Effiziente Planung der Erdsonden-Regeneration

Einleitung und Zielsetzung

Mit dem Fokus auf erneuerbare Energien ist die Installation einer Wärmepumpe mit Geothermie mit Erdwärmesonden eine gefragte Lösung. Gleichzeitig gewinnt gerade in urbanen Gebieten die Regeneration der Erdsonden zunehmend an Bedeutung.

Das Webinar von Vela Solaris und der Allianz TUSol behandelt nachhaltige, wirtschaftliche Energiekonzepte für Gebäude mit Fokus auf die Kombination von PVT-Anlage, saisonalen Wärmespeichern (Erdsonden) und Wärmepumpen. Ziel ist es, zu zeigen, wie durch intelligente Planung und Regeneration von Erdwärmesonden eine zuverlässige, CO₂-freie Energieversorgung realisiert werden kann – besonders im urbanen Raum, wo die Sondendichte hoch ist.

Im Folgenden wird das Webinar zusammengefasst.

Das 2SOL-Prinzip und seine Vorteile

Das vorgestellte 2SOL-Prinzip basiert auf dem Zusammenspiel von:

• PVT-Hybridkollektoren (Photovoltaik und Solarthermie)
• Saisonalen Wärmespeichern (Erdsonden)
• Wärmepumpen

Dieses System erhöht die Effizienz, indem im Sommer überschüssige Solarenergie genutzt wird, um das Erdreich aufzuladen (Regeneration), sodass im Winter eine höhere Quelltemperatur und damit eine bessere Effizienz der Wärmepumpe erreicht wird. Das Erdreich wird als saisonaler Speicher verstanden und nicht nur als Wärmequelle.

Herausforderungen und Chancen der Erdsonden-Regeneration

Ein zentrales Problem in Ballungsräumen wie Zürich ist die hohe Dichte an Erdwärmesonden, was zu einem sogenannten „Wärmeklau“ führen kann – Sonden entziehen sich gegenseitig Energie. Die Lösung: Jede Sonde wird als eigener saisonaler Speicher behandelt, der nachhaltig bewirtschaftet werden muss. Ohne Regeneration reicht die natürliche Wärme-Nachlieferung aus dem Erdreich nicht aus, um den Bedarf zu decken.

Wirtschaftlichkeit Erdsonden-Regeneration und neue Schweizer Norm

Die Schweizer Norm SIA 384/6 fordert bei hoher Sondendichte zunehmend die Regeneration der Erdwärmesonden. Wirtschaftlich ist die Regeneration besonders attraktiv bei großen Projekten mit engem Sondenabstand.

Durch die Erdsonden-Regeneration kann die notwendige Bohrtiefe und damit die Investitionskosten erheblich reduziert werden. Die optimale Auslegung und der Grad der Regeneration sind projektspezifisch und hängen von Faktoren wie Grundstücksgröße, Sondentiefe, Geologie und Fördermitteln ab.

Vergleich: Wärmepumpe mit Geothermie versus Luftwärmepumpe

Die Referenten zeigen, dass eine flächendeckende Umstellung auf Luftwärmepumpen im Winter zu einer Überlastung des Stromnetzes führen würde. Regenerierte Erdwärmesysteme benötigen hingegen deutlich weniger elektrische Spitzenleistung, was die Versorgungssicherheit erhöht und langfristig nachhaltiger ist. Anhand von Schweizer Praxisbeispielen wird gezeigt, wie durch Regeneration Sondenmeter eingespart und die Systemeffizienz gesteigert werden können.

Systemtyp	Strombedarf im Winter	Nachhaltigkeit	Investitionskosten
Luftwärmepumpe (ohne Erdsonde)	Sehr hoch	Mittel	Geringer
Erdwärmesonde (ohne Regeneration)	Mittel	Gering	Hoch
Erdwärmesonde mit Regeneration	Niedrig	Hoch	Mittel

Simulation und Planung mit Polysun

Die Planung von Wärmepumpen mit PVT-Kollektoren und Erdsonden stellt hohe Anforderungen an Genauigkeit und Systemverständnis. Simulations- und Planungssoftware wie Polysun ermöglicht es, das dynamische Verhalten dieser Systeme realitätsnah abzubilden und zentrale Fragestellungen schon in der Konzeptphase zu beantworten.

Vorteile der Simulation mit Polysun

• Systemoptimierung und Variantenvergleich
  Mit Polysun können verschiedene Systemvarianten – etwa unterschiedliche Sondenlängen, Kollektorflächen oder Regenerationsgrade – direkt miteinander verglichen werden. Das erleichtert die Auswahl der wirtschaftlich und technisch optimalen Lösung für das jeweilige Projekt.
• Detaillierte Abbildung der Komponenten
  Die Software nutzt umfangreiche, standardisierte Messdaten von Herstellern, wodurch die Simulationsergebnisse sehr nah an der Realität liegen. Dies reduziert den Bedarf an Sicherheitsreserven und vermeidet Überdimensionierung – was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.
• Dynamische Simulation und Langzeitprognose
  Polysun simuliert das Zusammenspiel aller Komponenten im Jahresverlauf und kann auch Langzeitentwicklungen wie die Temperaturentwicklung im Erdreich über Jahrzehnte abbilden. So lassen sich Effekte wie Sondenabkühlung oder die Notwendigkeit der Regeneration realistisch bewerten.
• Planungssicherheit und Monitoring
  Die Ergebnisse der Simulation bieten eine fundierte Entscheidungsgrundlage für Bauherrschaft und Planer. Zudem können die simulierten Werte später mit Betriebsdaten verglichen und zur Betriebsoptimierung genutzt werden. In der Praxis zeigen sich meist nur geringe Abweichungen zwischen Simulation und Realität.

Probleme, die durch Simulation gelöst werden können

• Optimale Dimensionierung
  Ohne Simulation werden Erdsondenfelder oft zu groß dimensioniert. Polysun ermöglicht eine präzise Auslegung, sodass beispielsweise die Sondenlänge im Projektverlauf durch Simulationsergebnisse gezielt reduziert werden konnte – mit klaren Kostenvorteilen^[1].
• Abschätzung der Wechselwirkungen
  Das Verhalten von PVT-Kollektoren und Erdsonden ist eng gekoppelt: Ein kühleres Erdreich erhöht den Solarertrag, aber auch die Effizienz der Wärmepumpe. Polysun kann diese Wechselwirkungen exakt abbilden und so die optimale Steuerung und Regelung des Gesamtsystems bestimmen.
• Bewertung von Regenerationsstrategien
  Die Software zeigt, wie sich unterschiedliche Regenerationsgrade auf die Effizienz und Lebensdauer der Sonden auswirken. So lässt sich der wirtschaftlich und technisch ideale Regenerationsgrad für das jeweilige Projekt ermitteln.
• Standort- und Wetterdatenintegration
  Durch die Nutzung standortgenauer Wetterdaten werden die Simulationsergebnisse besonders belastbar. Dies ist entscheidend, um die tatsächliche Energieerzeugung und den Bedarf korrekt zu prognostizieren.
• Vergleich verschiedener Versorgungskonzepte
  Polysun erlaubt es, verschiedene hybride Systeme (z.B. Wärmepumpe mit PVT, mit Gasbrennwert, mit Solarthermie) unter identischen Rahmenbedingungen zu vergleichen und hinsichtlich CO₂-Emissionen, Netzbezug und Wirtschaftlichkeit zu bewerten.

Fazit

Die Erdsonden-Regeneration in Kombination mit Hybridkollektoren (PVT-Kollektoren) und Wärmepumpen ist der Schlüssel für nachhaltige, wirtschaftliche und zukunftssichere Energieversorgung im Gebäudesektor. Die neue Schweizer Norm unterstreicht diesen Trend und macht die Simulation und sorgfältige Planung mit Tools wie Polysun unverzichtbar. Besonders in dicht besiedelten Gebieten ist die Regeneration nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvoll und ermöglicht eine effiziente Nutzung erneuerbarer Energiequellen – ein entscheidender Beitrag zur Energiewende

• Wird bei grösseren Anlagen oder im urbanen Raum die Erdsonden-Regeneration bei der Planung einbezogen, so steigert dies die Wirtschaftlichkeit und es muss weniger gebohrt werden.
• Der optimale Regenerationsgrad ist immer projektspezifisch
• Welches ist die wirtschaftlichste Lösung

Tools wie Polysun unverzichtbar. Besonders in dicht besiedelten Gebieten ist die Regeneration nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvoll und ermöglicht eine effiziente Nutzung erneuerbarer Energiequellen – ein entscheidender Beitrag zur Energiewende

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