Simulationswerkzeuge für Wärmetauscherpfahl-Systeme

Pahud, Daniel and Fromentin, Antoine (1997) Simulationswerkzeuge für Wärmetauscherpfahl-Systeme. In: Erdgekoppelte Wärmepumpen 3rd Simposium Erdgekoppelte Wärmepumpen, 20-22 November 1997, Giessen, Germany.

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Abstract

Ein Wärmetauscherpfahl ("Energiepfahl") ist ein Gründungspfahl, der mit einem Rohrsystem ausgestattet wurde. In diesen Rohren kann eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkulieren und Wärme mit dem umgebenden Erdreich austauschen. Eine Gruppe von Wärmetauscherpfählen, üblicherweise mit einer Wärmepumpe verbunden, kann für Heiz- und/oder Kühlzwecke verwendet werden. Das instationäre Simulations-Programm TRNSYS wurde benutzt, um Simulationswerkzeuge zu entwickeln. Die TRNSYS-Version des "Duct Storage Model" (DST), für die Berechnung von Erdwärmesonden-Speichern gedacht, wurde für die Simulation von Wärmetauscherpfählen adaptiert. Der Einfluß des regionalen Grundwasserflusses, die Wärmekapazität der Pfähle und der Wärmetransport über die horizontalen Verbindungen zwischen den Pfählen können nun mit DST bestimmt werden. Allerdings wird eine gleichmäßige Anordnung der Pfähle in einem zylindrischen Untergrundvolumen durch das Programm angenommen. Der Einfluß einer unregelmäßigen Anordnung, wie sie bei Wärmetauscherpfählen üblich ist, wird durch das "Superposition Borehole Model" (SBM) errechnet, das für die Simulation einer größeren Anzahl von Erdwärmesonden bestimmt ist. In TRNSYS integriert hat SBM nicht alle Möglichkeiten von DST, kann jedoch dazu benutzt werden, DST für eine bestimmte Bohrlochgeometrie zu "kalibrieren". Die Auslegung einer gemessenen Anlage zur Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser in einigen Mehrfamilienhäusern wurde durch die Kombination verschiedener TRNSYS-Komponenten dargestellt. Der Vergleich von Simulationsergebnissen mit Meßdaten ist zufriedenstellend. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, daß die Grundwasser-Fließgeschwindigkeit ein kritischer Parameter ist. Falls sie hoch genug ist (Darcy-Geschwindigkeit > 1 m/Tag), ist eine thermische Wiederaufladung des Untergrundes nicht erforderlich. Sie ermöglicht auch, daß die Wärmetauscherpfähle gegenüber dem Fall ohne Grundwasserfluß kleiner dimensioniert werden können.

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