sondenl nge Sondenart Heizleistung W rmepumpe Heizw rmebedarf COP Heizung W rmebedarf Warmwasser COP Warmwasser K hlleistung K ltemaschine K hlenergiebedarf COPec K hlung 4 5 180 m 40 mm duplex 21 kW 168 000 kWh 6 0 134 400 kWh 6 0 35 C 400 Z rich SMA 7h 12 120 m 40 mm duplex 95 kW 110000 kWh 4 0 20 000 kWh 2 5 85 kW 120 000 kWh M chtigkeit Grundwasser GW 8 m Material der GW Schicht Kies hydr Leitf higkeit GW Schicht 0 05 m s Druckgradient des GW eff W rmeleitf higeit des Kies
121. werden Da bei einer unendlichen Linienquelle aus Gr nden der Symmetrie das Nachstr men von W rme weder von oben noch von unten m glich ist f hrt der Ansatz von Carslaw und Jaeger zu einer stetigen Vergr sserung des Temperaturtrichters ein Gleichgewichtszustand ist mit diesem Ansatz nicht m glich Da aber untiefe Erdw rmesonden prim r die im Sommer von der Erdoberfl che ins Erdreich gespeicherte W rme nutzen wurde an der Universit t Lund ein Ansatz f r Erdw rmesonden mit der endlichen Sondenl nge H entwickelt Nach Claesson und Eskilson 2 besitzen Erdw rmesonden eine Zeitkonstante L mit der das zeitliche Verhalten des Erdreichs um die Erdw rmesonden dimensionsbefreit werden kann 2 Be GI 6 12 9a Die dimensionslose Zahl Es von Eskilson t 9 Ess H GI 6 13 S kann somit als dimensionslose Zeit f r Sondenfelder und Einzelsonden betrachtet werden Die Herleitung der Eskilsonzahl Es aus der W rmeleitungsgleichung GI 6 6 ist z B bei Loose 2007 zu finden Die Kenntnis der Zeitkonstanten ist vor allem bei nicht ausgeglichener j hrlicher Entzugsbilanz we sentlich Bis zum Zeitpunkt Es 0 1 muss mit einer merklichen Abk hlung bzw Erw rmung des Erdreiches gerechnet werden Danach erfolgt nur noch eine sehr geringe Temperatur nderung im Erdreich Der Gleichgewichtszustand zwischen W rmeentzug und nachhaltigem Nachfliessen der W rme ist dann ab ca Es 10 erreicht Die dimensionslose Temperatursprungantwo
122. wn Men s W5 W7 geben typische Vor schlagswerte gerechnet wird aber immer mit den Werten W2 WA W16 W19 Die grundwasserf hrenden Sea S coeff de GEN k conductivite Feu Schichten werden als Tiefe Zu Ki unter Terrain in W16 W19 SE SH 1 eingegeben Es wird davon gees bis zur ersten Grundwasser schicht ohne Wasser ist Das BEE Beispiel rechts zeigt die 22 1 GW Schicht Situation die in Abb 3 41 eingegeben wurde ausgegangen dass die Erde Kies 1 GW Schicht 1 6 1 6 toniger Silt 5E 8 2 GW Schicht Feinsandstein OSM W23 W25 Die Jahreszeitenschwankungen der Erdoberfl che k nnen optional zugeschaltet werden Dies kann bei starker Grundwasserstr mung und bei untiefen Sonden und Energiepf hlen Sinn machen In diesem Fall wird die Erdreichtemperatur in Abh ngigkeit der Tiefe z wie folgt korrigiert IR AT exp u COS r Gl 3 3 W26 29 Soll der W rmefluss eines Geb udes ber Energiepf hlen gem ss Gl 6 21 ber cksichtigt werden sind die Felder W26 W29 auszuf llen Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 39 Programm EWS Ver 5 0 Huber Energietechnik AG 3 11 Blatt Kollektoren solare Sondenregeneration Das Blatt Kollektoren steht nur in der Pro Version zur Verf gung Sondenregeneration gem ss dem Schema Abb 3 42 berechnet werden Damit kann die solare Kollekt
123. zerland Werner A Bigler R Niederhauser A et al 1996 Grundlagen f r die Nutzung von W rme aus Boden und Grundwasser im Kanton Bern Thermoprogramm Erdw rmesonden Burgdorf Schlussbericht Wasser und Energiewirtschaftsamt des Kt Bern WEA Sch rli U Rohner Signorelli S Wagner 2007 Thermische Leitf higkeit Eichung von in situ Messungen d h kabellose Temperatursonde mit Laborbestimmungen als Grundlage f r die geothermische Kartierung des Kanton ZH und der umliegenden Kantone Bundesamt f r Energie Bern Loose P 2009 Erdw rmenutzung Versorgungstechnische Planung und Berechnung 3 berarbeitete Auflage ISBN 978 3 7880 7831 7 Norm SIA 384 6 2010 Erdw rmesonden SIA Z rich Bed_EWS50 doc Huber Energietechnik AG 72
124. ziert ist Auf dem Blatt Druck kann der Druckverlust im Sondenkreislauf berechnet werden und es wird berechnet ob in der Sonde laminare oder turbulente Str mung herrscht Eine ausf hrliche Beschreibung der Rechenmodelle ist in 11 zu finden Abb 3 46 Blatt Druck lolx Datei Eingaben Import Ausgabe Fenster Info sonden Sole Erde 1 Simulation Entzug B Parameter Info Sog Erd Entzu Info 5 Simula pn Paramgfer Druck 8 kabfall im Sondenkreis 8 1 Neuberechnung L ftungsfahrplan ll der Druckabfall berechnet werden 8 2 e Ja Nein SS nen nndruckabfall verdampfer 8 3 Dom DEE nndurchsatz Verdampfer kg s 8 4 om 0 295 m3 h Bee Nenndruckverlust Verteiler 8 5 mom Nenndurchsatz Verteiler kg s 8 6 om 0 295 m3 h Nenndruckverlust W rmez hler 8 7 RD Nenndurchsatz W rmez hler kg s 88 om 0 295 Nenndruckverlust Ventil Pa 8 9 RR Nenndurchsatz Ventil kg s 8 1 0 0 086 0 295 m3 h L nge Zuleitungen m 8 1 1 zm Anzahl parallele Zuleitungen nur Vorlauf 8 12 fi Innendurchmesser Sondenzuleitungen m 8 13 0 0367 Anzahl B gen 8 14 Anzahl Tauchh lsen 8 15 Schliessen Druckabfall im Sondenkreis 8 16 fi 3687 Pa Turbulenz in der Erdsonde 8 17 laminar Programm EWS Lizenz f r Huber Energietechnik AG Huber Energietechnik AG Z rich 8 1 Nach jeder nderung von Eingaben ist der Button Neuberec

Programm EWS - Huber Energietechnik AG

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents